ES2335409T3 - Composicion catalitica y proceso de polimerizacion usando mezcla de donadores y electrones de tipo silano. - Google Patents
Composicion catalitica y proceso de polimerizacion usando mezcla de donadores y electrones de tipo silano. Download PDFInfo
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Abstract
Una composición catalítica para la polimerización de una o más olefinas que comprende la combinación de uno o más procatalizadores Ziegler-Natta que comprenden: uno o más compuestos de metal de transición; uno o más cocatalizadores que contienen aluminio; una mezcla de homólogos que resulta del intercambio de tetrametilortosilicato (tetrametoxisilano) con un alcanol C2-6 o cicloalcanol, fenol o un fenol sustituido con poli(alquilo), o una de sus fracciones de destilación, comprendiendo dicha mezcla dos o más agentes de control de la selectividad (SCAs), correspondiendo cada uno a la fórmula: (CH3O)nSi(OR)4-n, en la que: R, independientemente en cada presencia, es alquilo C2-6, cicloalquilo C3-6, fenol o fenol sustituido con (poli)alquilo, y n es un número entero de cero a 4, y como un SCA secundario, un alcoxisilano que tiene la fórmula general: SiR''''m(OR'')4-m en la que: R'''', independientemente en cada presencia, es un hidrógeno o un grupo hidrocarbilo de hasta 20 carbonos, que contiene opcionalmente uno o más heteroátomos del Grupo 15 ó 116; R'' es un grupo alquilo C1-20; y m es 1 a 3.
Description
Composición catalítica y proceso de
polimerización usando mezcla de donadores y electrones de tipo
silano.
La presente invención se refiere a composiciones
catalíticas Ziegler-Natta para el uso en la
polimerización de olefinas que tienen un control mejorado sobre las
propiedades de los polímeros a través del uso de mezclas
cuidadosamente elegidas de agentes de control de la selectividad.
Las composiciones catalíticas Ziegler-Natta son
bien conocidas en la técnica. Típicamente, estas composiciones
incluyen un catalizador de polimerización de metal de transición,
especialmente un compuesto que contiene titanio; un cocatalizador,
habitualmente un compuesto de organoaluminio; y un agente de
control de la selectividad (SCA, por sus siglas en inglés),
habitualmente un compuesto de organosilicio o una de sus mezclas.
Ejemplos de tales composiciones catalíticas
Ziegler-Natta se muestran en los documentos
US-A-5.247.032,
US-A-5.247.031,
US-A-5.229.342,
US-A-5.153.158,
US-A-5.151.399,
US-A-5.146.028,
US-A-5.106.806,
US-A-5.082.907,
US-A-5.077.357,
US-A-5.066.738,
US-A-5.066.737,
US-A-5.034.361,
US-A-5.028.671,
US-A-4.990.479,
US-A-4.927.797,
US-A-4.829.037,
US-A-4.816.433,
US-A-4.728.705,
US-A-4.562.173,
US-A-4.548.9i5,
US-A-4.547.476,
US-A-4.540.679,
US-A-4.472.521,
US-A-4.460.701,
US-A-4.442.276,
US-A-4.439.540,
US-A-4.330.649,
US-A-4.294.721,
US-A-4.220.554,
US-A-4.115.319 y
US-A-4.107.413.
Las composiciones catalíticas diseñadas
principalmente para la polimerización de propileno o mezclas de
propileno y etileno incluyen generalmente un agente de control de
la selectividad para afectar a las propiedades del polímero,
especialmente la tacticidad o la estereorregularidad de la cadena
principal del polímero. Como una indicación del nivel de
tacticidad, especialmente la isotacticidad de propileno, se usa a
menudo la cantidad de tal polímero que es soluble en xileno o un
líquido similar que es un no disolvente para el polímero táctico.
Esto se denomina el contenido de materiales solubles en xileno del
polímero, o XS (por sus siglas en inglés). Además del control de la
tacticidad, la distribución de pesos moleculares (MWB, por sus
siglas en inglés), el flujo del fundido (MF, por sus siglas en
inglés), el contenido de oligómeros y otras propiedades del polímero
resultante a menudo se ven afectadas, a veces adversamente, por el
uso de SCAs. Por ejemplo, muchos SCAs que dan un control deseable
sobre el XS dan polímeros de un peso molecular tan alto que afecta
perjudicialmente al MF del polímero. Pueden emplearse cantidades
crecientes de un agente de transferencia de cadena, tal como
hidrógeno, para proporcionar propiedades del MF deseables en el
polímero resultante. Alternativamente, puede usarse un tratamiento
después del reactor, tal como el uso de peróxidos, para reducir la
longitud de la cadena de polímero. Sin embargo, estas técnicas dan
como resultado un coste incrementado, un contenido de oligómeros
elevado y pueden introducir componentes volátiles no deseables en el
producto. De acuerdo con esto, se siguen deseando SCAs que tengan
menos efecto adverso sobre las propiedades del MF o una sensibilidad
a hidrógeno reducida, mientras que retengan buenas propiedades de
XS.
SCAs conocidos incluyen tetraalcoxisilanos
individuales, tales como tetrametoxisilano (TMOS) o tetraetoxisilano
(TEOS). Aunque estos SCAs son capaces de producir polímeros de alto
flujo del fundido a niveles de hidrógeno reducidos, la actividad de
la mayoría de los procatalizadores Ziegler-Natta
generalmente está afectada adversamente por su uso. Además, el
control de la isotacticidad, también denominada selectividad del
catalizador, usando TEOS como el único SCA es generalmente escasa,
conduciendo a productos de polipropileno que tienen alto contenido
de materiales solubles en xileno, esto es, valores del XS mayores de
3,0 por ciento o incluso mayores de 5,0 por
ciento.
ciento.
También se conoce el uso de mezclas de SCAs para
ajustar las propiedades del polímero. Ejemplos de descripciones de
la técnica anterior de composiciones catalíticas que hacen uso de
SCAs mixtos incluyen: los documentos
US-A-6.337.377,
US-A-6.303.698,
US-A-6.184.328,
US-A-6.147.024,
US-A-6.133.385,
US-A-6.127.303,
US-A-6.111.039,
US-A-6.096.844,
US-A-6.087.459,
US-A-6.066.702,
US-A-6.001.765,
US-A-5.869.418,
US-A-5.849.654,
US-A-5.844.046,
US-A-5.652.303,
US-A-5.414.063,
US-A-5.192.732,
US-A-5.100.981, la solicitud de
patente internacional WO 99/58585, la solicitud de patente
internacional WO 99/20663 y la solicitud de patente internacional WO
95/21203.
Las mezclas precedentes de SCAs incluyen
generalmente diversas combinaciones de siloxanos sustituidos con
alquilo o cicloalquilo, tales como diciclopentildimetoxisilano
(DCPDMS), propiltrietoxisilano (PTES), metilciclohexildimetoxisilano
(MCHDMS) y mezclas de los compuestos de silano mixtos precedentes,
o sus mezclas con compuestos de tetraalcoxisilano individuales.
Generalmente, estas combinaciones dan polímeros de polipropileno que
tienen mejores valores de XS, pero requieren el uso de grandes
concentraciones de hidrógeno o peróxido después del tratamiento para
obtener valores deseados del flujo del fundido.
En relación con lo anterior, la solicitud de
patente internacional WO 02/051545 (US 2002/119888) describe un
catalizador Ziegler-Natta que comprende un
componente catalítico de titanio soportado en magnesio sólido, un
cocatalizador de organoaluminio y bien dos donantes de electrones de
los que uno es metilciclohexildimetoxisilano (MCHDMS) o bien tres
donantes de electrones. Preferiblemente, todos los donantes de
electrones son siloxisilanos y, aparte del MCHDMS, los donantes
ejemplificados son TEOS, diciclopentildimetoxisilano (DCPDMS);
dimetildimetoxisilano; metiltrimetoxisilano; propiltrietoxisilano y
propiltrimetoxisilano. Un donante de dos componentes ejemplificado
consiste en TEOS y MCHDMS.
A pesar de los avances ocasionados por el uso de
las mezclas de SCAs precedentes, sigue existiendo en la técnica una
necesidad de proporcionar una composición catalítica
Ziegler-Natta para la polimerización de olefinas
que comprenda la combinación de un catalizador
Ziegler-Natta con una mezcla de agentes de control
de la selectividad que dé como resultado buen control de la
selectividad, evidenciado por la producción de polímeros que tengan
un contenido de materiales solubles en xileno (XS) reducido o
aceptable, especialmente un XS de 3,0 por ciento en peso, en
combinación con buena sensibilidad a hidrógeno y buena actividad
catalítica. Especialmente se desea la capacidad de producir
polímeros de flujo del fundido moderado o alto con concentraciones
de H_{2} relativamente bajas con buena eficacia catalítica.
La presente invención proporciona una
composición catalítica para la polimerización de olefinas que
comprende la combinación de uno o más procatalizadores
Ziegler-Natta que comprenden uno o más compuestos de
metal de transición; uno o más cocatalizadores que contienen
aluminio; y una mezcla de homólogos que resulta del intercambio de
tetrametilortosilicato (tetrametoxisilano) con un alcanol
C_{2-6} o cicloalcanol, fenol o un fenol
sustituido con poli(alquilo), o una de sus fracciones de
destilación, comprendiendo dicha mezcla dos o más agentes de control
de la selectividad (SCAs), correspondiendo cada uno a la fórmula:
(CH_{3}O)nSi(OR)_{4-n},
en la que R, independientemente en cada
presencia, es alquilo C_{2-6}, cicloalquilo
C_{3-6}, fenilo o fenilo sustituido con
poli(alquilo), y
n es un número entero de cero a 4, y
como un SCA secundario, un alcoxisilano que
tiene la fórmula general:
SiR''_{m}(OR')_{4-m}, en la que: R'',
independientemente en cada presencia, es un hidrógeno o un grupo
hidrocarbilo de hasta 20 carbonos, que contiene opcionalmente uno o
más heteroátomos del Grupo 15 ó 16; R' es un grupo alquilo
C_{1-20}; y m es 1 a 3.
\vskip1.000000\baselineskip
La presente invención también proporciona un
método para polimerizar una o más olefinas y, opcionalmente, uno o
más comonómeros polimerizables, especialmente propileno, una mezcla
de etileno y propileno, o una mezcla de propileno, etileno y un
dieno conjugado o no conjugado, bajo condiciones de polimerización
usando la composición catalítica Ziegler-Natta
previamente descrita que comprende dicha mezcla de SCAs. La
polimerización puede efectuarse en un solo reactor o en dos o más
reactores conectados en paralelo o en serie. Cuando se trabaja en
múltiples reactores, uno o más de un agente de control de la
selectividad puede emplearse en cada reactor, con la condición de
que en al menos un reactor esté presente la mezcla de SCAs
precedente.
Aunque se conoce una amplia gama de compuestos
como agentes de control de la selectividad, una composición
catalítica particular puede tener un compuesto o grupo de compuestos
procatalíticos específicos con los que sea especialmente
compatible. La presente invención proporciona adicionalmente una
composición catalítica para la polimerización de olefinas,
especialmente propileno, que incluye la combinación de un tipo
particular de procatalizador con la mezcla precedente de agentes de
control de la selectividad que da como resultado especialmente la
capacidad de controlar las propiedades del polímero, especialmente
el peso molecular, según se mide mediante el MF, y la
estereoselectividad, según se mide mediante los materiales
extraíbles en xileno (XS).
Todas las referencias a la Tabla Periódica de
los Elementos en la presente memoria deberán referirse a la Tabla
Periódica de los Elementos, publicada y registrada por CRC Press,
Inc., 2001. Además, cualquier referencia a un grupo o grupos
debería ser al grupo o grupos reflejados en esta Tabla Periódica de
los Elementos, usando el sistema IUPAC para numerar los grupos.
Si aparece en la presente memoria, la expresión
"que comprende" y sus derivados no pretenden excluir la
presencia de ningún otro componente, etapa o procedimiento, tanto
si se han descrito en la presente memoria como si no. Con el fin de
evitar cualquier duda, todas las composiciones reivindicadas en la
presente memoria mediante el uso de la expresión "que
comprenden" pueden incluir cualquier aditivo, compuesto auxiliar
o compuesto adicional, a menos que se especifique lo contrario. En
contraste, si aparece en la presente memoria, la expresión "que
esencialmente consiste en" excluye del alcance de cualquier
relación posterior cualquier otro componente, etapa o
procedimiento, excepto aquellos que no son esenciales para el
funcionamiento. La expresión "que consiste en", si se usa,
excluye cualquier componente, etapa o procedimiento que no se
delinee o liste específicamente. El término "o", a menos que
se indique lo contrario, se refiere a los miembros enumerados
individualmente, así como en cualquier combinación.
A no ser que se indique lo contrario o sea
convencional en la técnica, todas las partes y los porcentajes
usados en la presente memoria se basan en el peso. El término
"sustituido con (poli)alquilo" significa opcionalmente
más de un sustituyente alquilo. El término "mezcla", cuando se
usa con respecto a SCAs, significa el uso de dos o más componentes
de SCA, simultáneamente durante al menos una porción de una
polimerización. Los SCAs individuales pueden añadirse separadamente
a un reactor o premezclarse y añadirse al reactor en la forma de la
mezcla deseada. Además, otros componentes de la mezcla de
polimerización, incluyendo el procatalizador, pueden combinarse con
uno o más de los SCAs de la mezcla, y opcionalmente
prepolimerizarse, antes de la adición al reactor. Generalmente, los
SCAs se suministran al reactor en la forma de soluciones de
hidrocarburos diluidas.
\newpage
Cuando están presentes en la mezcla cantidades
de un silano tetrasustituido (bien el tetrametoxisilano o bien el
producto de intercambio tetrasustituido), la actividad y/o la
selectividad del catalizador pueden verse afectadas adversamente.
De acuerdo con esto, mezclas preferidas de alcoxisilanos para el uso
en la presente memoria comprenden dos o más agentes de control de
la selectividad, correspondiendo cada SCA a la fórmula:
(CH_{3}O)nSi(OR)_{4-n},
en la que R es alquilo C_{2-6}
o cicloalquilo C_{5-6}, y
n es un número entero de 1 a 4, preferiblemente
de 1 a 3.
\vskip1.000000\baselineskip
El SCA es una mezcla de homólogos resultante del
intercambio de tetrametilortosilicato (tetrametoxisilano) con un
alcanol C_{2-6} o cicloalcanol, fenol o un fenol
sustituido con (poli)alquilo, o una de sus fracciones de
destilación. Muy preferiblemente, la fracción de destilación es la
fracción obtenida durante la destilación de tal mezcla a una
temperatura de fraccionación suficientemente alta para reducir la
cantidad de monometoxisilano hasta menos de 10 por ciento en peso,
más preferiblemente menos de 1 por ciento en peso. Lo más
deseablemente, la mezcla de SCAs comprende al menos tres homólogos
de tetraalcoxisilano y ningún homólogo simple está presente en una
cantidad mayor de 75 por ciento, más preferiblemente ningún homólogo
simple está presente en una cantidad mayor de 70 por ciento y lo
más preferiblemente ningún homólogo simple está presente en una
cantidad mayor de 65 por ciento de la mezcla de SCAs total.
Una mezcla de SCAs particularmente preferida
comprende:
a) tetrametoxisilano en una cantidad de
0-15, preferiblemente 0-12, más
preferiblemente 0-10 por ciento;
b) trimetoxi(alcoxi
C_{2-6})silano en una cantidad de
10-40, preferiblemente 15-35, más
preferiblemente 15-30 por ciento;
c) dimetoxidi(alcoxi
C_{2-6})silano en una cantidad de
15-60, preferiblemente 20-50, más
preferiblemente 25-45 por ciento;
d) metoxitri(alcoxi
C_{2-6})silano en una cantidad de
10-40, preferiblemente 15-35, más
preferiblemente 15-30 por ciento; y
e) tetra(alcoxi
C_{2-6})silano en una cantidad de
0-15, preferiblemente 0-12, más
preferiblemente 0-10 por ciento,
siendo el total de los componentes a), b), c),
d) y e) igual a 100 por cien.
\vskip1.000000\baselineskip
De acuerdo con la invención, ajustando las
relaciones de los diversos homólogos en la presente mezcla de SCAs
dentro de los límites precedentes del contenido de homólogos, pueden
obtenerse polímeros que tienen buenos XS y MF. En particular,
pueden obtenerse productos de polipropileno de un flujo del fundido
extremadamente alto con concentraciones de agente de transferencia
de cadena hidrogenado inferiores durante la polimerización.
Adicionalmente, el producto polímero contiene un contenido de
oligómeros extremadamente bajo. Por ejemplo, en comparación con el
uso de un SCA de alquiltrimetoxisilano típico, tal como
n-propiltrimetoxisilano, o con un SCA de
dialquildimetoxisilano, tal como diciclopentildimetoxisilano, pueden
alcanzarse reducciones de contenido de oligómero de 75 a 90 por
ciento usando la presente mezcla de SCA bajo condiciones de reacción
equivalentes.
Los catalizadores de polimerización
Ziegler-Natta para el uso en la presente invención
comprenden un complejo sólido derivado de un compuesto de metal de
transición, por ejemplo hidrocarbilóxidos, hidrocarbilo y haluros
de titanio, zirconio, cromo o vanadio, o sus mezclas; y un compuesto
de un metal del Grupo 2, especialmente un haluro de magnesio.
Catalizadores de polimerización preferidos comprenden una mezcla de
haluros de titanio, alcóxidos de titanio, arilóxidos de titanio o
sus mezclas, soportados sobre compuestos de haluro de magnesio,
especialmente dicloruro de magnesio.
Cualesquiera de los catalizadores que contienen
compuestos de metal de transición Ziegler-Natta
convencionales pueden usarse en la presente invención. El
componente catalítico de un catalizador
Ziegler-Natta convencional contiene preferiblemente
un compuesto de metal de transición de la fórmula general TrX_{x},
donde Tr es el metal de transición, X es un halógeno o un grupo
hidrocarboxilo o hidrocarbilo C_{1-10} y x es el
número de tales grupos X en el compuesto en combinación con un
haluro de magnesio. Preferiblemente, Tr es un metal del Grupo 4, 5
ó 6, más preferiblemente un metal del Grupo 4, y lo más
preferiblemente, titanio. Preferiblemente, X es cloruro, bromuro,
alcóxido C_{1-4} o fenóxido, o una de sus mezclas,
más preferiblemente cloruro.
Ejemplos ilustrativos de compuestos de metal de
transición adecuados que pueden usarse para formar un catalizador
de metal de transición Ziegler-Natta son TiCl_{4},
ZrCl_{4}, TiBr_{4}, Ti(OC_{2}H_{5})_{3}Cl,
Zr(OC_{2}H_{5})_{3}Cl,
Ti(OC_{2}H_{5})_{3}Br,
Ti(OC_{3}H_{7})_{2}Cl_{2},
Ti(OC_{6}H_{5})_{2}Cl_{2},
Zr(OC_{2}H_{5})_{2}Cl_{2},
Ti(OC_{2}H_{5})Cl_{3} y sus mezclas. No se hace
ninguna restricción con respecto al número de compuestos de metal
de transición con tal de que esté presente al menos un compuesto de
metal de transición, especialmente un compuesto de titanio.
Ejemplos de compuestos de metales del Grupo 2
incluyen haluros de magnesio, dialcoximagnesios, haluros de
alcoximagnesio, oxihaluros de magnesio, dialquilmagnesios, óxido de
magnesio, hidróxido de magnesio y carboxilatos de magnesio.
Catalizadores de metal de transición
Ziegler-Natta adecuados que pueden usarse en la
presente invención se describen en los documentos
US-A-5.077.357,
US-A-4.927.797,
US-A-4.816.433 y
US-A-4,839,321. En estas
referencias, se describen compuestos procatalíticos de metal de
transición Ziegler-Natta que comprenden un
componente sólido obtenido al halogenar una o más veces una mezcla
de compuestos de dialcoximagnesio y tetraalcoxititanio obtenidos
mediante una metátesis sólido/sólido en presencia de un donante de
electrones interno.
Los donantes de electrones internos se añaden
generalmente al precursor procatalítico antes de la halogenación
para proporcionar control de la tacticidad y dimensionamiento de los
cristalitos de catalizador. Ejemplos de donantes de electrones
internos adecuados incluyen: aminas, amidas, éteres, ésteres,
ésteres aromáticos, cetonas, nitrilos, fosfinas, estibinas,
arsinas, fosforamidas, tioéteres, tioésteres, aldehídos, alcoholatos
y sales de ácidos orgánicos. Compuestos donantes de electrones
internos preferidos son diéteres aromáticos, derivados de éter
alquílico de ésteres aromáticos y diésteres de ácidos carboxílicos
aromáticos, especialmente éteres
di-alquílicos(C_{1-6})
aromáticos, diésteres de ftalato o derivados de éter alquílico de
alquilbenzoatos.
El procatalizador de metal de transición
Ziegler-Natta o la formulación catalítica resultante
también pueden incluir un material de soporte inerte, si se desea.
El soporte inerte debe ser un sólido finamente dividido en
partículas o molido que no altere adversamente el comportamiento
catalítico del procatalizador resultante. Ejemplos incluyen óxidos
de metales, tales como alúmina, y óxidos de metaloides, tales como
sílice.
De forma muy deseable, los precursores
procatalíticos de polimerización de olefinas empleados en la
invención comprenden restos magnesio. Fuentes de tales restos
magnesio incluyen cloruro de magnesio anhidro, dialcóxidos o
arilóxidos de magnesios o dialcóxids o arilóxidos de magnesios
carboxilados. Fuentes preferidas de restos magnesio son
di-alcóxidos(C_{1-4}) de
magnesios, especialmente dietoximagnesio. Adicionalmente, los
precursores comprenden deseablemente restos titanio. Fuentes
adecuadas de restos titanio incluyen alcóxidos de titanio,
arilóxidos de titanio y/o haluros de titanio. Precursores preferidos
comprenden uno o más
di-alcóxidos(C_{1-4}) de
magnesios y uno o más
tetra-alcóxidos(C_{1-4}) de
titanio.
Se conocen en la técnica diversos métodos para
elaborar compuestos precursores procatalíticos. Estos métodos se
describen en, por ejemplo, los documentos
US-A-5.034.361, 5.082.907,
5.151.399, 5.229.342, 5.106.806, 5.146.028, 5.066.737, 5.077.357,
4.442.276, 4.540.679, 4.547.476, 4.460.701, 4.816.433, 4.829.037,
4.927.797, 4.990.479,
5.066.738, 5.028.671, 5.153.158, 5.247.031 y 5.247.032. En un método preferido, la preparación implica la cloración de los alcóxidos de magnesio y titanio mixtos precedentes, y puede implicar el uso de uno o más compuestos, denominados "agentes de corte" ("clipping agents"), que ayudan a formar o solubilizar composiciones específicas a través de una metátesis sólido/sólido. Ejemplos de agentes de corte adecuados incluyen trialquilboratos, especialmente trietilborato, compuestos fenólicos, especialmente cresol, y silanos.
5.066.738, 5.028.671, 5.153.158, 5.247.031 y 5.247.032. En un método preferido, la preparación implica la cloración de los alcóxidos de magnesio y titanio mixtos precedentes, y puede implicar el uso de uno o más compuestos, denominados "agentes de corte" ("clipping agents"), que ayudan a formar o solubilizar composiciones específicas a través de una metátesis sólido/sólido. Ejemplos de agentes de corte adecuados incluyen trialquilboratos, especialmente trietilborato, compuestos fenólicos, especialmente cresol, y silanos.
Un precursor procatalítico preferido para el uso
en la presente memoria es un compuesto de magnesio/titanio mixto de
la fórmula Mg_{d}Ti(OR^{e})_{e}X_{f} en la que
Re es un radical hidrocarbonado alifático o aromático que tiene 1 a
14 átomos de carbono o COR' en la que R' es un radical
hidrocarbonado alifático o aromático que tiene 1 a 14 átomos de
carbono; cada grupo OR^{e} es igual o diferente; X es
independientemente cloro, yodo o bromo; d es 0,5 a 5,
preferiblemente 2-4, lo más preferiblemente 3; e es
2-12, preferiblemente 6-10, lo más
preferiblemente 8; y f es 1-10, preferiblemente
1-3, lo más preferiblemente 2. Los precursores se
preparan idealmente mediante precipitación controlada a través de la
retirada de un alcohol de la mezcla de reacción usada en su
preparación. Un medio de reacción especialmente deseable comprende
una mezcla de un líquido aromático, especialmente un compuesto
aromático clorado, lo más especialmente clorobenceno, con un
alcanol, especialmente etanol, y un agente de cloración aromático.
Agentes de cloración inorgánicos adecuados incluyen derivados
clorados de silicio, aluminio y titanio, especialmente tetracloruro
de titanio o tricloruro de titanio, lo más especialmente
tetracloruro de titanio. La retirada del alcanol de la solución
usada en la cloración da como resultado la precipitación del
precursor sólido, que tiene una morfología y una superficie
específica especialmente deseables. Por otra parte, los precursores
son de tamaño de partícula particularmente uniforme y resistentes a
la disgregación de las partículas así como a la degradación del
procatalizador resultante.
El precursor se convierte a continuación en un
procatalizador sólido mediante una reacción (halogenación)
adicional con un compuesto de haluro inorgánico, preferiblemente un
compuesto de haluro de titanio, y la incorporación de un donante de
electrones interno. Si no se ha incorporado ya en el precursor en
una cantidad suficiente, el donante de electrones puede añadirse
separadamente antes, durante o después de la halogenación. Este
procedimiento puede repetirse una o más veces, opcionalmente en
presencia de aditivos o adyuvantes adicionales, y el producto
sólido final puede lavarse con un disolvente alifático. Cualquier
método para elaborar, recuperar y almacenar el precursor sólido es
adecuado para el uso en la presente invención.
Un método adecuado para la halogenación del
precursor es hacer reaccionar el precursor a una temperatura elevada
con un haluro de titanio tetravalente, opcionalmente en presencia
de un diluyente hidrocarbonado o halohidrocarbonado. El haluro de
titanio tetravalente preferido es el tetracloruro de titanio. El
disolvente hidrocarbonado o halohidrocarbonado opcional empleado en
la producción del procatalizador de polimerización de olefinas
contiene preferiblemente hasta 12 átomos de carbono inclusive, más
preferiblemente hasta 9 átomos de carbono inclusive. Hidrocarburos
ejemplares incluyen pentano, octano, benceno, tolueno, xileno y
alquilbencenos. Hidrocarburos alifáticos ejemplares incluyen
cloruro de metileno, bromuro de metileno, cloroformo, tetracloruro
de carbono, 1,2-dibromoetano,
1,1,2-tricloroetano, triclorociclohexano,
diclorofluorometano y tetraclorooctano. Hidrocarburos aromáticos
ejemplares incluyen clorobenceno, bromobenceno, diclorobencenos y
clorotoluenos. De los halohidrocarburos alifáticos, se prefieren
compuestos que contienen al menos dos sustituyentes cloruro, siendo
los más preferidos el tetracloruro de carbono y el
1,1,2-tricloroetano. De los halohidrocarburos
aromáticos, se prefiere particularmente el
clorobenceno.
clorobenceno.
Donantes de electrones adecuados son aquellos
donantes de electrones exentos de hidrógenos activos, que se
emplean convencionalmente en la formación de procatalizadores
basados en titanio. Ejemplos incluyen (poli)éteres, (poli)ésteres,
aminas, iminas, nitrilos, fosfinas, estibinas y arsinas,
particularmente (poli)éteres
alquílicos(C_{1-6)} de compuestos
(poli)hidroxilados aromáticos, ésteres alquílicos
C_{1-6} de ácidos monocarboxílicos o
dicarboxílicos aromáticos y derivados de éter alquílico
C_{1-6} de tales ácidos monocarboxílicos o
dicarboxílicos.
Los beneficios de la invención son
particularmente notables cuando el procatalizador empleado comprende
como un donante de electrones interno un éter
di-alquílico(C_{1-6}) de un
compuesto dihidroxilado aromático, más especialmente un éter
di-alquílico(C_{1-6}) de
1,2-dihidroxibenceno, y lo más especialmente
1-etoxi-2-(n-pentoxi)benceno.
Los procatalizadores que contienen estos donantes internos
preferidos muestran una actividad catalítica mejorada cuando se
combinan con los SCAs de la presente invención.
Otro compuesto procatalítico preferido para el
uso en la presente invención es el producto resultante de la
halogenación de un complejo metálico de la fórmula general
aproximada: Mg_{3}Ti(OC_{2}H_{5})_{8}Cl_{2},
y que comprende un donante de electrones interno de ftalato de
diisobutilo, benzoato de etilo o
1-etoxi-2-n-pentoxibenceno.
Cocatalizadores para usar con los catalizadores
Ziegler-Natta precedentes de acuerdo con la
invención incluyen compuestos de organoaluminio, tales como
dihaluros de alquilaluminio, trialcoxialuminios, haluros de
dialquilaluminio y compuestos de trialquilaluminio que contienen de
1-10 átomos de carbono en cada grupo alquilo.
Cocatalizadores preferidos son compuestos de trialquilaluminio
C_{1-4}, especialmente trietilaluminio (TEA).
Las presentes mezclas de SCAs se emplean en
combinación con otros compuestos o mezclas de SCA (denominados SCAs
secundarios) para producir polímeros que tienen propiedades tales
como distribución de pesos moleculares más amplia, eficacia y/o
selectividad catalíticas mejoradas. Estos SCAs secundarios son
alcoxisilanos que tienen la fórmula general:
SiR''_{m}(OR')_{4-m} (II) en la que R
independientemente en cada presencia es un hidrógeno o un grupo
hidrocarbilo de hasta 20 carbonos, que contiene opcionalmente uno o
más heteroátomos del Grupo 15 ó 16, preferiblemente alquilo
C_{1-6} o cicloalquilo C_{5-6};
R' es un grupo alquilo C_{1-20}; y m es
1-3. Por ejemplo, emplear los presentes SCAs mixtos
en combinación con una pequeña cantidad de un alquilalcoxisilano o
cicloalquilalcoxisilano, especialmente de 0,1 a 2,0 por ciento, más
especialmente de 0,5 a 1,5 por ciento del SCA o la mezcla de SCAs
secundarios mencionados, puede dar como resultado la producción de
polímeros que tienen alta isotacticidad (bajo XS), bajo contenido
de oligómeros, con alta eficacia, mientras que retienen una
respuesta a hidrógeno razonable. El SCA secundario puede emplearse
en combinación con la presente mezcla de SCAs en el mismo reactor,
o separadamente en uno o más reactores que funcionan en serie,
conteniendo uno o más reactores la presente mezcla de SCAs. Los
múltiples reactores también pueden funcionar en suspensión,
solución o fase gaseosa o una de sus combinaciones, funcionando
especialmente un primer reactor bajo condiciones de polimerización
en suspensión seguido por un segundo reactor que funciona bajo
condiciones de polimerización en fase gaseosa.
Ejemplos de los agentes de control de la
selectividad secundarios precedentes para el uso en la presente
memoria incluyen: diciclopentildimetoxisilano,
di-terc-butildimetoxisilano,
metilciclohexildimetoxisilano, difenildimetoxisilano,
diisopropildimetoxisilano,
di-n-propildimetoxisilano,
di-n-butildimetoxisilano,
ciclopentiltrimetoxisilano,
n-propiltrimetoxisilano,
n-propiltrietoxisilano, etiltrietoxisilano,
ciclopentilpirrolidinodimetoxisilano,
bis(pirrolidino)dimetoxisilano,
bis(perhidroisoquinolino)dimetoxisilano,
ciclohexiltrietoxisilano, metiltripropoxisilano y
ciclopentiltributoxisilano. Un SCA secundario preferido,
particularmente para alcanzar polímeros de distribución de pesos
moleculares más amplia, es el diciclopentildimetoxisilano
(DCPDMS).
Un método adecuado para poner en práctica un
procedimiento de polimerización de acuerdo con la presente invención
comprende realizar las siguientes etapas en cualquier orden o en
cualquier combinación o subcombinación de etapas individuales:
a) proporcionar una composición catalítica
Ziegler-Natta a un reactor de polimerización;
b) proporcionar un compuesto cocatalítico de
organoaluminio al reactor de polimerización;
c) proporcionar una mezcla de SCAs que cumpla
los requisitos precedentes al reactor de polimerización;
d) proporcionar uno o más monómeros
polimerizables al reactor; y
e) extraer producto polímero del reactor.
\vskip1.000000\baselineskip
Procedimientos de polimerización adecuados en
los que es particularmente adecuada la presente invención incluyen
procedimientos de polimerización en fase gaseosa, en fase líquida,
en suspensión y en masa, que funcionan en uno o más de un reactor.
Procedimientos de polimerización en fase gaseosa adecuados incluyen
el uso de un modo de condensación así como un modo de
supercondensación en el que los componentes gaseosos, incluyendo
compuestos de bajo punto de ebullición inertes añadidos, se inyectan
en el reactor en forma líquida con el fin de retirar el calor.
Cuando se emplean múltiples reactores, es deseable que funcionen en
serie, esto es, el efluente procedente del primer reactor se carga
al segundo reactor y se añade monómero adicional o un monómero
diferente para continuar la polimerización. Pueden añadirse
catalizador o componentes catalíticos adicionales (esto es,
procatalizador o cocatalizador), así como cantidades adicionales de
la mezcla de SCAs, un SCA o mezcla diferente o componentes
individuales de la mezcla de SCAs. De forma muy deseable, la
presente mezcla de SCAs se añade solo al primer reactor de la
serie.
Como un ejemplo, el procedimiento de la
invención puede efectuarse en dos reactores en los que dos olefinas,
lo más preferiblemente propileno y etileno, se ponen en contacto
para preparar un copolímero. En tal procedimiento, se prepara
polipropileno en el primer reactor y se prepara un copolímero de
etileno y propileno en el segundo reactor en presencia del
polipropileno preparado en el primer reactor. Independientemente de
la técnica de polimerización empleada, se entiende que la mezcla de
SCAs y la composición catalítica que ha de emplearse, o al menos su
componente precatalítico, pueden ponerse en contacto en ausencia de
otros componentes de la polimerización, especialmente monómero,
antes de la adición al reactor.
La composición catalítica de la invención puede
usarse en todos los procedimientos de polimerización puestos en
práctica comercialmente. De forma deseable, la mezcla de SCAs y el
cocatalizador se ponen en contacto previamente, opcionalmente en
presencia de monómero y diluyente opcional. Se añade a esta mezcla
el precursor catalítico bajo condiciones para alcanzar una
formación de polímero adecuada. Si se desea, el procedimiento
también puede incluir una etapa de prepolimerización, por la que el
precursor catalítico se pone en contacto con una pequeña cantidad
de monómero, opcionalmente después de haberse puesto en contacto con
el cocatalizador y la mezcla de agentes de control de la
selectividad. Ejemplos de procedimientos de polimerización que
incluyen una etapa de prepolimerización se describen en los
documentos US-A-4.767.735 y
US-A-4.927.797.
Son aplicables cualesquiera sustituyentes,
intervalos, usos finales, procedimientos o combinaciones preferidos,
más preferidos, altamente preferidos o los más preferidos descritos
con respecto a una cualquiera de las realizaciones de la invención
mencionadas anteriormente, así como a cualquier otra de las
modalidades precedentes o sucesivas, independientemente de la
identidad de cualquier otro sustituyente, intervalo, uso,
procedimiento o combinación específicos.
La invención se ilustra además mediante los
siguientes ejemplos.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplos
1-9
(Comparativos)
Una composición procatalítica de catalizador
Ziegler-Natta que contiene titanio se prepara al
suspender una mezcla de un precursor que contiene dietóxido de
magnesio y etóxido/cloruro de titanio correspondiente a la fórmula
Mg3Ti(OC2H5)8Cl2 (elaborado sustancialmente de acuerdo
con el documento US-A-5.077.357) con
ftalato de diisobutilo (0,2 litros/kilogramo de precursor) en una
mezcla 50/50 (vol/vol) de TiCl_{4}/monoclorobenceno (MCB, 19
litros/kilogramo de precursor). Después de que la mezcla se caliente
a 113ºC durante 60 minutos, se filtra. La masa húmeda resultante se
suspende en una mezcla de TiCl_{4}/MCB 50/50 (19 litros/kilogramo
de precursor) a 113ºC durante 30 minutos, se filtra y el
procedimiento se repite una vez más (total de tres halogenaciones).
El sólido resultante se enjuaga con isopentano y a continuación se
seca con nitrógeno fluido caliente. Este procatalizador contiene
2,76 por ciento de Ti y se denomina procatalizador A.
\vskip1.000000\baselineskip
El procedimiento precedente se repite
sustancialmente, excepto que el donante de electrones interno usado
es
1-etoxi-2-(n-pentoxi)benceno
presente en cada una de las dos primeras halogenaciones. Este
procatalizador se denomina procatalizador B.
\vskip1.000000\baselineskip
Se prepara una mezcla de alcoxisilanos mediante
la reacción de n-pentanol con
tetrametilortosilicato, Si(OCH_{3})_{4}. La
reacción se efectúa bajo una atmósfera de nitrógeno en un matraz de
vidrio de 100 ml equipado con una barra de agitación magnética y un
aparato de destilación simple. Se añaden al matraz 15 ml (0,1 moles)
de tetrametilortosilicato, 21,7 ml (0,2 moles) de
1-pentanol y 2 ml de solución de metóxido sódico al
25 por ciento/metanol. La solución se calienta y aproximadamente 10
ml de metanol se retiran mediante destilación. La solución se enfría
hasta temperatura ambiente y se añaden 4,5 ml de HCl 2 M en éter
dietílico, formando un precipitado de cloruro sódico sólido. Éter y
metanol residual se retiran bajo vacío. La mezcla restante se filtra
para retirar el cloruro sódico y se usa directamente como mezcla de
SCAs identificada como n-C_{5}H_{11}O. Análisis
(porcentaje en moles): tetrametoxisilano 6,6 por ciento;
n-pentoxitrimetoxisilano 23,3 por ciento;
di-n-pentoxidimetoxisilano 37,5 por
ciento; tri-n-pentoximetoxisilano
27,0 por ciento y
tetra-n-pentoxisilano 5,6 por
ciento.
\vskip1.000000\baselineskip
La mezcla de productos procedente de la
formación de SCA-1 se destiló usando un condensador
de vidrio simple y un matraz de recogida. La fracción que hervía a
73-78ºC (0,05 torr, 7 Pa) se recogió. El análisis
indicaba que el producto (SCA-2) contenía
aproximadamente 92 por ciento de dimetoxidipentoxisilano y 8 por
ciento de metoxitripentoxisilano.
\vskip1.000000\baselineskip
Las condiciones de reacción de la formación de
SCA-1 se repitieron sustancialmente usando
ciclopentanol
(cicl-C_{5}H_{9}O), isobutanol (i-C_{4}H_{9}O), n-butanol (n-C_{4}H_{9}O) y n-hexanol (n-C_{6}H_{13}O), respectivamente. Los productos se usaron sin destilación.
(cicl-C_{5}H_{9}O), isobutanol (i-C_{4}H_{9}O), n-butanol (n-C_{4}H_{9}O) y n-hexanol (n-C_{6}H_{13}O), respectivamente. Los productos se usaron sin destilación.
\vskip1.000000\baselineskip
Se polimeriza propileno en un reactor
discontinuo de autoclave en fase líquida a escala de laboratorio que
funciona bajo condiciones de polimerización en suspensión a 67ºC
durante una hora, usando 1350 gramos de propileno, suficiente
procatalizador para proporcionar 0,01 mmoles de Ti, 1,0 mmoles de
cocatalizador de trietilaluminio, 0,25 mmoles de SCA y cantidades
variables de hidrógeno para ajustar el flujo del fundido del
polímero resultante.
Cuando esté indicado, las siguientes propiedades
físicas se miden de la siguiente manera:
Flujo del Fundido: medido de acuerdo con
ASTM-1238 (condición 230/2.16)
XS: La cantidad de polímero extraída de muestras
peliculares mediante p-xileno a 25ºC determinada
mediante medidas diferenciales del índice de refracción se
correlacionaba con medidas elaboradas mediante una técnica
gravimétrica (21 Code of Federal Regulations, \NAK177.1520 o
equivalente).
Las propiedades de los polímeros usando diversas
mezclas de SCAs de acuerdo con la invención y dos SCAs comparativos
se proporcionan en la Tabla 1.
Ejemplos
10-13
Las condiciones de polimerización de los
Ejemplos 1-9 se repitieron sustancialmente usando
una mezcla de SCA-1 con DCPCMS. Los resultados se
muestran en la tabla 2.
\vskip1.000000\baselineskip
Los resultados anteriores indican que pueden
obtenerse buena actividad catalítica y bajo contenido de XS usando
una mezcla de SCAs de acuerdo con la presente invención que contiene
solo una cantidad mínima de DCPCMS, reduciéndose de ese modo
significativamente el coste del componente de SCA.
Claims (15)
1.Una composición catalítica para la
polimerización de una o más olefinas que comprende la combinación de
uno o más procatalizadores Ziegler-Natta que
comprenden:
uno o más compuestos de metal de transición;
uno o más cocatalizadores que contienen
aluminio;
una mezcla de homólogos que resulta del
intercambio de tetrametilortosilicato (tetrametoxisilano) con un
alcanol C_{2-6} o cicloalcanol, fenol o un fenol
sustituido con poli(alquilo), o una de sus fracciones de
destilación, comprendiendo dicha mezcla dos o más agentes de control
de la selectividad (SCAs), correspondiendo cada uno a la
fórmula:
(CH_{3}O)_{n}Si(OR)_{4-n},
en la
que:
R, independientemente en cada presencia, es
alquilo C_{2-6}, cicloalquilo
C_{3-6}, fenol o fenol sustituido con
(poli)alquilo, y
n es un número entero de cero a 4, y
como un SCA secundario, un alcoxisilano que
tiene la fórmula general:
SiR''_{m}(OR')_{4-m}
en la
que:
R'', independientemente en cada presencia, es un
hidrógeno o un grupo hidrocarbilo de hasta 20 carbonos, que contiene
opcionalmente uno o más heteroátomos del Grupo 15 ó 116; R' es un
grupo alquilo C_{1-20}; y
m es 1 a 3.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Una composición catalítica de acuerdo con la
reivindicación 1, en la que n es un número entero de 1 a 4.
3. Una composición catalítica de acuerdo con la
reivindicación 1, en la que cada uno de dichos SCAs corresponde a la
fórmula:
(CH_{3}O)_{n}Si(OR)_{4-n},
en la
que
R es alquilo C_{2-6} o
cicloalquilo C_{5-6}, y
n es un número entero de 1 a 4.
\vskip1.000000\baselineskip
4. Una composición catalítica de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que la mezcla
es una fracción de destilación obtenida durante la destilación de
tal mezcla a una temperatura de fraccionación suficientemente alta
para reducir la cantidad de monometoxisilano hasta menos de 10 por
ciento en peso.
5. Una composición catalítica de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que la mezcla
comprende al menos tres homólogos de tetraalcoxisilano y ningún
homólogo simple está presente en la mezcla de SCAs en una cantidad
mayor de 75 por ciento en peso.
6. Una composición catalítica de acuerdo con la
reivindicación 5, en la que la mezcla de SCAs comprende:
a) tetrametoxisilano en una cantidad de
0-15 por ciento;
b) trimetoxi(alcoxi
C_{2-6})silano en una cantidad de
10-40 por ciento;
c) dimetoxidi(alcoxi
C_{2-6})silano en una cantidad de
15-60 por ciento;
d) metoxitri(alcoxi
C_{2-6})silano en una cantidad de
10-40 por ciento; y
e) tetra(alcoxi
C2-6)silano en una cantidad de
0-15 por ciento,
siendo el total de los componentes a), b), c),
d) y e) igual a 100 por cien en peso.
\vskip1.000000\baselineskip
7. Una composición catalítica de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que R'' es
alquilo C_{1-6} o cicloalquilo
C_{5-6}.
8. Una composición catalítica de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que dicho SCA
secundario se selecciona de
diciclopentildimetoxisilano,
di-terc-butildimetoxisilano,
metilciclohexildimetoxisilano,
difenildimetoxisilano,
diisopropildimetoxisilano,
di-n-propildimetoxisilano,
di-n-butildimetoxisilano,
ciclopentiltrimetoxisilano,
n-propiltrimetoxisilano,
n-propiltrietoxisilano,
etiltrietoxisilano,
ciclopentilpirrolidinodimetoxisilano,
bis(pirrolidino)dimetoxisilano,
bis(perhidroisoquinolino)dimetoxisilano,
ciclohexiltrietoxisilano,
metiltripropoxisilano y
ciclopentiltributoxisilano.
\vskip1.000000\baselineskip
9. Una composición catalítica de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que dicho SCA
secundario es un alquilalcoxisilano o cicloalquilalcoxisilano.
10. Una composición catalítica de acuerdo con la
reivindicación 9, en la que dicho SCA secundario está presente en
una cantidad de 0,1 a 2,0 por ciento de la mezcla de SCAs.
11. Un procedimiento de polimerización para la
polimerización de uno o más monómeros olefínicos que comprende poner
en contacto dichos monómero o monómeros bajo condiciones de
polimerización con una composición catalítica de polimerización de
acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10.
12. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 11, en el que el SCA secundario se emplea en
combinación con la mezcla de homólogos en el mismo reactor.
13. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 11, en el que el SCA secundario se emplea
separadamente en uno o más reactores que funcionan en serie,
conteniendo uno o más reactores la mezcla de homólogos.
14. Un procedimiento de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, que es un procedimiento
de polimerización en fase gaseosa.
15. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 11, en el que se polimeriza propileno para formar
polipropileno.
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