DE69033368T2 - Ionische Metallocenkatalysatoren auf Träger für Olefinpolymerisation - Google Patents
Ionische Metallocenkatalysatoren auf Träger für OlefinpolymerisationInfo
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- Die Erfindung betrifft trägergestützte Katalysatoren zur Polymerisation von Olefinen einschließlich Gas- oder Aufschlämmungsphasenpolymerisaticn von Olefinen, Diolefinen, cyclischen Olefinen und acetylenisch ungesättigten Monomeren. Diese Katalysatoren, die auf bekannte Katalysatorträger aufgebracht sein können, schließen eine Gruppe IV-B Metall-Metallocenverbindung und eine ionische Aktivatorverbindung ein. Während die homogene Variante dieses Katalysatorsystems zuvor in EP-A-277 004 offenbart worden ist, ist bislang noch keine trägergestützte Form des Katalysatorsystems hergestellt worden. Der trägergestützte Katalysator, der zur Verwendung in Gas- oder Aufschlämmungsphasenolefinpolymerisation geeignet ist, liefert ein Polymerprodukt mit einer engeren Teilchengrößenverteilung und höherer Schüttdichte, als mit dem homogenen Katalysatorsystem erreichbar ist. Zudem führt die Verwendung des trägergestützten Katalysators in der Gasphase zu wesentlich verringertem Reaktorfouling, verglichen mit der trägerlosen oder homogenen Variante. Durch Verwendung von Katalysatorträgern mit geeigneter Größe kann das Katalysatorsystem in Lösungs- und Hochdruckpolymerisationsverfahren verwendet werden.
- Katalysatoren vom Ziegler-Natta-Typ zur Polymerisation von Olefinen sind wohlbekannt. Die traditionellen Systeme vom Ziegler-Natta-Typ umfassen ein Metallhalogenid, das durch Umsetzung mit einem Metallalkylcokatalysator, insbesondere einem Aluminiumalkylcokatalysator, zu einer Katalytisatorspezies aktiviert werden. Die Aktivierung dieser traditionellen Ziegler-Natta-Katalysatoren erzeugt eine Vielfalt von unterschiedlich aktiven Stellen. Als Folge dieser Ungleichheit der aktiven Stellen erzeugen die Katalysatoren Polymerprodukte mit breiter Molekulargewichtsverteilung (MWD). Zudem zeigen die Copolymerprodukte breite Zusammensetzungsverteilung (CD), schlechten Comonomereinbau und blockartige Sequenzverteilung.
- Neuerdings ist gefunden worden, daß aktive Katalysatoren gebildet werden, wenn eine Bis(cyclopentadienyl)verbindung der Gruppe IV-B-Metalle, insbesondere Zirconium und Hafnium, mit einem Alumoxan aktiviert wird. Die homogenen oder trägergestützten Metallocen-Alumoxan-Katalysatoren besitzen im allgemeinen hohe Aktivität und sind vielseitiger als konventionelle Ziegler- Natta-Katalysatoren, da sie effektiv zur Herstellung einer Vielfalt von Polymerprodukten beispielsweise einschließlich linearem Polyethylen mit hoher Dichte (HDPE), linearem Polyethylen mit niedriger Dichte (LLDPE), Ethylen/Propylen-Copolymer (EP), nicht kristallinem Polypropylen und kristallinem Propylen verwendet werden können. Die Metallocen-Alumoxan-Katalysatoren bieten auch den bedeutsamen Vorteil gegenüber den traditionellen Ziegler- Natta-Katalysatoren, daß sie Polymere mit enger MWD erzeugen können.
- Während die Metallocen-Alumoxan-Katalysatoren erhebliche Vorteile gegenüber den traditionellen Ziegler-Natta-Katalysatoren bieten, haben sie dennoch Grenzen der praktischen kommerziellen Anwendungsbereiche. Diese Grenzen schließen die relativ hohen Kosten der Alumoxan-Cokatalysatoren ein. Alumoxan ist auch luftempfindlich und schwierig zu handhaben. Ferner haben die Metallocen-Alumoxan-Katalysatoren, während sie ein Polymerprodukt mit enger MWD erzeugen, eine begrenzte Fähigkeit zur Erzeugung von Polymeren mit hohem Molekulargewicht oder Polymeren mit hohem Comonomergehalt.
- EP-A-277 004 beschreibt einen weiteren Vorteil bei Metallocenkatalysatoren: ein neuer Metallocenkatalysator, der weder ein Alkylaluminium noch ein Alumoxan als Aktivator braucht. Der Gruppe IV-B Metallocenkatalysator wird als Reaktionsprodukt einer Gruppe IV-B-Metall-Metallocenverbindung und einer ionischen Aktivatorverbindung hergestellt. Der ionische Aktivator umfaßt ein Kation mit einem Proton, das abgegeben werden kann, und ein labiles raumerfüllendes Anion, das ein einzelner Koordinationskomplex mit einer Vielfalt von lipophilen Resten ist, die kovalent an ein zentrales ladungstragendes Metall- oder Metalloidatom koordiniert sind und dieses abschirmen, wobei der Raumbedarf des Anions so ist, daß bei Reaktion des abgebbaren Protons des Aktivatorkations mit einem protonenreaktionsfähigen Substituenten einer Bis(cyclopentadienyl)-Gruppe IV-B-Metallverbindung, um ein Gruppe IV-B-Metallkation zu bilden, das Anion des Aktivators sterisch gehindert ist, mit dem Gruppe IV-B-Metallkation kovalent zu koordinieren. Somit wird eine aktive katalytische Spezies eines Metallocens gebildet, nämlich ein Ionenpaar, das ein Metallocen-Übergangsmetallkation gepaart mit einem nicht koordinierenden Anion der Aktivatorkomponente umfaßt.
- Das neue Metallocenkatalysatorsystem (nachfolgend als "ionischer Metallocenkatalysator" bezeichnet) beseitigt den Bedarf nach einem teuren Alumoxanaktivator. Der ionische Metallocenkatalysator bietet auch andere Vorteile gegenüber den Metallocen- Alumoxan-Katalysatoren, wie daß die Produktion von Polyolefinprodukten mit enger MWD und mit erheblich höherem durchschnittlichen Molekulargewicht (Gewichtsmittel) bei hohen Geschwindigkeiten der katalytischen Aktivität möglich ist, während auch Comonomere besser eingebaut werden können und die Kettenendchemie des Polymers besser gesteuert wird.
- Der neue ionische Metallocenkatalysator von EP-A-277 004 ist jedoch ein homogener Katalysator und kann im allgemeinen nicht praktisch für eine Gasphasenpolymerisation eingesetzt werden. Die Verwendung von trägergestütztem Katalysator bietet die Möglichkeit der Gasphasenverträglichkeit. Die Steuerung der Teilchengrößenverteilung des polymeren Produkts in den verschiedenen Polymerisationsverfahren beseitigt oder verringert das Ausmaß von Reaktorfouling.
- Trägergestützte Katalysatoren für die Olefinpolymerisation sind in der Technik wohlbekannt. Diese Katalysatoren bieten unter anderem die Vorteile, daß sie in Gas- oder Aufschlämmungsphasenreaktoren einsetzbar sind, die die Steuerung der Polymerteilchengröße und somit die Steuerung der Schüttdichte des Produkts ermöglichen. Gasphasenreaktoren beseitigen auch den Bedarf nach einem Lösungsmittel und den Geräten für Lösungsmittelhandhabung und Abtrennung. Die bekannten Ziegler-Natta-Trägerkataly satoren für die Olefinpolymerisation zeigen jedoch auch Nachteile, die breite MWD und Zusammensetzungsverteilung (CD), ineffektiven Einbau von Comonomeren, schlechte Sequenzverteilung und im Fall von Katalysatoren mit niedrigerer Aktivität die Notwendigkeit einer Produktentaschungsstufe einschließen.
- Trägergestützte Metallocen-Alumoxan-Katalysatoren für die Olefinpolymerisation sind in US-A-4 701 432 von Welborn beschrieben. Diese trägergestützten Metallocen-Alumoxan-Katalysatoren werden durch Umsetzung von Metallocen und Alumoxan in Gegenwart des festen Trägermaterials erhalten. Der trägergestützte Katalysator kann dann entweder als die einzige Katalysatorkomponente verwendet werden oder kann in Kombination mit einem organometallischen Cokatalysator verwendet werden. Der trägergestützte Metallocen-Alumoxan-Katalysator erzeugt jedoch noch Polymere mit allgemein niedrigerem Molekulargewicht und Comonomereinbau als für bestimmte Anwendungsbereiche erwünscht.
- Es wäre wünschenswert, einen trägergestützten Katalysator für Gas- oder Aufschlämmungsphasen-Olefinpolymerisation zu schaffen, der den Bedarf nach einem Alumoxan- oder Alkylaluminium-Cokatalysator beseitigt. Es wäre zudem wünschenswert, daß dieser trägergestützte Katalysator in der Lage wäre, ein Polymerprodukt mit hohem Molekulargewicht, enger MWD und CD, gutem Comonomereinbau, guter Sequenzverteilung, hoher Schüttdichte und kontrollierter Teilchengröße zur leichten Entfernung aus dem Reaktor zu schaffen.
- Die Erfindung liefert einen trägergestützten ionischen Katalysator, der
- (A) [(A-CP)MX&sub1;]&spplus; [(M¹)mQ&sub1;Q&sub2;...Qn]d- oder
- [(A-CP)MX'&sub1;X'&sub2;H)]&spplus; [(M¹)mQ&sub1;Q&sub2;...Qn]d- oder
- [(A-Cp)M(LH)]&spplus; [(M¹)mQ&sub1;Q&sub2;...Qn]d- oder
- oder
- [Cp(HR-Cp*)MX&sub1;]&spplus; (M¹)mQ&sub1;Q&sub2;...Qn]d-
- wobei M ein Metall ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Titan, Zirconium und Hafnium ist, (A-Cp) (Cp)(Cp*) oder Cp-A'-Cp* umfaßt, und Cp und Cp* die gleichen oder unterschiedliche substituierte oder unsubstituierte Cyclopentadienylreste sind, A' eine kovalente Brückengruppe ist, L ein Olefin-, Diolefin- oder Arinligand ist, X&sub1; ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem Hydridrest, Kohlenwasserstoffrest, substituiertem Kohlenwasserstoffrest und Organometalloidrest, X'&sub1; und X'&sub2; verbunden sind und an das Metallatom gebunden sind, um einen Metallocyclus zu bilden, in dem das Metallatom, X'&sub1; und X'&sub2; einen kohlenwasserstoffcyclischen Ring mit 3 bis 20 Kohlenstoffatomen bilden, und R ein Substituent mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen an einem der Cyclopentadienylreste ist, der auch an das Metallatom gebunden ist, wobei M¹ ein Metall oder Metalloid ausgewählt aus den Gruppen ist, die sich über die Gruppen VB, VIB, VIIB, VIIIB, IIB, IIIA und VA erstrecken, Q&sub1; bis Qn unabhängig ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Hydridresten, Dialkylamidoresten, Alkoxid- und Aryloxidresten, Kohlenwasserstoff- und substituierten Kohlenwasserstoffresten und Organometalloidresten und ein beliebiger, jedoch nicht mehr als einer von Q&sub1; bis Qn ein Halogenidrest sein kann, wobei die verbleibenden Q&sub1; bis Qn unabhängig aus den vorhergehenden Resten ausgewählt sind, m eine ganze Zahl von 1 bis 7 ist, n eine ganze Zahl von 2 bis 8 ist und n-m = d ist, und
- (B) anorganisches Oxid-Katalysatorträgermaterial in Teilchenform umfaßt.
- Der Katalysator ist geeignet zur Verwendung in der Polymerisation von Olefinen einschließlich Gas- oder Aufschlämmungsphasenpolymerisation von Olefinen. Der heterogene Katalysator erlaubt wie sein in unserer europäischen Patentanmeldung EP-A- 277 004 offenbartes homogenes Gegenstück die Herstellung von Polyolefinen mit hohem Molekulargewicht und enger Molekularge wichtsverteilung (MWD) in hohen Raten. Zudem haben die Polyolefinprodukte des trägergestützten Katalysators verglichen mit den Produkten des Standes der Technik von konventionellen trägergestützten Ziegler-Natta-Katalysatoren eine enge Zusammensetzungsverteilung (CD) und verbesserte Sequenzverteilung von Comonomeren.
- Die Möglichkeit zur Herstellung von trägergestütztem Katalysator war überraschend, da vorherzusehen war, daß die Reaktion von ionischem Katalysator wie in der gleichzeitig anhängigen Anmeldung beschrieben mit einer Lewisbase, wie auf einer Metalloxidoberfläche vorhanden ist, zur Katalysatordesaktivierung führen würde. Diese Erfindung ist sogar noch überraschender, da Aluminiumalkyle während der Katalysatorherstellung nicht vorhanden sind und außerdem die Polymerprodukte ähnlich denen sind, die mit dem trägerlosen Katalysator erhalten werden.
- Der trägergestützte erfindungsgemäße ionische Metallocenkatalysator umfaßt den ionischen Metallocenkatalysator und ein geeignetes Trägermaterial. Die Metallocenkomponente des ionischen Metallocenkatalysators kann ausgewählt sein aus einem Bis(cyclopentadienyl)derivat einer Gruppe IVB Metallverbindung (Periodensystem der Elemente, veröffentlicht und mit Copyright von CRC- Press, Inc., 1984), die mindestens einen Liganden enthält, der mit einer Aktivatorkomponente oder mindestens einem Teil derselben wie einem Kationanteil derselben reagiert. Die Aktivatorkomponente ist eine ionische Verbindung, die ein Kation, das irreversibel mit mindestens einem in der Gruppe IVB Metallverbindung (Metallocenverbindung) enthaltenen Liganden reagiert, und ein Anion umfaßt, das ein einzelner Koordinationskomplex ist, der eine Vielzahl von lipophilen Resten umfaßt, die kovalent an ein zentrales, formal ladungstragendes Metall- oder Metalloidatom koordiniert ist und dies abschirmt, wobei das Anion raumerfüllend, labil und gegenüber jeder Reaktion, die das Kation der Aktivatorkomponente einbezieht, stabil ist. Das ladungstragende Metall oder Metalloid kann jedes Metall oder Metalloid sein, das zur Bildung eines Koordinationskomplexes in der Lage ist, der nicht durch wäßrige Lösungen hydrolysiert wird. Bei Kombination der Metallocenkomponente und der Aktivatorkomponente reagiert das Kation der Aktivatorkomponente mit einem der Liganden der Metallocenkomponente, wodurch ein Ionenpaar erzeugt wird, das aus einem Gruppe IVB Metallkation mit einer formalen Koordinations zahl von 3 und einer Wertigkeit von +4 und dem genannten Anion besteht, wobei das Anion mit dem aus der Metallocenkomponente gebildeten Metallkation verträglich und nichtkoordinierend ist. Das Anion der Aktivatorverbindung muß in der Lage sein, den Gruppe IVB Metallkationkomplex zu stabilisieren, ohne die Fähigkeit des Gruppe IVB Metallkations oder seines Zersetzungsprodukts zu stören, als Katalysator zu wirken, und muß ausreichend labil sein, um die Verdrängung durch ein Olefin, Diolefin oder ein acetylenisch ungesättigtes Monomer während der Polymerisation zuzulassen.
- Entweder der ionische Metallocenkatalysator oder beide seiner Komponenten werden mit einem anorganischen oder organischen festen Trägermaterial kontaktiert, das vor diesem Kontakt vorzugsweise thermisch oder chemisch dehydratisiert worden ist, um den erfindungsgemäßen trägergestützten ionischen Metallocenkatalysator zu bilden.
- Das Verfahren zur Herstellung des trägergestützten ionischen Katalysators umfaßt die Stufen, in denen
- (a) in Lösungsmittel oder Verdünnungsmittel
- (i) mindestens eine Metallocenkomponente, die eine Bis(cyclopentadienyl)metallverbindung umfaßt, die mindestens einen Liganden enthält, der mit einem Proton reagieren kann, wobei das Metall ausgewählt ist aus den Gruppe IVB Metallen,
- (ii) mindestens eine Aktivatorkomponente, die ein Kation, das ein Proton abgeben kann, und ein Anion umfaßt, wobei das Anion ein einzelner Koordinationskomplex ist, der eine Vielfalt von lipophilen Resten umfaßt, die kovalent an ein zentrales ladungstragendes Metall- oder Metalloidatom koordiniert sind und dieses abschirmen, wobei das Anion raumerfüllend, labil und in der Lage ist, das als Resultat der Reaktion zwi schen den beiden gebildete Metallkation zu stabilisieren, und
- (iii) in einem geeigneten Lösungsmittel suspendiertes Katalysatorträgermaterial kombiniert werden, und
- (b) trägergestütztes Katalysatorprodukt als rieselfähiger Feststoff oder Suspension gewonnen wird.
- Der erfindungsgemäße trägergestützte Katalysator polymerisiert Olefine, Diolefine und/oder acetylenisch ungesättigte Monomere entweder allein oder in Kombination mit anderen Olefinen und/oder anderen ungesättigten Monomeren in Flüssig-, Aufschlämmungs- oder Gasphasenreaktionen.
- Im allgemeinen können Katalysatoren so gewählt werden, daß sie Polymerprodukte erzeugen, die frei von bestimmten Spurenelementen sind, die sich im allgemeinen in Polymeren befinden, die mit Katalysatoren vom Ziegler-Natta-Typ hergestellt sind, wie Aluminium, Magnesium oder Chlorid. Die mit den erfindungsgemäßen Katalysatoren hergestellten Polymerprodukte sollten daher einen breiteren Bereich von Anwendungen haben als Polymere, die entweder mit den konventionelleren Katalysatoren vom Ziegler- Natta-Typ, die ein Metallalkyl wie Aluminiumalkyl enthalten, oder den Metallocen-Alumoxan-Katalysatoren hergestellt sind.
- Die vorliegende Erfindung betrifft trägergestützte Katalysatoren, die besonders zur Verwendung in verschiedenen Polymerisationsverfahren einschließlich der Gas- oder Aufschlämmungsphasenpolymerisation von Olefinen geeignet sind. Der heterogene Katalysator schließt ein Metallocen der Gruppe IVB Übergangsmetalle, eine ionische Aktivatorverbindung und einen Katalysatorträger ein.
- Die Gruppe IVB Metallverbindungen, insbesondere die Titan-, Zirconium- und Hafniumverbindungen, die als erste Verbindungen in dem für das erfindungsgemäße Verfahren verwendeten ionischen Metallocenkatalysatorsystem brauchbar sind, sind die Bis(cyclo pentadienyl)derivate von Titan, Zirconium oder Hafnium. Im allgemeinen können solche brauchbaren Titan-, Zirconium- und Hafniumverbindungen durch die folgenden allgemeinen Formeln
- 1. (A-Cp)MX&sub1;X&sub2;
- 3. (A-Cp)ML
- wiedergegeben werden, wobei M ein Metall ausgewählt aus der. Gruppe bestehend aus Titan (Ti), Zirconium (Zr) und Hafnium (Hf) ist; (A-Cp) entweder (Cp)(Cp*) oder Cp-A'-Cp* ist, und Cp und Cp* die gleichen oder unterschiedliche, substituierte oder unsubstituierte Cyclopentadienylreste sind, wobei A' eine kovalente Brückengruppe ist, die vorzugsweise ein Gruppe IVA-Element enthalten kann; L ein Olefin-, Di olefin- oder Arinligand ist; X&sub1; und X&sub2; unabhängig ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Hydridresten, Kohlenwasserstoffresten, vorzugsweise mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, substituierten Kohlenwasserstoffresten mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, bei denen vorzugsweise ein oder mehrere der Wasserstoffatome durch ein Halogenatom ersetzt sind, Organometalloidresten, die vorzugsweise ein Gruppe-IV-A-Element umfassen, wobei jeder der in dem organischen Anteil des Organometalloids enthaltenden Kohlenwasserstoffsubstituenten unabhängig 1 bis 20 Kohlenstoffatome enthält, und dergleichen; X'&sub1; und X'&sub2; miteinander verbunden und an das Metallatom gebunden sind, um einen Metallacyclus zu bilden, in dem das Metall, X'&sub1; und X'&sub2; einen kohlenwasserstoffcyclischen Ring bilden, der 3 bis 20 Kohlenstoffatome enthält, und R ein Substituent, vorzugsweise ein Kohlenwasserstoffsubstituent mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, an einem der Cyclopentadienylreste ist, der auch an das Metallatom gebunden ist. Jedes Kohlenstoffatom in dem Cyclopentadienylrest kann unabhän gig unsubstituiert oder mit dem gleichen oder einem unterschiedlichen Rest ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kohlenwasserstoffresten, substituierten Kohlenwasserstoffresten, bei denen ein oder mehrere Wasserstoffatome durch ein Halogenatom ersetzt sind, kohlenwasserstoffsubstituierten Metalloidresten, bei denen das Metalloid ausgewählt ist aus der Gruppe IV-A des Periodensystems der Elemente, Halogenresten und dergleichen substituiert sein. Geeignete Kohlenwasserstoff- und substituierte Kohlenwasserstoffreste, die mindestens ein Wasserstoffatom in dem Cyclopentadienylrest ersetzen können, enthalten 1 bis 20 Kohlenstoffatome und schließen geradkettige und verzweigte Alkylreste, cyclische Kohlenwasserstoffreste, alkylsubstituierte cyclische Kohlenwasserstoffreste, aromatische Reste und alkylsubstituierte aromatische Reste ein. In ähnlicher Weise und wenn X&sub1; und/oder X&sub2; ein Kohlenwasserstoff- oder substituierter Kohlenwasserstoffrest ist bzw. sind, kann jeder unabhängig 1 bis 20 Kohlenstoffatome enthalten und ein geradkettiger oder verzweigter Alkylrest, ein cyclischer Kohlenwasserstoffrest, ein alkylsubstituierter cyclischer Kohlenwasserstoffrest, ein aromatischer Rest oder alkylsubstituierter aromatischer Rest sein. Geeignete Organometalloidreste schließen mono-, di- und trisubstituierte Organometalloidreste von Gruppe-IV-A-Elementen ein, wobei jede der Kohlenwasserstoffgruppen 1 bis etwa 20 Kohlenstoffatome enthält. Insbesondere schließen geeignete Organometalloidreste Trimethylsilyl, Triethylsilyl, Ethyldimethylsilyl, Methyldiethylsilyl, Triphenylgermyl und Trimethylgermyl ein.
- Illustrierende, aber nicht einschränkende Beispiele für Bis(cyclopentadienyl)zirconiumverbindungen, die zur Herstellung der verbesserten erfindungsgemäßen trägergestützten Katalysatoren verwendet werden können, schließen ein (Ethylcyclopentadienyl)(cyclopentadienyl)- und Bis(ethylcyclopentadienyl)zirconiumdihydrid, (Propylcyclopentadienyl)(cyclopentadienyl)- und Bis(propylcyclopentadienyl)zirconiumdihydrid, (n-Butylcyclopentadienyl)(cyclopentadienyl)- und Bis(n-butylcyclopentadienyl)- zirconiumdihydrid, (tert.-Butylcyclopentadienyl)(cyclopentadienyl)- und Bis(tert.-butylcyclopentadienyl)zirconiumdihydrid, (Cyclohexylmethylcyclopentadienyl)(cyclopentadienyl)- und Bis(cyclohexylmethylcyclopentadienyl)zirconiumdihydrid, (Benzylcyclopentadienyl)(cyclopentadienyl)- und Bis(benzylcyclopentadienyl)zirconiumdihydrid, (Diphenylmethylcyclopentadienyl)(cyclopentadienyl)- und Bis(diphenylmethylcyclopentadienyl)zirconiumdihydrid; (polykohlenwasserstoffsubstituierte Cyclopentadienyl)- zirconiumverbindungen wie(Dimethylcyclopentadienyl)(cyclopentadienyl)- und Bis(dimethylcyclopentadienyl)zirconiumdimethyl, (Trimethylcyclopentadienyl)(cyclopentadienyl)- und Bis(trimethylcyclopentadienyl)zirconiumdimethyl, (Tetramethylcyclopentadienyl)(cyclopentadienyl)- und Bis(tetramethylcyclopentadienyl)zirconiumdimethyl, (Permethylcyclopentadienyl)(cyclopentadienyl)- und Bis(permethylcyclopentadienyl)zirconiumdimethyl, (Ethyltetramethylcyclopentadienyl)(cyclopentadienyl)- und Bis(ethyltetramethylcyclopentadienyl)zirconiumdimethyl, (Indenyl)(cyclopentadienyl)- und Bis(indenyl)zirconiumdimethyl, (Dimethylcyclopentadienyl)(cyclopentadienyl)- und Bis(dimethylcyclopentadienyl)zirconiumdihydrid, (Trimethylcyclopentadienyl)(cyclopentadienyl)- und Bis(trimethylcyclopentadienyl)zirconiumdihydrid, (Tetramethylcyclopentadienyl)(cyclopentadienyl)- und Bis(tetramethylcyclopentadienyl)zirconiumdihydrid, (Permethylcyclopentadienyl)(cyclopentadienyl)- und Bis(permethylcyclopentadienyl)zirconiumdihydrid, (Ethyltetramethylcyclopentadienyl)- (cyclopentadienyl)- und Bis(ethyltetramethylcyclopentadienyl)- zirconiumdihydrid, (Indenyl)(cyclopentadienyl)- und Bis(indenyl)zirconiumdihydrid, (Propylcyclopentadienyl(cyclopentadienyl)- und Bis(propylcyclopentadienyl)zirconiumdihydrid, (n-Butylcyclopentadienyl)(cyclopentadienyl)- und Bis(n-butylcyclopentadienyl)zirconiumdihydrid, (tert.-Butylcyclopentadienyl)(cyclopentadienyl)- und Bis(tert.-butylcyclopentadienyl)zirconiumdihydrid, (Cyclohexylmethylcyclopentadienyl)(cyclopentadienyl)- und Bis(cyclohexylmethylcyclopentadienyl)zirconiumdihydrid, (Benzylcyclopentadienyl)(cyclopentadienyl)- und Bis(benzylcyclopentadienyl)zirconiumdihydrid, (Diphenylmethylcyclopentadienyl)- (cyclopentadienyl)- und Bis(diphenylmethylcyclopentadienyl)zirconiumdihydrid, (metallkohlenwasserstoffsubstituierte Cyclopen tadienyl)zirconiumverbindungen wie (Trimethylsilylcyclopentadienyl)(cyclopentadienyl)- und Bis(trimethylsilylcyclopentadienyl)zirconiumdimethyl, (Trimethylgermylcyclopentadienyl)(cyclopentadienyl)- und Bis(trimethylgermylcyclopentadienyl)zirconiumdimethyl, (Trimethylstannylcyclopentadienyl)(cyclopentadienyl)- und Bis(trimethylstannylcyclopentadienyl)zirconiumdimethyl, (Trimethylplumbylcyclopentadienyl)(cyclopentadienyl)- und Bis(trimethylplumbylcyclopentadienyl)zirconiumdimethyl, (Trimethylsilylcyclopentadienyl)(cyclopentadienyl)- und Bis(trimethylsilylcyclopentadienyl)zirconiumdihydrid, (Trimethylgermylcyclopentadienyl)(cyclopentadienyl)- und Bis(trimethylgermylcyclopentadienyl)zirconiumdihydrid, (Trimethylstannylcyclopentadienyl)- (cyclopentadienyl)- und Bis(trimethylstannylcyclopentadienyl)- zirconiumdihydrid, (Trimethylplumbylcyclopentadienyl)(cyclopentadienyl)- und Bis(trimethylplumbylcyclopentadienyl)zirconiumdihydrid; (halogensubstituierte Cyclopentadienyl)zirconiumverbindungen wie (Trifluormethylcyclopentadienyl)(cyclopentadienyl)- und Bis(trifluormethylcyclopentadienyl)zirconiumdimethyl, (Trifluormethylcyclopentadienyl)(cyclopentadienyl)- und Bis(trifluormethylcyclopentadienyl)zirconiumdihydrid; silylsubstituierte Bis(cyclopentadienyl)zirconiumverbindungen wie Bis(cyclopentadienyl)(trimethylsilyl)(methyl)zirconium, Bis(cyclopentadienyl)(triphenylsilyl)(methyl)zirconium, Bis(cyclopentadienyl)- [tris(dimethylsilyl)silyl](methyl)zirconium, Bis(cyclopentadienyl)[bis(mesityl)silyl](methyl)zirconium, Bis(cyclopentadienyl)- (trimethylsilyl)trimethylsilylmethyl)zirconium, Bis(cyclopentadienyl)(trimethylsilylbenzyl)zirconium; (verbrückte Cyclopentadienyl)zirconiumverbindungen wie Methylenbis(cyclopentadienyl)- zirconiumdimethyl, Ethylenbis(cyclopentadienyl)zirconiumdimethyl, Dimethylsilylbis(cyclopentadienyl)zirconiumdimethyl, Methylenbis(cyclopentadienyl)zirconiumdihydrid, Ethylenbis(cyclopentadienyl)zirconiumdihydrid und Dimethylsilylbis(cyclopentadienyl)zirconiumdihydrid und dergleichen; Zirconacyclen wie Bis(pentamethylcyclopentadienyl)zirconacyclobutan, Bis(pentamethylcyclopentadienyl)zirconacyclopentan, Bis(cyclopentadienyl)zirconaindan und 1-Bis(cyclopentadienyl)zircona-3-dimethylsilacyclo butan; mit Olefin-, Diolefin- und Arinligand substituierte Bis(cyclopentadienyl)zirconiumverbindungen wie Bis(cyclopentadienyl)(1,3-butadien)zirconium, Bis(cyclopentadienyl)(2,3-dimethyl-1,3-butadien)zirconium und Bis(pentamethylcyclopentadienyl)(dehydrobenzol)zirconium; (Kohlenwasserstoff)(hydrid)Bis(cyclopentadienyl)zirconiumverbindungen wie Bis(pentamethylcyclopentadienyl)zirconium(phenyl)(hydrid) und Bis(pentamethylcyclopentadienyl)zirconium(methyl)(hydrid) und Bis(cyclopentadienyl)zirconiumverbindungen, bei denen ein Substituent des Cyclopentadienylrestes an das Metall gebunden ist, wie (Pentamethylcyclopentadienyl)(tetramethylcyclopentadienylmethylen)zirconiumhydrid und (Pentamethylcyclopentadienyl)(tetramethylcyclopentadienylmethylen)zirconiumphenyl.
- Eine ähnliche Liste illustrierender Bis(cyclopentadienyl)- hafnium- und Bis(cyclopentadienyl)titanverbindungen könnte angefertigt werde, da diese Listen jedoch mit den bereits in Hinsicht auf Bis(cyclopentadienyl)zirconiumverbindungen angegebenen Listen nahezu identisch wären, werden sie nicht als notwendig für eine vollständige Offenbarung angesehen. Andere Bis(cyclopentadienyl)hafniumverbindungen und andere Bis(cyclopentadienyl)titanverbindungen sowie andere Bis(cyclopentadienyl)zirconiumverbindungen, die für die herzustellenden Katalysatoren nutzbringend sind, sind Fachleuten natürlich offensichtlich.
- Verbindungen, die als Aktivatorkomponente bei der Herstellung von erfindungsgemäßem Katalysator brauchbar sind, umfassen ein Kation, das eine Brönstedtsäure ist, die in der Lage ist, ein Proton abzugeben, und ein verträgliches, nichtkoordinierendes Anion, das einen einzelnen Koordinationskomplex enthält, der einen ladungstragenden Metall- oder Metalloidkern umfaßt, wobei das Anion relativ groß (raumerfüllend) ist und die aktive Katalysatorspezies (das Gruppe IVB Kation), das bei Kombination der beiden Verbindungen gebildet wird, stabilisieren kann. In Polymerisationsverfahren ist das Anion ausreichend labil, um durch olefinische, diolefinische und acetylenisch ungesättigte Sub strate oder andere neutrale Lewisbasen wie Ether oder Nitrile verdrängt zu werden. Wie oben gezeigt kann jedes Metall oder Metalloid verwendet werden oder in dem Anion der zweiten Verbindung enthalten sein, das eine Koordinationskomplex bilden kann, der in Wasser stabil ist. Geeignete Metalle für das Anion schließen Aluminium, Gold und Platin ein, sind aber nicht auf diese begrenzt. Geeignete Metalloide schließen Bor, Phosphor oder Silicium ein, sind aber nicht auf diese beschränkt. Verbindungen, die Anionen enthalten, welche Koordinationskomplexe enthalten, die ein einzelnes Metall- oder Metalloidatom enthalten, sind natürlich wohlbekannt und viele, insbesondere jene Verbindungen, die ein einzelnes Boratom im Anionenanteil enthalten, sind im Handel erhältlich. Daher sind Salze bevorzugt, die Anionen enthalten, welche einen Koordinationskomplex umfassen, der ein einzelnes Boratom enthält.
- Allgemein können die Aktivatorverbindungen, die zur erfindungsgemäßen Herstellung verwendet werden, durch die folgende allgemeine Formel
- 5. [(L'-H)&spplus;]d+[(M')m+Q&sub1;Q&sub2;...Qn]d-
- wiedergegeben werden, in der
- L' eine neutrale Lewisbase ist,
- H ein Wasserstoffatom ist,
- [L'-H]&spplus; eine Brönstedtsäure ist,
- M' ein Metall oder Metalloid ausgewählt aus den Gruppen ist, die sich von den Gruppen V-B bis V-A des Periodensystems der Elemente erstrecken, d. h. den Gruppen V-B, VI-B, VII-B, VIII-B, I- B, II-B, III-A, IV-A und V-A;
- Q&sub1; bis Qn unabhängig ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Hydridresten, Dialkylamidoresten, Alkoxid- und Aryloxidresten, Kohlenwasserstoff- und substituierten Kohlenwasserstoffresten und Organometalloidresten und ein beliebiger, aber nicht mehr als einer, von Q&sub1; bis Qn ein Halogenidrest sein kann, wobei die verbleibenden Q&sub1; bis Qn unabhängig ausgewählt sind aus den vor hergehenden Resten; m eine ganze Zahl von 1 bis 7 ist; n eine ganze Zahl von 2 bis 8 ist und n - m = d ist.
- Die bevorzugten Aktivatorverbindungen, die Bor umfassen, können durch die folgende allgemeine Formel
- 6. [L'-H]&spplus;[BAr&sub1;Ar&sub2;X&sub3;X&sub4;]&supmin;
- wiedergegeben werden, in der
- L' eine neutrale Lewisbase ist;
- H ein Wasserstoffatom ist;
- [L'-H]&spplus; eine Brönstedtsäure ist;
- B Bor in der Wertigkeitsstufe 3 ist;
- Ar&sub1; und Ar&sub2; die gleichen oder unterschiedliche aromatische oder substituierte aromatische Kohlenwasserstoffreste mit 6 bis 20 Kohlenstoffatomen sind, die über eine stabile Brückengruppe miteinander verbunden sein können, und X&sub3; und X&sub4; Reste sind, die unabhängig ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Hydridresten, Halogenidresten, vorausgesetzt, daß nur einer von X&sub3; oder X&sub4; zur gleichen Zeit Halogenid sein darf, Kohlenwasserstoffresten mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, substituierten Kohlenwasserstoffresten mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, wobei ein oder mehrere Wasserstoffatome durch ein Halogenatom ersetzt sind, kohlenwasserstoffsubstituierten Metallresten (Organometalloidresten), wobei jeder Kohlenwasserstoffsubstituent 1 bis 20 Kohlenstoffatome enthält und das Metall ausgewählt ist aus der Gruppe IV-A des Periodensystems der Elemente und dergleichen.
- Im allgemeinen können Ar&sub1; und Ar&sub2; unabhängig jeder aromatische oder substituiert aromatische Kohlenwasserstoffrest sein, der 6 bis 20 Kohlenstoffatome enthält. Geeignete aromatische Reste, aber nicht auf diese beschränkt, schließen Phenyl-, Naphthyl- und Anthracenylreste ein. Geeignete Substituenten schließen Kohlenwasserstoffreste, Organometalloidreste, Alkoxyreste, Alkylamidoreste, Fluor- und Fluorkohlenwasserstoffreste wie solche, die als X&sub3; und X&sub4; brauchbar sind, ein, sind aber nicht notwendigerweise auf diese beschränkt. Der Substituent kann relativ zu dem an das Boratom gebundene Kohlenstoffatom ortho, meta oder para sein. Wenn eines oder beide von X&sub3; und X&sub4; ein Kohlenwasserstoffrest sind, können sie jeweils der gleiche oder ein anderer aromatischer oder substituierter aromatischer Rest sein wie Ar&sub1; und Ar&sub2;, oder sie können ein geradkettiger oder verzweigter Alkyl-, Alkenyl- oder Alkinylrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, ein cyclischer Kohlenwasserstoffrest mit 5 bis 8 Kohlenstoffatomen oder ein alkylsubstituierter cyclischer Kohlenwasserstoftrest mit 6 bis 20 Kohlenstoffatomen sein. X&sub3; und X&sub4; können unabhängig Alkoxy- oder Dialkylamidoreste, bei denen der Alkylanteil des Alkoxy- und Dialkylamidorests 1 bis 20 Kohlenstoffatome enthält, Kohlenwasserstoffreste oder Organometalloidreste mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen sein. Wie gezeigt können Ar&sub1; und Ar&sub2; miteinander verbunden sein. In ähnlicher Weise kann einer oder beide von Ar&sub1; und Ar&sub2; mit entweder X&sub3; oder X&sub4; verbunden sein. Schließlich können X&sub3; und X&sub4; auch durch eine geeignete Brückengruppe miteinander verbunden sein.
- Illustrierende, aber nicht einschränkende Beispiele für Borverbindungen, die als Aktivatorkomponente zur Herstellung der verbesserten erfindungsgemäßen Katalysatoren verwendet werden können, sind trialkylsubstituierte Ammoniumsalze wie Triethylammoniumtetra(phenyl)bor, Tripropylammoniumtetra(phenyl)bor, Tri(n-butyl)ammoniumtetra(phenyl)bor, Trimethylammoniumtetra(p-tolyl)bor, Trimethylammoniumtetra(o-tolyl)bor, Tributylammoniumtetra(pentafluorphenyl)bor, Tripropylammoniumtetra(o,p-dimethylphenyl)bor, Tributylammoniumtetra(m,m-dimethylphenyl)bor, Tributylammoniumtetra(p-trifluormethylphenyljbor, Tributylammoniumtetra(pentafluorphenyl)bor und Tri(n-butyl)ammoniumtetra(o-tolyl)- bor; N,N-Dialkylaniliniumsalze wie N,N-Dimethylaniliniumtetra(phenyl)bor, N,N-Diethylaniliniumtetra(phenyl)bor und N,N- 2,4, 6-Pentamethylaniliniumtetra(phenyl)bor; Dialkylammoniumsalze wie Di(isopropyl)ammoniumtetra(pentafluorphenyl)bor und Dicyclohexylammoniumtetra(phenyl)bor, und Triarylphosphoniumsalze wie Triphenylphosphoniumtetra(phenyl)bor, Tri(methylphenyl)phosphoniumtetra(phenyl)bor und Tri(dimethylphenyl)phosphoniumtetra(phenyl)bor.
- Geeignete Verbindungen, die andere Metalle und Metalloide enthalten, die als Aktivatorkomponenten brauchbar sind, können brauchbarerweise verwendet werden. In Anbetracht dessen ist zu beachten, das die vorhergehende Liste nicht als erschöpfend angesehen werden soll und andere Borverbindungen, die brauchbar sind, sowie brauchbare Verbindungen, die andere Metalle und Metalloide enthalten, Fachleuten aus den vorhergehenden allgemeinen Gleichungen leicht offensichtlich sind.
- Das Trägermaterial ist ein anorganisches Oxid in Teilchenform und vorzugsweise ein poröser Träger.
- Geeignete anorganische Oxidmaterialien, die wünschenswerterweise erfindungsgemäß verwendet werden, schließen Gruppe IIA, IIIA, IVA oder IVB Metalloxide ein. Die am meisten bevorzugten Katalysatorträgermaterialien schließen Siliciumdioxid, Aluminiumoxid und Siliciumdioxid-Aluminiumoxid und Mischungen derselben ein. Andere anorganische Oxide, die entweder allein oder in Kombination mit dem Siliciumdioxid, Aluminiuinoxid oder Siliciumdiexid-Aluminiumoxid verwendet werden können, sind Magnesium, Titandioxid und Zirconiumdioxid.
- Die Metalloxide enthalten im allgemeinen Oberflächenhydroxylgruppen, die mit dem ionischen Metallocenkatalysator reagieren können und ihn desaktivieren können, wenn der Katalysator zu dem aufgeschlämmten Metalloxidträger gegeben wird. Es ist daher bevorzugt, daß der anorganische Oxidträger vor der Verwendung dehydratisiert wird, d. h. einer Wärmebehandlung ausgesetzt wird, um Wasser zu entfernen und die Konzentration der Oberflächenhydroxylgruppen zu vermindern. Die Behandlung kann im Vakuum oder unter Spülen mit einem trockenen Inertgas wie Stickstoff bei einer Temperatur von 100ºC bis 1000ºC und vorzugsweise 300ºC bis 800ºC erfolgen. Drucküberlegungen sind nicht kritisch. Die Dauer der Wärmebehandlung kann 1 bis 24 h betragen. Es können jedoch kürzere oder längere Zeiten verwendet werden.
- Als alternatives Dehydratisierungsverfahren des Metalloxidträgermaterials kann vorteilhaft chemische Dehydratisierung ver wendet werden. Chemische Dehydratisierung wandelt alles Wasser und alle Hydroxylgruppen auf der Oxidoberfläche in inerte Spezies um. Brauchbare chemische Mittel sind beispielsweise Chlorsilane wie Trimethylchlorsilan und Alkylaluminiumreagentien wie Triethylaluminium. Die chemische Dehydratisierung wird bewirkt, indem das teilchenförmige anorganische Material wie beispielsweise Siliciumdioxid in einem inerten niedrigsiedenden Kohlenwasserstoff wie beispielsweise Hexan aufgeschlämmt wird. Während der chemischen Dehydratisierungsreaktion sollte das Siliciumdioxid in einer feuchtigkeits- und sauerstofffreien Atmosphäre gehalten werden. Zu der Siliciumdioxidaufschlämmung wird dann eine Lösung des chemischen Dehydratisierungsmittels in einem niedrigsiedenden inerten Kohlenwasserstoff gegeben.
- Der zur Herstellung des Katalysators verwendete anorganische Oxidträger kann jedes teilchenförmige Oxid oder gemischte Oxid wie zuvor beschrieben sein, das thermisch oder chemisch dehydratisiert worden ist, so daß es im wesentlichen frei von adsorbierter Feuchtigkeit ist.
- Die spezifische Teilchengröße, spezifische Oberfläche und das spezifische Porenvolumen des anorganischen Oxids bestimmen die Menge an anorganischem Oxid, die zur Herstellung der Katalysatorzusammensetzung wünschenswerterweise verwendet werden sollen, und beeinflussen die Eigenschaften der Polymere, die mit Hilfe der Katalysatorzusammensetzungen gebildet werden. Diese Eigenschaften müssen oft bei der Auswahl eines anorganischen Oxids zur Verwendung gemäß einem speziellen Aspekt der Erfindung berücksichtigt werden. Im allgemeinen werden üblicherweise optimale Resultate durch Verwendung von anorganischen Oxiden mit einer durchschnittlichen Teilchengröße im Bereich von 0,1 bis 600 um, vorzugsweise etwa 0,3 bis 80 um, einer Oberfläche von 50 bis 1000 m²/g, vorzugsweise 100 bis 400 m²/g und einem Porenvolumen von 0,5 bis 3,5 ml/g, vorzugsweise 0,5 bis 2 ml/g erhalten.
- Der erfindungsgemäße trägergestützte ionische Metallocenkatalysator kann durch Kombinieren der Metallocenkomponente, der Aktivatorkomponente und des Trägers in geeigneten Lösungsmitteln in einer oder mehreren Stufen hergestellt werden.
- Im allgemeinen ist es, obwohl die meisten oben angegebenen Metallocenkomponenten mit den meisten oben angegebenen Aktivatorkomponenten zur Herstellung eines aktiven Olefinpolymerisationskatalysators kombiniert werden können, für die Kontinuität der Polymerisationsverfahren erwünscht, daß entweder das anfangs aus der Metallocenkomponente gebildete Metallkation oder ein Zersetzungsprodukt desselben ein relativ stabiler Katalysator ist. Es ist auch erwünscht, daß das Anion der Aktivatorverbindung gegenüber Hydrolyse stabil ist, wenn ein Ammoniumsalz verwendet wird. Es ist zudem wünschenswert, daß die Acidität der Aktivatorkomponente relativ zu der Metallocenkomponente ausreichend ist, um die notwendige Protonenübertragung zu erleichtern. Im allgemeinen können Bis(cyclopentadienyl)metallverbindungen, die durch wäßrige Lösungen hydrolysiert werden können, als geeignet als Metallocenkomponenten angesehen werden, um die hier beschriebenen Katalysatoren zu bilden.
- Die chemischen Reaktionen, die bei der Bildung des erfindungsgemäßen Katalysators stattfinden, können, wenn eine bevorzugte borhaltige Verbindung als zweite Komponente verwendet wird, unter Bezugnahme auf die allgemeinen Formeln wie hier nachfolgend beschrieben wiedergegeben werden:
- 7.
- (A-Cp)MX&sub1;X&sub2; + [L'-H]&spplus;[BAr&sub1;Ar&sub2;X&sub3;X&sub4;]&supmin; → [(A-Cp)MX&sub1;]&spplus;[BAr&sub1;Ar&sub2;X&sub3;X&sub4;]&supmin; + HX&sub2; + L' oder [(A-CP)MX&sub2;]&spplus;[BAr&sub1;Ar&sub2;X&sub3;X&sub4;]&supmin; + HX&sub1; + L'
- 8.
- 9.
- (A-OP)ML + [L'-H]&spplus;[BAr&sub1;Ar&sub2;X&sub3;X&sub4;]&supmin; → [(A-CP)M(LH)]&spplus;[BAr&sub1;Ar&sub2;X&sub3;X&sub4;] + L'
- 10.
- In den vorhergehenden Reaktionsgleichungen sind die Symbole zuvor definiert worden. Im allgemeinen variieren Stabilität und Bildungsgeschwindigkeit der Produkte in den vorhergehenden Reaktionsgleichungen, insbesondere des Metallkations, in Abhängigkeit von der Wahl des Lösungsmittels, der Acidität des gewählten [L'-H]&spplus;, des speziellen L', des Anions, der Temperatur, bei der die Reaktion vollendet wird und dem speziellen Bis(cyclopentadienyl)derivat des gewählten Metalls. Im allgemeinen ist das anfangs gebildete Ionenpaar ein aktiver Polymerisationskatalysator und polymerisiert α-Olefine, Diolefine, gespannte cyclische Olefine und acetylenisch ungesättigte Monomere entweder allein oder in Kombination mit anderen Monomeren. In einigen Fällen zersetzt sich jedoch das anfängliche Metallkation, um einen aktiven Polymerisationskatalysator zu ergeben.
- Hinsichtlich der Kombination der Metallocenkomponente mit der Aktivatorkomponente zur Bildung eines erfindungsgemäßen Katalysators sei darauf hingewiesen, daß die beiden Verbindungen, die zur Herstellung des aktiven Katalysators kombiniert werden, so gewählt werden, daß die Übertragung eines Fragments des Anions, insbesondere einer Arylgruppe, auf das Metallkation, wodurch eine katalytisch inaktive Spezies gebildet wird, vermieden wird. Dies kann durch sterische Hinderung erfolgen, die aus Substitutionen an den Cyclopentadienylkohlenstoffatomen resultiert, sowie aus Substitutionen der aromatischen Kohlenstoffatome des Anions. Es folgt daher, daß die Metallocenkomponenten, die perkohlenwasserstoffsubstituierte Cyclopentadienylreste umfassen, effektiv mit einem breiteren Bereich von Aktivatorverbindungen verwendet werden als Metallocenkomponenten, die unsubstituierte Cyclopentadienylreste umfassen. Wenn jedoch Menge und Größe der Substitutionen an den Cyclopentadienylresten vermindert werden, werden effektivere Katalysatoren mit Aktivatorverbindungen erhalten, die Anionen enthalten, die beständiger gegen Abbau sind, wie solche mit Substituenten an den ortho-Positionen der Phenylringe. Ein weiteres Mittel, um das Anion beständiger gegen Abbau zu machen, wird durch Fluorsubstitution, insbesondere Perfluorsubstitution in dem Anion bewirkt. Fluorsubstituierte stabilisierende Anionen können daher mit einem breiteren Bereich von Metallverbindung (erste Komponenten) verwendet werden. Aktivatoren, bei denen die Anionen Pentafluorphenylgruppen umfassen, sind zur Herstellung von erfindungsgemäßen Ionenpaar-Metallocenkatalysatoren bevorzugt.
- Es ist bevorzugt, daß das Molverhältnis von Metallocenkomponente zu Aktivatorkomponente 1 : 1 oder größer ist. In einer Reaktion entsprechend der allgemeinen Formel 1, wobei das Anion Pentafluorphenylgruppen umfaßt, sind mittels NMR-Spektroskopie zwei strukturell unterschiedliche Formen von thermisch stabilen ionischen Katalysatoren identifiziert worden und sind in den allgemeinen Formeln 11 und 12 gezeigt, wobei Tetrakis(pentafluorphenyl)bor als repräsentatives Anion verwendet wurde:
- 11. [(A-Cp)MX&sub2;(L')][B(C&sub6;F&sub5;)&sub4;]
- 12. [{(A-CP)MX&sub1;)&sub2;(u-X&sub1;)][B(C&sub6;F&sub5;)&sub4;]
- In den vorhergehenden Formeln entsprechen die Symbole A-Cp, M, L' und X&sub1; den oben in den allgemeinen Formeln 1 bis 4 gegebenen Definitionen. Das Symbol "u" zeigt, daß der Ligand X&sub1; die beiden Metallzentren verbrückt. In beiden allgemeinen Formeln 11 und 12 zeigen NMR-Experimente, daß das fluorierte Boranion vollständig nichtkoordinierend ist. Wenn das Molverhältnis von Metallocenkomponente zu Aktivatorkomponente 1 : 1 beträgt, koordiniert L' schwach mit dem Metallocenkation und stabilisiert dieses, wenn L' ein Anilinderivat ist, beispielsweise N,N-Dimethylanilin, um einen ionischen Katalysator mit der allgemeinen Formel 11 zu ergeben. Wenn das Molverhältnis von Metallocenkomponente zu Aktivatorkomponente größer als 1 : 1 ist, koordiniert eine X-Gruppe, beispielsweise eine Methylgruppe eines überschüssigen (A-Cp)M(CH&sub3;)&sub2; Moleküls, wenn (A-Cp)M(CH&sub3;)&sub2; das verwendete Metallocen ist, schwach mit dem Metallocenkation und stabilisiert dieses, um einen ionischen Katalysator mit der allgemeinen Formel 12 zu ergeben.
- Der erfindungsgemäße trägergestützte Katalysator kann durch Kombinieren von Metallocen, Aktivatorkomponenten und Träger in einem oder mehreren geeigneten Lösungsmitteln oder Verdünnungsmitteln hergestellt werden. Geeignete Lösungsmittel und/oder Verdünnungsmittel schließen geradkettige und verzweigte Kohlenwasserstoffe wie Isobutan, Butan, Pentan, Hexan, Heptan und Octan, cyclische und alicyclische Kohlenwasserstoffe wie Cyclohexan, Cycloheptan, Methylcyclohexan und Methylcycloheptan, die aromatischen und alkylsubstituierten aromatischen Verbindungen wie Benzol, Toluol und Xylol ein, sind jedoch nicht auf diese begrenzt.
- Es ist bevorzugt, daß die Katalysatorkomponenten aufgrund ihrer Empfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeit und Sauerstoff in einer inerten, feuchtigkeitsfreien, sauerstofffreien Umgebung wie Argon, Stickstoff oder Helium gehandhabt werden.
- Gemäß einem bevorzugten Verfahren werden die Metallocen- und Aktivatorkomponenten in einer ersten Stufe in einem aromatischen Lösungsmittel kombiniert, um eine Lösung des Reaktionsprodukts zu ergeben. Diese Reaktion kann im Temperaturbereich von -100 bis 300ºC, vorzugsweise 0 bis 100ºC durchgeführt werden. Verweilzeiten, um die Vollendung der Reaktion zu ermöglichen, können in Abhängigkeit von Variablen wie Reaktionstemperatur und Wahl der Reaktanten im Bereich von 10 Sekunden bis 60 Minuten liegen.
- Die durch Kombinieren von Metallocen- und Aktivatorkomponenten erzeugte Lösung wird dann mit dem Träger kontaktiert. Das Kontaktverfahren kann variieren, es ist jedoch bevorzugt, daß die Lösung zu einer rasch gerührten Aufschlämmung des Katalysatorträgers in einem Kohlenwasserstofflösungsmittel, vorzugsweise einem aliphatischen Lösungsmittel und insbesondere Pentan gegeben wird.
- Gemäß einem anderen bevorzugten Verfahren wird die Aktivatorkomponente in einer ersten Stufe in einem aromatischen Lösungsmittel mit dem Träger aufgelöst, um eine trägergestützte Aktivatorkomponente zu erzeugen: Diese Reaktion wird bei einer ausreichenden Temperatur durchgeführt, um eine homogene Lösung der Aktivatorkomponente zu erzeugen, vorzugsweise zwischen 25ºC und 200ºC. Das aromatische Lösungsmittel wird dann entfernt, um ein rieselfähiges trägergestütztes Material zurückzulassen. Das trägergestützte Material wird dann mit der Metallocenkomponente vorzugsweise in einem aliphatischen Lösungsmittel kontaktiert, um den trägergestützten Katalysator zu erzeugen.
- Ungeachtet des Verfahrens kann der aktive trägergestützte Katalysator durch Verdampfen des Lösungsmittels gewonnen werden, um einen rieselfähigen Feststoff zu erhalten, oder alternativ kann der aktive trägergestützte Katalysator im aufgeschlämmten Zustand zur direkten Verwendung gehalten werden.
- Die Kontakttemperaturen können in Abhängigkeit von den verwendeten Lösungsmitteln im Bereich von 0º bis 100ºC liegen. Die Kontaktzeiten können von 10 Sekunden bis 60 Minuten variieren, wobei längere Kontaktzeiten als 60 Minuten keine erheblichen zusätzlichen Vorteile bieten.
- Bei der Herstellung des trägergestützten Katalysators sollen die Reagentien kombiniert werden, um eine Katalysatorkonzentration (Metallocen und Aktivator) auf dem Träger von 0,01 Gew.-% bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 1 Gew.-% bis 5 Gew.-% zu liefern, bezogen auf das Gewicht des Trägers.
- Gemäß einer am meisten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden Bis(cyclopentadienyl)zirconiumdimethyl oder Bis(cyclopentadienyl)hafniumdimethyl mit N,N-Dimethylaniliniumtetra(pentafluorphenyl)bor umgesetzt und dann mit einem Aluminiumoxid-, Siliciumdioxid- oder Siliciumdioxid-Aluminiumoxid-Träger kontaktiert, um den am meisten bevorzugten erfindungsgemäßen Katalysator zu erzeugen. Die Metallocen- und Aktivatorkomponenten werden bei einer Temperatur im Bereich von -100ºC bis 300ºC, vorzugsweise 0ºC bis 100ºC und vorzugsweise in einem aromatischen Kohlenwasserstofflösungsmittel, am meisten bevorzugt Toluol, kombiniert. Eine nominelle Verweilzeit im Bereich von 10 Sekunden bis 60 Minuten ist ausreichend, bevor die Mischung mit einer Aufschlämmung des getrockneten Trägermaterials in einem aliphatischen Lösungsmittel für einen Kontaktzeitraum von 10 Sekunden bis 60 Minuten kontaktiert wird.
- Gemäß einem anderen bevorzugten Verfahren wird in einer ersten Stufe N,N-Dimethylaniliniumtetra(pentafluorphenyl)bor in einem aromatischen Lösungsmittel aufgelöst, das auf einer ausreichenden Temperatur gehalten wird, um die Aktivatorkomponente aufzulösen. Der Träger wird darin aufgeschlämmt und der Aktivator und der Träger werden für 1 Minute bis 1 h umgesetzt, um eine trägergestützte Aktivatorkomponente zu erzeugen. Das aromatische Lösungsmittel wird entfernt, um ein rieselfähiges Trägermaterial zurückzulassen, das die Aktivatorkomponente enthält. Diese trägergestützte Aktivatorkomponente wird dann mit Bis(cyclopentadienyl)zirconiumdimethyl oder Bis(cyclopentadienyl)hafniumdimethyl vorzugsweise in einem aliphatischen Lösungsmittel kontaktiert, um den trägergestützten Katalysator herzustellen.
- Mit jedem Verfahren kann der aktive trägergestützte Katalysator durch Verdampfen des Lösungsmittels gewonnen werden, um einen rieselfähigen Feststoff zu erhalten, oder alternativ kann der aktive trägergestützte Katalysator zur direkten Verwendung im aufgeschlämmten Zustand gehalten werden.
- Der trägergestützte ionische Metallocenkatalysator kann verwendet werden, um α-Olefine und acetylenisch ungesättigte Monomere mit 2 bis 18 Kohlenstoffatomen und/oder Diolefine mit 4 bis 18 Kohlenstoffatomen entweder allein oder in Kombiniation zu polymerisieren. Der Katalysator kann auch verwendet werden, um α-Olefine, Diolefine, gespannte cyclische Olefine und/oder acetylenisch ungesättigte Monomere in Kombination mit anderen ungesättigten Monomeren zu polymerisieren. Obwohl der Katalysator für diesen breiten Bereich von olefinischen Monomereinsatzmaterialien aktiv ist, ist die α-Olefinpolymerisation bevorzugt, insbesondere die Homopolymerisation von Ethylen oder Copolymerisation von Ethylen mit Olefinen mit 3 bis 10 Kohlenstoffatomen.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Metallocenkomponente eine Bis(cyclopentadienyl)-Gruppe IVB Metallverbindung, die zwei unabhängig substituierte oder unsubstituierte Cyclopentadienylreste und einen oder zwei niedrigere Alkylsubstituenten und/oder einen oder zwei Hydridsubstituenten enthält, und die Aktivatorkomponente ist ein trisubstituiertes Ammoniumsalz eines fluorierten Tetraphenylboranions. Jede der drei Substitutionen in dem Ammoniumkation ist der gleiche oder ein unterschiedlicher niedrigerer Alkyl- oder Arylrest. Mit niedrigerem Alkyl ist ein Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen gemeint. N,N-Dimethylaniliniumtetra(pentafluorphenyl)bor ist besonders bevorzugt. Aluminiumoxid, Siliciumdioxid oder Siliciumdioxid-Aluminiumoxid ist der bevorzugte Träger zur Herstellung des trägergestützten ionischen Metallocenkatalysators.
- Bestimmte der erfindungsgemäßen Katalysatoren, insbesondere solche auf Basis von Hafnocenen, die den Katalysator einsetzen, der als Beispiel aus der Reaktion von Bis(cyclopentadienyl)hafniumdimethyl und dem trisubstituierten Ammoniumsalz von Tetra(pentafluorphenyl)bor resultiert, können, wenn sie wie hier beschrieben zur Polymerisation und Copolymerisation von α-Olefinen, Diolefinen und/oder acetylenisch ungesättigten Monomeren verwendet werden, in Abwesenheit von Kettenübertragungsmittel zur Herstellung von Polymeren und Copolymeren mit extrem hohem Molekulargewicht und relativ engen Molekulargewichtsverteilungen führen. Es sei in dieser Hinsicht darauf hingewiesen, daß Homopolymere und Copolymere mit Molekulargewichten bis zu etwa 2 · 10&sup6; oder höher und Molekulargewichtsverteilungen im Bereich von 1,5 bis 3 oder mehr mit den erfindungsgemäßen Katalysatoren hergestellt werden können. Kombinationen von zwei oder mehr ionischen Metallocenkatalysatoren mit dem Träger können verwendet werden, um breitere MWDs wie bis zu etwa 15 oder mehr zu erhalten. Alternativ können zwei oder mehr getrennt auf Träger aufgebrachte Katalysatoren verwendet werden, um Polymere und Copolymere mit breiter MWD zu erhalten.
- Erfindungsgemäße trägergestützte Katalysatoren, die eine Metallocenkomponente enthalten, die entweder ein reines Enantiomer oder die racemische Mischung von zwei Enantiomeren eines starren chiralen Metallocens ist, kann prochirale Olefine (Propylen und höhere α-Olefine) zu kristallinen Polymeren polymerisieren, die syndiotaktische und isotaktische Polymere einschließen. Bis(cyclopentadienyl)metallverbindungen, in denen jeder der Cyclopentadienylreste substituiert ist und eine kovalente Brükkengruppe zwischen den beiden Cyclopentadienylresten enthält, sind besonders brauchbar für isotaktische Polymerisationen dieses Typs. Prochirale Metallocene, beispielsweise solche auf Basis von Komplexen von Propyl-2-cyclopentadienyl-2-(1-fluorenyl)- hafnium, können verwendet werden, um Propylen oder höhere α-Olefine zu syndiotaktischen Polymeren zu polymerisieren.
- Die trägergestützten Katalysatoren können am brauchbarsten in Gas- oder Aufschlämmungsphasenverfahren verwendet werden, wobei beide Fachleuten im Stand der Technik bekannt sind. Somit können Polymerisationen, die die erfindungsgemäßen trägerge stützten Katalysatoren verwenden, in einem von diesen Verfahren allgemein bei einer Temperatur im Bereich von 0 bis 160ºC oder sogar noch höher und unter atmosphärischen, subatmosphärischen (unter atmosphärischem Druck liegenden) oder superatmosphärischen (über atmosphärischem Druck liegenden) Druckbedingungen durchgeführt werden.
- Ein Aufschlämmungspolymerisationsverfahren kann sub- oder superatmosphärische Drücke und Temperaturen im Bereich von -80 bis 250ºC verwenden. In einem Aufschlämmungsverfahren wird eine Suspension von festem, teilchenförmigem Polymer in einem flüssigen Polymerisationsmedium gebildet, zu dem Ethylen, α-Olefin, Diolefin, cyclisches Olefin oder acetylenisch ungesättigtes Comonomer, Wasserstoff und Katalysator gegeben werden. Alkane und Cycloalkane wie Butan, Pentan, Hexan oder Cyclohexan sind bevorzugt, wobei C&sub6;- bis C&sub1;&sub0;-Alkane besonders bevorzugt sind. Bevorzugte Lösungsmittel schließen auch flüssige Olefine ein, die als Monomere oder Comonomere wirken können, einschließlich Ethylen, Propylen, Butadien, Cyclopenten, 1-Hexen, 3-Methyl-1-penten, 4- Methyl-1-penten, 1,4-Hexadien, 1-Octen und 1-Decen.
- Ein Gasphasenpolymerisationsverfahren verwendet superatmosphärischen Druck und Temperaturen im Bereich von 50ºC bis 120ºC. Gasphasenpolymerisation kann in einem gerührten oder Wirbelbett aus Katalysator und Produktteilchen in einem Druckgefäß durchgeführt werden, das adaptiert ist, so daß die Abtrennung von Produktteilchen von nicht umgesetzten Gasen möglich ist. Thermostatisiertes Ethylen, Comonomer, Wasserstoff und ein inertes Verdünnungsgas wie Stickstoff können eingebracht oder rezirkuliert werden, um so die Teilchen auf einer Temperatur von 50ºC bis 120ºC zu halten. Polymerprodukt kann kontinuierlich oder halbkontinuierlich mit einer Rate entnommen werden, so daß ein konstanter Produktbestand in dem Reaktor aufrechterhalten wird. Nach Polymerisierung und Desaktivierung des Katalysators kann das Produktpolymer mit jedem geeigneten Mittel gewonnen werden. In der kommerziellen Praxis kann das Polymerprodukt direkt aus dem Gasphasenreaktor gewonnen werden, mit einer Stickstoffspülung von restlichem Monomer befreit werden und ohne weitere Des aktivierung oder Katalysatorentfernung verwendet werden. Das erhaltene Polymer kann in Wasser extrudiert werden und zu Pellets oder anderen geeigneten zerkleinerten Formen geschnitten werden. Dem Polymer können Pigmente, Antioxidantien und andere Additive wie im Stand der Technik bekannt zugesetzt werden.
- Obwohl es ein Charakteristikum von erfindungsgemäßem trägergestützten Katalysator ist, daß die erzeugten Polymere eine enge Molekulargewichtsverteilung haben, können Polymere mit breiter Molekulargewichtsverteilung durch Verwendung von zwei oder mehr Metallocenen oder zwei oder mehr Aktivatoren erzeugt werden.
- Die Vorteile der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die folgenden illustrierenden, nicht-einschränkenden Beispiele näher erläutert.
- Ein trägergestützter Katalysator wurde hergestellt, indem 30 mg Bis(cyclopentadienyl)hafniumdimethyl in 8 ml Toluol mit 60 mg N,N-Dimethylaniliniumtetrakis(pentafluorphenyl)bor umgesetzt wurden. Diese Lösung wurde langsam zu einer Suspension von basischem Aluminiumoxid (Brockman Activity I, über Nacht bei 100ºC im Vakuum getrocknet, 2,0 g) in 25 ml Pentan gegeben. Die Mischung wurde etwa 3 Minuten bei Raumtemperatur rühren gelassen. Die überstehende Lösung wurde dann von dem festen Material dekantiert und die Feststoffe erneut mit frischem Pentan aufgeschlämmt. Die überstehende Lösung wurde erneut von den Feststoffen dekantiert und die Feststoffe in ca. 30 ml frischem Pentan suspendiert. Diese Suspension wurde unter Stickstoff mittels einer Doppelendnadel in einen 1 l Autoklaven aus rostfreiem Stahl überführt, der 400 ml trockenes, vom Sauerstoff befreites Hexan enthielt und zuvor mit Stickstoff gespült wurde. Der Autoklav wurde dann mit Ethylen auf 6,2 bar (90 psig) unter Druck gesetzt und bei 40ºC gerührt. Nach 30 Minuten wurde der Autoklav abgekühlt, entlüftet und der Inhalt durch Filtration abgetrennt. Die Ausbeute an linearem körnigen rieselfähigen Polyethylen betrug 11,2 g. Das Polymer hatte ein durchschnittliches Molekular gewicht (Gewichtsmittel) von 594 000 und eine Molekulargewichtsverteilung von 2,15.
- Der trägergestützte Katalysator von Beispiel 1 wurde verwendet, um Ethylen in einem ähnlichen Verfahren wie dem von Beispiel 1 zu polymerisieren, außer daß der Autoklav auf 300 psig Ethylen unter Druck gesetzt wurde. Die Ausbeute an linearem körnigen rieselfähigen Polyethylen war 48,5 g mit einer Schüttdichte von 0,17 g/ml gegenüber 0,07 g/ml, wenn ein trägerloser homogener Katalysator verwendet wurde.
- Ein trägergestützter Katalysator wurde durch Umsetzung von 20 mg Bis(cyclopentadienyl)zirconiumdimethyl mit 60 mg N,N-Dimethylaniliniumtetrakis(pentafluorphenyl)bor in 20 ml Toluol hergestellt. Diese Lösung wurde langsam zu einer Suspension von 2,0 g basischem Aluminiumoxid in 25 ml Pentan gegeben. Die Mischung wurde etwa 3 Minuten bei Raumtemperatur rühren gelassen. Die überstehende Lösung wurde dann von dem festen Material dekantiert und die Feststoffe erneut mit frischem Pentan aufgeschlämmt. Die überstehende Lösung wurde erneut von den Feststoffen dekantiert und die Feststoffe in ca. 30 ml frischem Pentan suspendiert. Diese Suspension wurde unter Stickstoff mittels einer Doppelendnadel in einen 1 l Autoklaven aus rostfreiem Stahl überführt, der 400 ml trockenes, vom Sauerstoff befreites Hexan enthielt und zuvor mit Stickstoff gespült wurde. Der Autoklav wurde dann mit Ethylen auf 2,76 MPag (400 psig) unter Druck gesetzt und bei 40ºC gerührt. Nach 30 Minuten wurde der Autoklav abgekühlt, entlüftet und der Inhalt durch Filtration abgetrennt. Die Ausbeute an linearem körnigen rieselfähigen Polyethylen betrug 4,7 g mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht (Gewichtsmittel) von 515 000 und eine Molekulargewichtsverteilung von 1,74.
- Ein trägergestützte Katalysator wurde wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß 2,0 g Davison 948 Siliciumdioxid (bei 800ºC mit einer Stickstoffspülung getrocknet) anstelle des Aluminiumoxids verwendet wurde. Der Katalysator wurde zum Polymerisieren von Ethylen in einem Verfahren ähnlich dem von Beispiel 2 verwendet. Die Ausbeute an linearem körnigen rieselfähigen Polyethylen war 11,1 g mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht (Zahlenmittel) von 1 384 000 und einer MWD von 1,67.
- Ein trägergestützte Katalysator wurde wie in Beispiel 4 hergestellt, außer daß 20 mg Bis(cyclopentadienyl)zirconiumdimethyl anstelle des Bis(cyclopentadienyl)hafniumdimethyls verwendet wurde. Der Katalysator wurde zum Polymerisieren von Ethylen in einem Verfahren ähnlich dem von Beispiel 2 verwendet. Die Ausbeute an gebildetem linearem körnigen rieselfähigen Polyethylen war 2,7 g mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht (Zahlenmittel) von 759 000 und einer MWD von 1,67.
- Ein trägergestützter Katalysator wurde durch Umsetzung von 45 mg Bis(cyclopentadienyl)hafniumdimethyl mit 90 mg N,N-Dimethylaniliniumtetrakis(pentafluorphenyl)bor in 20 ml Toluol hergestellt. Diese Lösung wurde langsam zu einer Suspension von 3,0 g basischem Aluminiumoxid in 25 ml Pentan gegeben. Die Mischung wurde etwa 3 Minuten bei Raumtemperatur rühren gelassen. Die Lösung wurde dann von dem festen Material dekantiert und die Feststoffe erneut mit frischem Pentan aufgeschlämmt. Die überstehende Lösung wurde erneut von den Feststoffen dekantiert und die Feststoffe in einer Stickstoffatmosphäre getrocknet. Dieser Feststoff wurde in einen 1 l Autoklaven aus rostfreiem Stahl, der 300 ml Propylen enthielt und zuvor mit Stickstoff gespült war, injiziert, indem er mit 50 ml Propylen durch ein Katalysatorzugaberohr aus rostfreiem Stahl, das den festen Katalysator enthielt, eingewaschen wurde. Der Autoklav wurde dann mit Ethy len auf 0,69 MPag (100 psig) unter Druck gesetzt und bei 50ºC gerührt. Nach 15 Minuten wurde der Autoklav abgekühlt, entlüftet und das Polymerprodukt isoliert. Die Ausbeute an körnigen Ethylen/Propylen-Copolymer betrug 38 g. Dieses Polymer, das 21 Gew.-% Ethylen enthielt, hatte ein durchschnittliches Molekulargewicht (Gewichtsmittel) von 423 000 und eine Molekulargewichtsverteilung von 2,88.
- Ethylen und Propylen wurde in ähnlicher Weise wie in Beispiel 6 copolymerisiert, mit der Ausnahme, daß der Ethylendruck auf 1,38 MPag (200 psig) erhöht wurde und der Autoklav auf 45ºC erwärmt wurde. Die Ausbeute an körnigem Ethylen/Propylen-Copolymer betrug 57,1 g. Dieses Polymer, das 52 Gew.-% Ethylen enthielt, hatte ein durchschnittliches Molekulargewicht (Gewichtsmittel) von 1 006 000 und eine Molekulargewichtsverteilung von 2,01.
- Ein erfindungsgemäßer trägergestützter Katalysator wurde hergestellt, indem 29 mg rac-Dimethylsilylbis(indenyl)hafniumdimethyl mit 45 mg N,N-Dimethylaniliniumtetrakis(pentafluorphenyl)bor in 10 ml Toluol umgesetzt wurden. Diese Lösung wurde langsam zu einer Suspension von 1,5 g basischem Aluminiumoxid in 25 ml Pentan gegeben. Die Mischung wurde etwa 3 Minuten bei Raumtemperatur rühren gelassen. Die überstehende Lösung wurde dann von dem festen Material dekantiert und die Feststoffe erneut mit frischem Pentan aufgeschlämmt. Die überstehende Lösung wurde erneut von den Feststoffen dekantiert und die Feststoffe wurden in etwa 30 ml frischem Pentan suspendiert. Diese Suspension wurde mittels einer Doppelendnadel in einen 1 l Autoklaven aus rostfreiem Stahl überführt, der 400 ml trockenes, vom Sauerstoff befreites Hexan enthielt und zuvor mit Stickstoff gespült worden war. 200 ml Propylen wurden zu dem Autoklaven gegeben, der bei 50ºC gerührt wurde. Nach 1,75 h wurde der Autoklav abgekühlt, entlüftet und das der Inhalt durch Filtration abgetrennt.
- Die Ausbeute an isotaktischem Polypropylen betrug 9,5 g. Das Polymer hatte einen Schmelzpunkt von 127ºC, bestimmt mittels Differentialscanningkalorimetrie, ein durchschnittliches Molekulargewicht (Gewichtsmittel) von 181 000 und eine Molekulargewichtsverteilung von 1,95. Die Analyse mittels C¹³-NMR-Spektroskopie zeigte, daß das Polypropylen 92% isotaktisch war.
- Ein 1 L Autoklav aus rostfreiem Stahl wurde mit unbearbeitetem Polypropylen (14 mesh, 190 g) beschickt und unter einer dynamischen Stickstoffspülung auf 85ºC erwärmt. Nach Abkühlen auf 50ºC wurde der Katalysator aus Beispiel 1 (2,0 g) aus einem Katalysatorzugaberohr aus rostfreiem Stahl unter Verwendung von Hochdruckstickstoff in den Reaktor gegeben. Nach Entlüften des überschüssigen Stickstoffdrucks wurde Ethylen zu dem gerührten Polymerbett gegeben, um einen konstanten Strom aufrechtzuerhalten. Der Druck im Inneren des Autoklaven lag bei 68,9 MPag bis 241 MPag (10 bis 35 psig). Die Maximaltemperatur in dem Autoklaven erreichte 70ºC. Nach 1 h wurde der Autoklav abgekühlt und entlüftet und die Polymermischung isoliert. Der Nettoanstieg des Polymergewichts war 38 g. Ein Teil des Polyethylens wurde von dem Polypropylen-Rührhilfsmittel abgesiebt und es wurde gefunden, daß es ein durchschnittliches Molekulargewicht (Gewichtsmittel) von 175 000 und eine MWD von 2,53 hatte.
- 1,0 g Aluminiumoxid, aufgeschlämmt in 10 ml Pentan, wurde 15 Minuten mit 1 ml einer 1 M Lösung von Triethylaluminium in Hexan behandelt. Der Träger wurde von der Flüssigkeit durch Dekantieren abgetrennt, zwei Mal mit 10 ml Pentan gewaschen und im Vakuum getrocknet.
- 30 mg N,N-Dimethylaniliniumtetrakis(pentafluorphenyl)bor wurden in 25 ml Toluol erwärmt, um eine homogene Lösung zu erzeugen. Die warme Lösung wurde tropfenweise zu dem wie oben beschrieben hergestellten Träger gegeben. Das Lösungsmittel wurde im Vakuum entfernt, um ein rieselfähiges trägergestütztes Material zurückzulassen.
- Dieses Trägermaterial (1,0 g) wurde in 10 ml Pentan aufgeschlämmt. Hierzu wurden tropfenweise 5 ml einer Pentanlösung gegeben, die 15 mg Bis(cyclopentadienyl)hafniumdimethyl enthielt. Nach 15 Minuten Rühren bei Raumtemperatur wurde das Lösungsmittel im Vakuum entfernt und hinterließ einen rieselfähigen trägergestützten Katalysator.
- 500 mg des trägergestützten Katalysator von Beispiel 10 wurden verwendet, um Ethylen in einem Verfahren ähnlich Beispiel 1 zu polymerisieren, außer daß der Autoklav mit Ethylen auf 2,76 MPag (400 psig) unter Druck gesetzt wurde und auf 80ºC erwärmt wurde. Die Ausbeute an linearem rieselfähigen Polyethylen betrug 132 g.
- 1 g Davison 952 Siliciumdioxid wurden in Pentan aufgeschlämmt und mit 1 ml 1M Lösung von Triethylaluminium in Hexan behandelt. Der Träger wurde durch Dekantieren von der Flüssigkeit abgetrennt, zwei Mal mit Pentan gewaschen und im Vakuum getrocknet.
- 30 mg N,N-Dimethylaniliniumtetrakis(pentafluorphenyl)bor wurden in Toluol erwärmt, um eine homogene Lösung zu erzeugen. Die warme Lösung wurde tropfenweise zu dem wie oben beschrieben hergestellten Träger gegeben. Das Lösungsmittel wurde im Vakuum entfernt, um ein rieselfähiges trägergestütztes Material zu hinterlassen.
- Dieses Trägermaterial wurde in 10 ml Pentan aufgeschlämmt. Hierzu wurden tropfenweise 10 ml einer Pentanlösung gegeben, die 15 mg rac-Dimethylsilylbis(tetrahydroindenyl)zirconiumdimethyl enthielt. Nach Rühren bei Raumtemperatur für 15 Minuten wurde das Lösungsmittel im Vakuum entfernt, um ein rieselfähiges trägergestütztes Material zu hinterlassen.
- Der Katalysator von Beispiel 12 (887 mg) wurde mittels Hochdruckstickstoff in einen 1 l Autoklaven aus rostfreiem Stahl injiziert, der zuvor mit Stickstoff gespült worden war und 300 ml trockenes, vom Sauerstoff befreites Propylen von 40ºC enthielt. Nach 20 Minuten wurde der Inhalt isoliert. Die Ausbeute an isotaktischem Polypropylen betrug 101,7 g.
- 3 g Davison 948 Siliciumdioxid, das bei 800ºC mit einer Stickstoffspülung dehydratisiert worden war, wurden in Pentan aufgeschlämmt und mit 8 ml 1,5 M Lösung von Triethylaluminium in Hexan behandelt. Der Träger wurde von der Flüssigkeit durch Dekantieren getrennt, sechs Mal mit Pentan gewaschen und im Vakuum getrocknet.
- 96 mg N,N-Dimethylaniliniumtetrakis(pentafluorphenyl)bor wurden in 30 ml warmem Toluol erwärmt, um eine homogene Lösung herzustellen. Die warme Lösung wurde tropfenweise zu einer Toluolaufschlämmung des wie oben hergestellten Trägers gegeben. Das Lösungsmittel wurde im Vakuum unter gelindem Erwärmen entfernt, um ein rieselfähiges trägergestütztes Material zurückzulassen.
- Dieses trägergestützte Material wurde erneut in Pentan aufgeschlämmt. Hierzu wurden tropfenweise 20 ml Pentanlösung gegeben, die 48 mg Bis(cyclopentadienyl)hafniumdimethyl enthielt. Nach Rühren bei Raumtemperatur für 15 Minuten wurde das Lösungsmittel im Vakuum entfernt, um einen rieselfähigen trägergestützten Katalysator zurückzulassen.
- Der Katalysator von Beispiel 14 (100 mg) wurde mit 100 ml Hexan in einen 1 l Autoklaven aus rostfreiem Stahl injiziert, der zuvor mit Stickstoff gespült worden war und 300 ml trockenes, vom Sauerstoff befreites Hexan enthielt und mit Ethylen bei 60ºC auf 1,38 MPag (200 psig) unter Druck gesetzt worden war. Nach 20 Minuten wurde der Autoklav abgekühlt und entlüftet und der Inhalt durch Filtration isoliert. Die Ausbeute an linearem Polyethylen betrug 78,7 g.
Claims (4)
1. Trägergestützter ionischer Katalysator, der
(A) [(A-CP)MX&sub1;]&spplus;[(M¹)mQ&sub1;Q&sub2;...Qn)d- oder
[(A-CP) MX'&sub1;X'&sub2;H)]&spplus; [(M&sub1;)mQ&sub1;Q&sub2;...Qn]d- oder
[(A-CP)M(LH)]&spplus; [(M¹)mQ&sub1;Q&sub2;...Qn]d- oder
oder
[CP(HRCp*)MX&sub1;]&spplus; [(M¹)mQ&sub1;Q&sub2;...Qn]d-
wobei M ein Metall ausgewählt aus der Gruppe
bestehend aus Titan, Zirconium und Hafnium ist, (A-Cp)
(Cp)(Cp*) oder Cp-A'-Cp* umfaßt, und Cp und Cp* die
gleichen oder unterschiedliche substituierte oder
unsubstituierte Cyclopentadienylreste sind, A' eine
kovalente Brückengruppe ist, L ein Olefin-,
Diolefin- oder Arinligand ist, X&sub1; ausgewählt ist aus der
Gruppe bestehend aus einem Hydridrest,
Kohlenwasserstoffrest, substituiertem Kohlenwasserstoffrest und
Organometalloidrest, X'&sub1; und X'&sub2; verbunden sind und
an das Metallatom gebunden sind, um einen
Metallocyclus zu bilden, in dem das Metallatom, X'&sub1; und X'&sub2;
einen kohlenwasserstoffcyclischen Ring mit 3 bis 20
Kohlenstoffatomen bilden, und R ein Substituent mit
1 bis 20 Kohlenstoffatomen an einem der
Cyclopentadienylreste ist, der auch an das Metallatom gebunden
ist, wobei M¹ ein Metall oder Metalloid ausgewählt
aus den Gruppen ist, die sich über die Gruppen VB,
VIB, VIIB, VIIIB, IIB, IIIA und VA erstrecken, Q&sub1;
bis Qn unabhängig ausgewählt sind aus der Gruppe
bestehend aus Hydridresten, Dialkylamidoresten,
Alkoxid- und Aryloxidresten, Kohlenwasserstoff- und
substituierten Kohlenwasserstoffresten und
Organometalloidresten und ein beliebiger, jedoch nicht mehr
als einer von Q&sub1; bis Qn ein Halogenidrest sein kann,
wobei die verbleibenden Q&sub1; bis Qn unabhängig aus den
vorhergehenden Resten ausgewählt sind, m eine ganze
Zahl von 1 bis 7 ist, n eine ganze Zahl von 2 bis 8
ist und n-m = d ist, und
(B) anorganisches Oxid-Katalysatorträgermaterial in
Teilchenform umfaßt.
2. Katalysator nach Anspruch 1, der
[(A-Cp)MX&sub1;]&spplus; [BAr&sub1;Ar&sub2;X&sub3;X&sub4;]&supmin; oder
[(A-Cp)MX'&sub1;X'&sub2;H)]&spplus; [BAr&sub1;Ar&sub2;X&sub3;X&sub4;]&supmin; oder
[(A-Cp)M(LH)]&spplus; [BAr&sub1;Ar&sub2;X&sub3;X&sub4;]&supmin; oder
[Cp(HR-CP*)Mx&sub1;]&spplus; [BAr&sub1;Ar&sub2;X&sub3;X&sub4;]&supmin; oder
umfaßt, wobei B Bor im Wertigkeitszustand 3 ist,
Ar&sub1; und Ar&sub2; die gleichen oder unterschiedliche aromatische
Kohlenwasserstoffreste mit 6 bis 20 Kohlenstoffatomen sind,
wobei die Reste gegebenenfalls über eine stabile
Brückengruppe miteinander verbunden sind, und
X&sub3; und X&sub4; unabhängig ausgewählt sind aus der Gruppe
bestehend aus Hydridresten, Halogenidresten,
Kohlenwasserstoffresten mit 6 bis 20 Kohlenstoffatomen und substituierten
Kohlenwasserstoffresten mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, bei
denen eines oder mehrere der Wasserstoffatome durch ein
Halogenatom ersetzt ist bzw. sind, und
kohlenwasserstoffsubstituierten Organometalloidresten, in denen jeder
Kohlenwasserstoffsubstituent 1 bis 20 Kohlenstoffatome enthält,
mit der Maßgabe, daß nur einer von X&sub3; und X&sub4; gleichzeitig
Halogenid ist.
3. Trägergestützter Katalysator nach Anspruch 1 oder Anspruch
2, bei dem der Träger ausgewählt ist aus Aluminiumoxid,
Siliciumdioxid, Aluminiumoxid-Siliciumdioxid, Talkum,
Magnesiumoxid, Zirconiumdioxid, Titandioxid oder Mischungen
derselben.
4. Verfahren zur Herstellung von Polymer, bei dem ein Olefin
in Gegenwart eines Katalysators gemäß einem der
vorhergehenden Ansprüche polymerisiert wird.
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