CN105906751B - 一种含有不饱和长链烷基的烷基铝的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种含有不饱和长链烷基的烷基铝制备方法，包括以下步骤：将稀土化合物、双烯烃、烷基铝化合物和氯化物混合，进行反应，得到含有不饱和长链烷基的烷基铝；所述稀土化合物包括稀土羧酸盐、稀土酸性磷酸盐、稀土酸性膦酸盐和烷氧基稀土中的一种或几种；所述双烯烃包括丁二烯和/或异戊二烯；所述双烯烃与稀土化合物的摩尔比为(50～1000)：1；所述反应的温度为0～80℃；所述反应的时间为2～12小时。相比于现有技术中的聚合法，本发明采用原位法进行反应，避免了之前聚合法中催化剂需要长时间陈化的弊端，具有简化制备工艺，缩短反应周期等优点。

Description

一种含有不饱和长链烷基的烷基铝的制备方法
技术领域
本发明属于聚合物合成技术领域，尤其涉及一种含有不饱和长链烷基的烷基铝的制备方法。
背景技术
配位链转移聚合是近几年发展起来的一种新的聚合方法，具有传统阴离子活性聚合的优点，如聚合物分子量可控及分子量分布窄，可制备嵌段共聚物，聚合物链末端可进行功能化改性等。更为重要的是，配位链转移聚合的一个中心金属可产生多条聚合物链，中心金属利用率达到100％。
起初配位链转移聚合主要应用于单烯烃聚合领域，由于其在聚合活性方面的优点，近几年来，配位链转移聚合在双烯烃领域也逐渐受到了人们的关注。Friebe等通过动力学实验研究了两种典型的烷基铝(Al(iBu)3,Al(iBu)2H)对聚合物分子量的影响，Al(i-Bu)2H的链转移效率是Al(i-Bu)3的8倍，其中Al-H部分的链转移效率约是Al-iBu部分链转移效率的22倍。反应过程中仅有1/3的Al(iBu)2H参与了链转移反应(J.Macromol.Sci.,PureAppl.Chem.2004；A41:245-256)。长春应化所报道了Nd(vers)3/Al(iBu)2H/Me2SiCl2催化体系催化异戊二烯进行可逆配位链转移聚合，得到高顺式-1,4结构(96.5％)，窄分子量分布的聚异戊二烯，平均每个Nd原子上可产生约7条聚合物链，其中有6个聚合物链与Al相连，1个与Nd相连(J.Polym.Sci.,Part A:Polym.Chem.2010；48:4768-4774)。随后又研究了Nd(OiPr)3/Al(iBu)2H/Me2SiCl2体系催化丁二烯聚合，制备出窄分子量分布的聚丁二烯，且平均每个活性中心产生6-8条聚合物链(Polymer,2013,54,6716-6724)，其中只有一条Nd聚合物链，其余均为Al聚合物链。由此可知，通过配位链转移聚合所合成的聚合物中，大部分的聚合物链与Al相连，可认为形成的是含有不饱和双键的长链烷基铝。
众所周知，在烯烃、双烯烃配位聚合领域烷基铝作为助催化剂发挥着至关重要的作用，尤其在合成橡胶领域。目前，合成橡胶产业已经形成了以锂系、过渡金属体系(钛系，钴系，镍系等)和稀土金属体系(钕系等)等为主催化剂的多种催化体系。而以稀土催化体系合成的聚合物由于具有立构规整性高、线性好等特点，成为研究的热点。目前稀土催化剂体系的组成为：以稀土化合物、烷基铝和卤化物组成的三元催化剂体系和以氯化稀土配合物和烷基铝组成的二元催化剂体系。由此可见烷基铝化合物是稀土催化体系中必不可少的组分，烷基铝的种类、用量及其取代基大小对稀土催化双烯烃聚合均有显著影响。Wilson***地比较了AlR3型的直链烷基铝(Journal of Polymer Science Part A:PolymerChemistry,1995,33(14):2505–2513)。根据Wilson的研究甲基取代的催化剂活性较低甚至没有活性。乙基取代可以提高聚合活性。丙基和丁基取代时活性最高。并且，随着取代基空间位阻的增加，顺-1,4含量有提高的趋势。具体表现为活性顺序：Aln-Pr3>>Aln-Dodec3＝Aln-Hex3＝Aln-Oct3>Al(i-Bu)2H≈Al(i-Bu)3>AlEt3>>AlMe3。对顺-1,4含量的影响顺序为：Al(i-Bu)3>Al(i-Bu)2H>Aln-Dodec3>Aln-Hex3＝Aln-Oct3>AlEt3。因此大空间位阻的烷基铝化合物可在一定程度上提高聚丁二烯和聚异戊二烯顺-1,4含量，进而提高橡胶的力学性能，具有重要的潜在应用价值。
目前，含有不饱和长链烷基的烷基铝大多通过聚合的方式制备，先采用稀土化合物、烷基铝化合物、氯化物和少量的双烯烃进行反应，然后将反应产物进行陈化，再将陈化后产物与双烯烃进行催化聚合，得到端基为铝的双烯烃聚合物，也就是含有不饱和长链烷基的烷基铝。但是，现有的这种制备方法需要进行长时间的陈化，步骤复杂，且耗时长，影响了生产效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含有不饱和长链烷基的烷基铝的制备方法，本发明提供的制备方法简化了长链烷基铝的制备步骤。
本发明提供一种含有不饱和长链烷基的烷基铝的制备方法，按照以下步骤进行：
将稀土化合物、双烯烃、烷基铝化合物与氯化物混合，进行反应，得到含有不饱和长链烷基的烷基铝；
所述稀土化合物包括稀土羧酸盐、稀土酸性磷酸盐、稀土酸性膦酸盐和烷氧基稀土中的一种或几种；
所述双烯烃包括丁二烯和/或异戊二烯；
所述双烯烃与稀土化合物的摩尔比为(50～1000)：1；
所述反应的温度为0～80℃；
所述反应的时间为2～12小时。
优选的，按照以下步骤进行：
A)将稀土化合物、双烯烃和烷基铝化合物混合，进行反应，得到中间体产物；
B)将所述中间体产物与氯化物混合，进行反应，得到含有不饱和长链烷基的烷基铝。
优选的，所述烷基铝化合物包括三烷基铝和/或氢化烷基铝。
优选的，所述氯化物包括一氯二异丁基铝、一氯二乙基铝、倍半乙基铝、叔丁基氯、苄基氯、烯丙基氯、甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、三甲基氯硅烷和四氯化硅中的一种或几种。
优选的，所述稀土化合物包括新癸酸钕，异辛酸钕，环烷酸镧、(2-乙基己基)酸钕、(2-乙基己基)膦酸钕单-2-乙基已酯、乙氧基钕、正丙氧基钕、异丙氧基镧、异丁氧基衫、叔丁氧基钕和异辛氧基钕中的一种或几种。
优选的，所述步骤A)中反应的时间为0.1～2小时；
所述步骤A)中反应的温度为0～80℃。
优选的，所述步骤B)中反应的时间为2～10小时；
所述步骤B)中反应的温度为20～80℃。
优选的，所述烷基铝化合物和稀土化合物的摩尔比为(10～60)：1。
优选的，所述氯化物与稀土化合物的摩尔比为(1～3)：1。
本发明提供了一种含有不饱和长链烷基的烷基铝的制备方法，包括以下步骤：将稀土化合物、双烯烃、烷基铝化合物和氯化物混合，进行反应，得到含有不饱和长链烷基的烷基铝；所述稀土化合物包括稀土羧酸盐、稀土酸性磷酸盐、稀土酸性膦酸盐和烷氧基稀土中的一种或几种；所述双烯烃包括丁二烯和/或异戊二烯；所述双烯烃与稀土化合物的摩尔比为(50～1000)：1；所述反应的温度为0～80℃；所述反应的时间为2～12小时。相比于现有技术中的聚合法，本发明采用原位法进行反应，避免了之前聚合法中催化剂需要长时间陈化的弊端，只需将原料混合后进行反应即可，简化了制备步骤，缩短了工艺流程，并且反应耗费的时间较短。
具体实施方式
本发明提供了一种含有不饱和长链烷基的烷基铝的制备方法，包括以下步骤：
将稀土化合物、双烯烃、烷基铝化合物与氯化物混合，进行反应，得到含有不饱和长链烷基的烷基铝；
所述稀土化合物包括稀土羧酸盐、稀土酸性磷酸盐、稀土酸性膦酸盐和烷氧基稀土；
所述双烯烃包括丁二烯和/或异戊二烯；
所述双烯烃与稀土化合物的摩尔比为(50～1000)：1；
所述反应的温度为0～80℃；
所述反应的时间为2～12小时。
本发明优选将稀土化合物、双烯烃和烷基铝化合物混合，进行反应，得到中间体产物；
将所述中间体产物与氯化物混合，进行反应，得到含有不饱和长链烷基的烷基铝。
在本发明中，所述稀土化合物包括稀土羧酸盐、稀土酸性磷酸盐、稀土酸性膦酸盐和烷氧基稀土；优选包括新癸酸钕Nd(vers)3，异辛酸钕Nd(EHA)3，环烷酸镧La(naph)3、(2-乙基己基)酸钕Nd(P204)3、(2-乙基己基)膦酸钕单-2-乙基已酯Nd(P507)3、乙氧基钕、正丙氧基钕、异丙氧基镧、异丁氧基衫、叔丁氧基钕和异辛氧基钕中的一种或几种。
在本发明中，所述双烯烃包括共轭双烯烃，优选包括丁二烯和/或异戊二烯；所述双烯烃与稀土化合物的摩尔比为(50～1000)：1，优选为(100～900)：1，更优选为(200～800)：1，具体的，在本发明的实施例中，可以是400:1或500:1。
在本发明中，所述烷基铝化合物优选包括三烷基铝和/或氢化烷基铝，更优选包括三异丁基铝、三辛基铝、二甲基氢化铝、氢化二异丁基铝、二乙基氢化铝、二正丁基氢化铝、二异丙基氢化铝、二正己基氢化铝、二环己基氢化铝、二正辛基氢化铝和三乙基铝中的一种或几种；所述烷基铝化合物与稀土化合物的摩尔比优选为(10～60)：1，更优选为(20～50)：1，具体的，在本发明的实施例中，可以是40:1。
在本发明中，所述氯化物优选包括一氯二异丁基铝、一氯二乙基铝、倍半乙基铝、叔丁基氯、苄基氯、烯丙基氯、甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、三甲基氯硅烷和四氯化硅中的一种或几种；所述氯化物与稀土化合物的摩尔比优选为(1～3)：1，更优选为2:1。
在本发明中，制备所述含有不饱和长链烷基的烷基铝的总的时间优选为2～12小时，制备所述中间体产物的反应时间优选为0～2小时，更优选为0.1～2小时，最优选为0.25～1小时；制备所述中间体产物的反应温度优选为0～80℃，更优选为20～60℃，最优选为30～50℃，具体的，在本发明的实施例中，可以是20℃、50℃或60℃；由所述中间体产物制备含有不饱和长链烷基的烷基铝的反应的时间优选为2～10小时，更优选为3～9小时，最优选为4～8小时，具体的，可以是5小时、7小时或8小时；由所述中间体产物制备含有不饱和长链烷基的烷基铝的反应的温度优选为20～80℃，更优选为30～60℃，具体的，可以是20℃、50℃或60℃。
本发明优选在保护气体气氛下进行所述含有不饱和长链烷基的烷基铝的制备。
本发明提供了一种含有不饱和长链烷基的烷基铝制备方法，包括以下步骤：将稀土化合物、双烯烃、烷基铝化合物和氯化物混合，进行反应，得到含有不饱和长链烷基的烷基铝；所述双烯烃与稀土化合物的摩尔比为(50～1000)：1；所述反应的温度为0～80℃；所述反应的时间为2～12小时。相比于现有技术中的聚合法，本发明采用原位法进行反应，无需陈化，只需将原料混合后进行反应即可，简化了制备步骤，缩短了工艺流程，并且反应耗费的时间较短。并且，本发明的制备方法收率较高，能够达到100％，得到的含有不饱和长链烷基的烷基铝的分子量分布在1.22～2.01之间，平均每个活性中性的聚合物链数为3～8。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种含有不饱和长链烷基的烷基铝的制备方法进行详细描述，但不能将其理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1～4
在氮气保护下，向干燥的聚合反应器中，依次加入A、B和C，其中B组分为丁二烯，B与A的摩尔比为50:1，C与A的摩尔比为10:1，在0℃下反应2小时，加入D，其中D与A的摩尔比为2:1，在50℃下反应5小时。结果见表1，表1为本发明实施例1～4的原料和结果数据。
表1 本发明实施例1～4的原料和结果数据
平均每个活性中心产生的聚合物链数，Np＝B/A×54×Yield/Mn，其中，B/A为物质B和物质A的摩尔比，Yield为收率，Mn为分子量，Mw/Mn为分子量分布。
实施例5～7
在氮气保护下，向干燥的聚合反应器中，依次加入A、B、C和D，其中B组分为异戊二烯，B与A的摩尔比为200:1，C与A的摩尔比为60:1，D与A的摩尔比为1:1，在80℃下反应7小时。结果见表2，表2为本发明实施例5～7的原料和结果数据。
表2 本发明实施例5～7的原料和结果数据
平均每个活性中心产生的聚合物链数，Np＝B/A×68×Yield/Mn，其中，B/A为物质B和物质A的摩尔比，Yield为收率。
实施例8～11
在氮气保护下，向干燥的聚合反应器中，依次加入A、B和C，其中B组分为丁二烯，B与A的摩尔比为500:1，C与A的摩尔比为40:1，在50℃下反应1小时，加入D，其中D与A的摩尔比为3:1，在20℃下反应10小时。结果见表3，表3为本发明实施例8～11的原料和结果数据。
表3 本发明实施例8～11的原料和结果数据
平均每个活性中心产生的聚合物链数，Np＝B/A×54×Yield/Mn，其中，B/A为物质B和物质A的摩尔比，Yield为收率。
实施例12～15
在氮气保护下，向干燥的聚合反应器中，依次加入A、B和C，其中B组分为丁二烯，B与A的摩尔比为1000:1，C与A的摩尔比为20:1，在80℃下反应15分，加入D，其中D与A的摩尔比为3:1，在60℃下反应8小时。结果见表4，表4为本发明实施例12～15的原料和结果数据。
表4 本发明实施例12～15的原料和结果数据
平均每个活性中心产生的聚合物链数，Np＝B/A×54×Yield/Mn，其中，B/A为物质B和物质A的摩尔比，Yield为收率。
实施例16～18
在氮气保护下，向干燥的聚合反应器中，依次加入A、B和C，其中B组分为异戊二烯，B与A的摩尔比为400:1，C与A的摩尔比为20:1，在50℃下反应20分，加入D，其中D与A的摩尔比为3:1，在60℃下反应8小时。结果见表5，表5为本发明实施例16～18的原料和结果数据。
表5 本发明实施例16～18的原料和结果数据
平均每个活性中心产生的聚合物链数，Np＝B/A×68×Yield/Mn，其中，B/A为物质B和物质A的摩尔比，Yield为收率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种含有不饱和长链烷基的烷基铝的制备方法，按照以下方法进行：
A)将稀土化合物、双烯烃和烷基铝化合物混合，进行反应，得到中间体产物；
所述步骤A)中反应的时间为0.1～2小时；
所述步骤A)中反应的温度为0～80℃；
B)将所述中间体产物与氯化物混合，进行反应，得到含有不饱和长链烷基的烷基铝；
所述步骤B)中反应的时间为2～10小时；
所述步骤B)中反应的温度为20～80℃；
所述稀土化合物包括稀土羧酸盐、稀土酸性磷酸盐、稀土酸性膦酸盐和烷氧基稀土中的一种或几种；
所述双烯烃包括丁二烯和/或异戊二烯；
所述双烯烃与稀土化合物的摩尔比为(50～1000)：1。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述烷基铝化合物包括三烷基铝和/或氢化烷基铝。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氯化物包括一氯二异丁基铝、一氯二乙基铝、倍半乙基铝、叔丁基氯、苄基氯、烯丙基氯、甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、三甲基氯硅烷和四氯化硅中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述稀土化合物包括新癸酸钕，异辛酸钕，环烷酸镧、(2-乙基己基)酸钕、(2-乙基己基)膦酸钕单-2-乙基已酯、乙氧基钕、正丙氧基钕、异丙氧基镧、异丁氧基衫、叔丁氧基钕和异辛氧基钕中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述烷基铝化合物和稀土化合物的摩尔比为(10～60)：1。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氯化物与稀土化合物的摩尔比为(1～3)：1。
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