WO2004035639A1 - Copolymères éthylène/ butadiène, system catalytique et les produires et production desdits polymers - Google Patents

Copolymères éthylène/ butadiène, system catalytique et les produires et production desdits polymers Download PDF

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WO2004035639A1
WO2004035639A1 PCT/EP2003/011303 EP0311303W WO2004035639A1 WO 2004035639 A1 WO2004035639 A1 WO 2004035639A1 EP 0311303 W EP0311303 W EP 0311303W WO 2004035639 A1 WO2004035639 A1 WO 2004035639A1
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WO
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butadiene
ethylene
catalytic system
formula
copolymer
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PCT/EP2003/011303
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Vincent Monteil
Roger Spitz
Christophe Boisson
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Societe De Technologie Michelin
Michelin Recherche Et Technique S.A.
Total Petrochemicals Research Feluy
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    • C08F236/06Butadiene

Definitions

  • the present invention relates to copolymers of ethylene and butadiene, a catalytic system which can be used for the synthesis of these copolymers and a process for the synthesis of these copolymers by means of this catalytic system.
  • Japanese patent documents JP-A-10 237 131, JP-A-09 316 118 and JP-A-11 171 930 disclose copolymers of ethylene and butadiene in which butadiene can be inserted in the form of cis sequences -1.4, trans-1.4, 1.2, cis-cyclopentyl and trans-cyclopentyl. These copolymers are obtained by means of a catalytic system comprising dimethylsilyl (pentamethylcyclopentadienyl) (t-butylamide) titanium dichloride and methylalumoxane.
  • Ln represents a metal of a lanthanide whose atomic number can go from 57 to 71
  • X represents a halogen which can be chlorine, fluorine, bromine or iodine
  • the copolymers obtained have units derived from butadiene which may or may not contain sequences in the form of trans-1,2 cyclohexane, depending on the catalytic system used.
  • the copolymers obtained in this document have, when they have a molar ratio of units derived from butadiene of at least 8%, a number-average molecular mass Mn, measured by the technique of exclusion chromatography by the size in polystyrene equivalent (SEC technique detailed in the attached appendix), which is reduced, being always much less than 40,000 g / mol.
  • An object of the present invention is to propose a new catalytic system which can be used for the synthesis of specific copolymers of ethylene and butadiene which have a molar ratio of units derived from butadiene of at least 8%, of trans-1 sequences, 2 cyclohexane in said units and a molecular weight Mn greater than that of the copolymers obtained in this document EP-A-1 092 731.
  • a molar ratio (co-catalyst / organometallic complex) belonging specifically to a range from 1 to 8, makes it possible to obtain copolymers of ethylene and butadiene with a satisfactory polymerization yield, these copolymers always comprising trans-1,2 cyclohexane sequences within units derived from butadiene, a molar rate of these units derived from butadiene which is equal to or greater than 8% and a molecular mass Mn, measured according to the SEC technique in polystyrene equivalent of attached schedule, which is 40,000 g / mol or more.
  • the copolymers according to the invention are such that their units derived from butadiene comprise sequences in the form of trans-1,2 cyclohexane in a molar fraction equal to or greater than 1% and, even more preferably, equal or greater at 5 %.
  • the ethylene and butadiene copolymers according to the invention have a mass Mn equal to or greater than 50,000 g / mol and even equal to or greater than 80,000 g / mol, preferably using a molar ratio (co-catalyst / organometallic complex) of value equal to or substantially equal to 2, for example belonging to a field ranging from 1 to 3.
  • these copolymers according to the invention may have a mass Mn equal to or greater than 100,000 g / mol, and even equal or greater than 200,000 g / mol or 300,000 g / mol.
  • the copolymers according to the invention also have a molar ratio of units derived from butadiene which is equal to or greater than 10%, and which can even be equal to or greater than 15%.
  • the ethylene and butadiene copolymers according to the invention can have a molar ratio of units obtained from butadiene which is equal to or greater than 20%, and which can even be equal to or greater than 30%.
  • the copolymers according to the invention may advantageously have in combination, on the one hand, a molecular mass Mn equal to or greater than 40,000 g / mol and, on the other hand, a molar ratio of units derived from equal butadiene or higher than 15%, even equal or higher than 20% and even equal or higher than 30%.
  • copolymers according to the invention may advantageously have in combination, on the one hand, a mass Mn equal to or greater than 100,000 g / mol and, on the other hand, a molar ratio of said units equal to or greater than 15 % or even equal to or greater than 20%.
  • copolymers according to the invention may advantageously have in combination, on the one hand, a mass Mn equal to or greater than 200,000 g / mol and, on the other hand, a molar ratio of said units equal to or greater than 15 % or even equal to or greater than 20%.
  • copolymers according to the invention may advantageously have in combination, on the one hand, a mass Mn equal to or greater than 300,000 g / mol and, on the other hand, a molar ratio of said units equal to or greater than 15% or even 20% or more.
  • the copolymers according to the invention have a polymolecularity index Ip which is less than 3.5.
  • the index Ip of said copolymers is less than or equal to 3 and, even more preferably, this index Ip is less than or equal to 2.5.
  • the polymolecularity indices Ip were determined in the present application by size exclusion chromatography (SEC technique described in the attached annex).
  • the copolymers according to the invention preferably have a glass transition temperature Tg which is less than -10 ° C. More specifically, these copolymers can for example have a temperature Tg of between -20 ° C and -50 ° C.
  • This temperature Tg is measured in the present application by the “DSC” technique (Differential Scanning Calorimetry) on a device of denomination “Setaram DSC 131”.
  • the temperature program used corresponds to a temperature rise from -120 ° C to 150 ° C at the speed of 10 ° C / min.
  • copolymers of the invention have the following microstructure characteristics: trans-1,4 sequences; 1,2 (vinyl) and trans-1,2 cyclohexane.
  • the organometallic complex if an unbridged complex corresponding to said generic formula A and comprising two fluorenyl groups is used as the organometallic complex, this complex then preferably corresponding to the formula (C ⁇ 3 H) 2 NdCl, then the butadiene will be mainly inserted in the copolymer chain by trans-1,4 chains (ie the units derived from butadiene comprise trans-1,4 chains according to a molar fraction greater than 50%, typically greater than 70%).
  • a catalytic system according to the invention for obtaining said copolymers comprises: (i) said organometallic complex represented by one of the following formulas A or B:
  • Ln is a lanthanide with an atomic number ranging from 57 to 71, preferably neodymium, where X represents a halogen which may be chlorine, fluorine, bromine or iodine, where, in formula A, are linked to Ln two identical or different ligands Cpi and Cp 2 molecules, each consisting of a substituted or unsubstituted fluorenyl group, where, in formula B, is linked to Ln a ligand molecule consisting of two identical or different fluorenyl groups Cpi and Cp 2 , substituted or not, and linked together by a bridge P of formula MR 2 , where M is an element of column IVA, preferably silicon, and R an alkyl group having from 1 to 20 carbon atoms, and
  • said molar ratio (co-catalyst / organometallic complex) belongs to a range ranging from 1 to 3, for the synthesis of copolymers having both a molecular mass Mn equal to or greater than 100,000 g / mol and a molar ratio butadiene units which is equal to or greater than 8%.
  • Cpi and Cp 2 each comprise the same unsubstituted fluorenyl group.
  • Cpi and Cp 2 each consist of a fluorenyl group of formula C ⁇ 3 H 9 , and the organometallic complex corresponds to the formula (C ⁇ H 9 ) 2 NdCl.
  • Cpi and Cp 2 each consist of a fluorenyl group of formula C ⁇ 3 H 8 , and the organometallic complex corresponds to the formula [(C ⁇ 3 H 8 ) 2 SiMe 2 ] NdCl.
  • an unbridged organometallic complex according to the invention corresponding to said generic formula A is prepared:
  • a step (1) by reacting with an alkyl lithium a hydrogenated ligand molecule, represented by the formula HCp, to obtain a lithium salt, then
  • step (2) by reacting in a solvent complexing said salt with an anhydrous trihalide of a lanthanide which is represented by the formula LnX 3 , where X represents a halogen which may be chlorine, fluorine, bromine, or iodine and then
  • step (3) by evaporating this complexing solvent, then proceeding in a non-complexing solvent to extract the product obtained at the end of the second step, and optionally,
  • a step (la) by reacting with an alkyl lithium a hydrogenated ligand molecule, represented by the formula HCp, to obtain a lithium compound, then
  • step (lb) by reacting in a complexing solvent the lithium compound obtained in step (la) with a dihalide of said bridge of formula MR 2 , for example of formula SiMe 2 Cl 2 (where Me is a methyl group), to obtain a compound of formula MR 2 Cp 2 , then
  • step (le) by reacting in a non-complexing solvent the compound obtained in step (lb) with an alkyl lithium, to obtain a lithium salt of formula MR 2 Cp 2 Li 2 , then
  • step (2) by reacting in a solvent complexing said salt with an anhydrous trihalide of a lanthanide which is represented by the formula LnX 3 , where X represents a halogen which may be chlorine, fluorine, bromine, or iodine and then
  • step (3) by evaporating this complexing solvent, then proceeding in a non-complexing solvent to extract the product obtained at the end of the second step, and optionally,
  • a step (4) by proceeding to the crystallization of the product extracted at the end of said third step, to obtain said organometallic complex of formula B completely free of said complexing solvent.
  • steps (1) and (la) (le), butyl lithium is preferably used as alkyl lithium.
  • tetrahydrofuran is preferably used as complexing solvent.
  • two moles of said lithium salt are advantageously reacted with one or two moles of said lanthanide trihalide.
  • toluene or heptane is preferably used as non-complexing solvent.
  • said co-catalyst in the case where it consists of a mixture of an aluminum alkyl and an alkyl lithium, these two constituents are advantageously present in stoichiometric quantities or close to the stoichiometry in said mixture, for the obtaining a satisfactory catalytic activity.
  • butyloctyl magnesium is advantageously used as alkyl magnesium, butyl lithium as alkyl lithium, diisobutyl aluminum hydride as alkyl aluminum, and butyl magnesium chloride as of Grignard reagent.
  • said co-catalyst belongs to the group consisting of butyloctyl magnesium and butyl magnesium chloride and, even more preferably, this co-catalyst is butyloctyl magnesium.
  • the process for the synthesis of the copolymers according to the invention comprises the reaction in suspension or in solution, in a hydrocarbon solvent, such as toluene, and at a temperature between -20 ° C. and 120 ° C., of the catalytic system according to invention in the presence of ethylene and butadiene.
  • a hydrocarbon solvent such as toluene
  • This reaction is carried out in a reactor under a variable pressure, preferably ranging from 3 bars to 50 bars, and preferably at a temperature between 20 ° C and 90 ° C.
  • the lanthanide concentration of the reaction medium is advantageously less than 0.3 mmol / 1.
  • the molar fraction of butadiene in this reaction medium it is advantageously between 5% and 80%.
  • each copolymer obtained in these examples was determined by ⁇ NMR and 13 C NMR techniques.
  • a spectrometer with the name “BRUKER DRX 400” was used, at frequencies of 400 MHz for the technique of 1 H NMR and 100.6 MHz for that of 13 C NMR.
  • control catalytic systems according to the invention comprising, on the one hand, the same organometallic complex according to the invention including fluorenyl groups and, on the other hand, different co-catalysts also according to the invention. invention, but by varying the molar ratio (cocatalyst / organometallic complex).
  • the internal pressure of the reactor was maintained at approximately 4 bars and the temperature of the reactor was maintained at 80 ° C.
  • the cocatalyst was used according to a molar ratio (cocatalyst / neodymium) equal to 2. It was determined for each ethylene and butadiene copolymer obtained: the molar ratio ⁇ (%) of units derived from butadiene in the copolymer, the glass transition temperature Tg of this copolymer, the microstructure of the butadiene units inserted into the copolymer chain, and the molecular mass Mn and the polymolecularity index Ip of this copolymer. Table 1 below contains the data relating to each copolymerization test and to each synthesized copolymer.
  • a co-catalyst consisting of butylmagnesium chloride (BuMgCl) was used for test 3 and butyloctylmagnesium (BOMAG) for test 4.
  • Table 2 contains the data relating to each copolymerization test and to each synthesized copolymer.
  • the desired internal pressure P of the reactor is then fixed by adding ethylene (pressure of 20 bars for test 5 and 10 bars for tests 6 to 9) and the temperature of the reactor is brought to 80 ° C for the tests 5 to 8 and at 60 ° C for test 9.
  • the ethylene feed is then shut off, and the reactor temperature is maintained at 80 ° C or 60 ° C during the copolymerization, as appropriate.
  • Table 3 contains the data relating to each test 5 to 9 and to each copolymer synthesized.
  • the copolymers obtained in tests 5, 8 and 9 advantageously have a mass Mn greater than 200,000 g / mol, or even 300,000 g / mol, and an index Ip less than 3.0.
  • catalytic systems comprising, on the one hand, an organometallic complex “control” including cyclopentadienyl groups and, on the other hand, various co-catalysts according to the invention, by varying the molar ratio (co-catalyst / organometallic complex).
  • Chloro ( ⁇ -dimethylsilyl) bis ( ⁇ 5-trimethylsilylcyclopentadienyl) neodymium of formula ⁇ [(C 5 H 3 ) SiMe 3 ] 2SiMe2 ⁇ NdCl was used, which was prepared as follows.
  • the internal pressure of the reactor was maintained at approximately 4 bars.
  • the temperature of the polymerization reactor was maintained at 80 ° C or 60 ° C during the polymerization (for tests 10 or 11, respectively).
  • Table 4 contains the data relating to each test 10, 1 1 and to each synthesized copolymer.
  • Table 5 contains the data relating to this test 12 and to the copolymer obtained.
  • control catalytic system of test 12 although it is characterized by a molar ratio (co-catalyst / neodymium) according to the invention which is equal to 2, does not make it possible to obtain a copolymer of ethylene and butadiene having trans-1,2 cyclohexane linkages, because it is characterized by the use of cyclopentadienyl groups in organometallic complexes.
  • Size exclusion chromatography makes it possible to physically separate the macromolecules according to their size in the swollen state on columns filled with porous stationary phase.
  • the macromolecules are separated by their hydrodynamic volume, the largest being eluted first. Without being an absolute method, the SEC makes it possible to apprehend the molecular weight distribution of a polymer.
  • polystyrene samples used have the following masses Mn (in g / mol): 580 - 1,700 - 2,960 - 28,500 - 66,000 - 170,600 - 526,000 - 1,290,000 - 3,150,000.
  • the apparatus used is a “WATERS” chromatograph with “515 HPLC” (pump) and “RI 410” characteristics (detector).
  • the elution solvent is tetrahydrofuran and the elution speed of 1 ml / min.
  • a set of three columns is used, including a column with the name "WATERS STYRAGEL HR 4E" and two columns with the name “WATERS STYRAGEL HR 5E”.
  • the temperature of the columns is 45 ° C and that of the detector 40 ° C.
  • the injected volume of the polymer sample solution is 50 ⁇ l.
  • the detector is a “WATERS 2140” differential refractometer and the software for operating the chromatographic data is the “WATERS MILLEJNIUM” system.

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Abstract

La présente invention concerne notamment des copolymères d'éthylène et de butadiène et un système catalytique utilisable pour la synthèse de ces copolymères. Les copolymères selon l'invention comprennent un taux molaire d'unités issues du butadiène ≥ 8 %, lesdites unités comprenant des enchaînements trans-1,2 cyclohexane, et ils présentent une masse moléculaire moyenne en nombre Mn ≥ 40 000 g/mol. Un système catalytique selon l'invention comprend: (i) un complexe organométallique représenté par l'une des formules suivantes A ou B: où Ln représente un lanthanide et X un halogène, où dans la formule A, sont reliées à Ln deux molécules de ligands Cp1 et Cp2 constituées chacune d'un groupe fluorényle, où dans la formule B, est reliée à Ln une molécule de ligand, constituée de deux groupes fluorényle Cp1 et Cp2 reliés entre eux par un pont P de formule MR2, où M est un élément de la colonne IVA et R un alkyle de 1 à 20 atomes de carbone, et (ii) un co-catalyseur appartenant au groupe constitué par un alkyl magnésium, un alkyl lithium, un alkyl aluminium, un réactif de Grignard, ou constitué d'un mélange de ces constituants, et ce système catalytique est tel que le rapport molaire (co-catalyseur/ complexe organométallique) appartient à un domaine allant de 1 à 8.

Description

Copolymères éthylène/ butadiène, système catalytique et procédé pour leur synthèse :
La présente invention concerne des copolymères d'éthylène et de butadiène, un système catalytique utilisable pour la synthèse de ces copolymères et un procédé de synthèse de ces copolymères au moyen de ce système catalytique.
Pour la copolymérisation de l'éthylène et d'un diène conjugué, il est connu d'utiliser des systèmes catalytiques à base de complexes halogènes de métaux de transition, tels que le titane.
Les documents de brevet japonais JP-A-10 237 131, JP-A-09 316 118 et JP-A-11 171 930 divulguent des copolymères d'éthylène et de butadiène dans lesquels le butadiène peut être inséré sous forme d'enchaînements cis-1,4, trans-1,4, 1,2, cis-cyclopentyl et trans-cyclopentyl. Ces copolymères sont obtenus au moyen d'un système catalytique comprenant du diméthylsilyl(pentaméthylcyclopentadiényl)(t-butylamide)titane-dichlorure et du méthylalumoxane.
Pour la copolymérisation de l'éthylène et d'un diène conjugué, il est également connu d'utiliser des systèmes catalytiques à base de complexes halogènes de lanthanides.
En particulier, le document de brevet EP-A-1 092 731 et l'article « Macromolecules, Vol. 33, n° 23, pp. 8521-8523 (2000) » enseignent dans leurs essais de copolymérisation que l'association à un co-catalyseur choisi dans un groupe comprenant un alkyl magnésium, un alkyl lithium, un alkyl aluminium, un réactif de Grignard ou un mélange de ces constituants, d'un complexe organométallique représenté par l'une des formules génériques suivantes A ou B:
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- où Ln représente un métal d'un lanthanide dont le numéro atomique peut aller de 57 à 71,
- où X représente un halogène pouvant être le chlore, le fluor, le brome ou l'iode,
- où, dans la formule A, sont reliées à Ln deux molécules de ligands Cpi, Cp2 identiques ou différentes, constituées chacune d'un groupe cyclopentadiényle ou fluorényle substitué ou non,
- où, dans la formule B, est reliée audit métal Ln une molécule de ligand, constituée de deux groupes cyclopentadiényle ou fluorényle Cpi et Cp2 qui sont substitués ou non et qui sont reliés entre eux par un pont P répondant à la formule MR , où M est un élément de la colonne IVA de la classification périodique de Mendeleev et où R est un groupe alkyle de 1 à 20 atomes de carbone,
- où le rapport molaire (co-catalyseur/ complexe organométallique) est égal à 20, permet de synthétiser des copolymères d'éthylène et d'un diène conjugué avec un rendement de polymérisation satisfaisant.
Dans ce document EP-A-1 092 731, il apparaît que les copolymères obtenus présentent des unités issues du butadiène qui peuvent comporter ou pas des enchaînements sous forme de trans-1,2 cyclohexane, en fonction du système catalytique utilisé. De plus, les copolymères obtenus dans ce document présentent, lorsqu'ils présentent un taux molaire d'unités issues du butadiène d'au moins 8 %, une masse moléculaire moyenne en nombre Mn, mesurée par la technique de chromatographie d'exclusion par la taille en équivalent polystyrène (technique SEC détaillée à l'annexe jointe), qui est réduite, étant toujours nettement inférieure à 40 000 g/mol.
Un but de la présente invention est de proposer un nouveau système catalytique utilisable pour la synthèse de copolymères spécifiques d'éthylène et de butadiène qui présentent un taux molaire d'unités issues du butadiène d'au moins 8 %, des enchaînements trans-1,2 cyclohexane dans lesdites unités et une masse moléculaire Mn supérieure à celles des copolymères obtenus dans ce document EP- A- 1 092 731.
Ce but est atteint en ce que les demanderesses viennent de découvrir d'une manière surprenante que la sélection, dans le système catalytique précité dudit document EP-A-1 092 731 :
(i) de deux molécules de ligands Cpi et Cp2 identiques ou différentes reliées au métal Ln et constituées chacune d'un groupe fluorényle substitué ou non, si ledit complexe organométallique vérifie ladite formule A, ou d'une molécule de ligand reliée au métal Ln et constituée de deux groupes fluorényle Cpi et Cp2 identiques ou différents, substitués ou non et reliés entre eux par un pont P de formule MR2, où M est un élément de la colonne IVA et R un groupe alkyle de 1 à 20 atomes de carbone, si ledit complexe organométallique vérifie ladite formule B, et
(ii) d'un rapport molaire (co-catalyseur/ complexe organométallique) appartenant spécifiquement à un domaine allant de 1 à 8, permet d'obtenir des copolymères d'éthylène et de butadiène avec un rendement de polymérisation satisfaisant, ces copolymères comportant toujours des enchaînements trans-1,2 cyclohexane au sein des unités issues du butadiène, un taux molaire de ces unités issues du butadiène qui est égal ou supérieur à 8 % et une masse moléculaire Mn, mesurée selon la technique SEC en équivalent polystyrène de l'annexe jointe, qui est égale ou supérieure à 40 000 g/mol. A la connaissance des demanderesses, ces caractéristiques combinées d'enchaînements trans-1,2 cyclohexane, de taux molaire d'unités issues du butadiène d'au moins 8 %, et de masse moléculaire Mn élevée n'ont jamais été atteintes à ce jour pour des copolymères d'éthylène et de butadiène.
On notera qu'il n'était pas évident d'obtenir des masses moléculaires Mn aussi élevées pour des copolymères d'éthylène et de butadiène obtenus au moyen d'un système catalytique à base d'un complexe halogène de lanthanide, qui présentent ce taux molaire d'unités issues du butadiène. En effet, pour un homme du métier, il est bien connu (voir l'article précité « Macromolecules, Vol. 33, n° 23, pp. 8521-8523 (2000) ») que les copolymères obtenus au moyen d'un tel système catalytique présentent une masse moléculaire Mn qui est d'autant plus élevée (ou réduite) que le taux molaire d'unités issues du butadiène est plus réduit (respectivement plus élevé).
On notera également que l'utilisation de groupes spécifiques fluorényle rend possible l'obtention d'enchaînements trans-1,2 cyclohexane dans les copolymères obtenus, et que la valeur très réduite du rapport molaire (co-catalyseur/ complexe organométallique) rend possible l'obtention de copolymères présentant au moins 8 % d'unités issues du butadiène et néanmoins une masse moléculaire Mn élevée.
De préférence, les copolymères selon l'invention sont tels que leurs unités issues du butadiène comprennent des enchaînements sous forme de trans-1,2 cyclohexane selon une fraction molaire égale ou supérieure à 1 % et, à titre encore plus préférentiel, égale ou supérieure à 5 %. On se reportera à l'article « Investigation of ethylene/ butadiène copolymers micro structure by H and 13C JNJMR, Llauro M. F., Monnet C, Barbotin F., Monteil V., Spitz R., Boisson C, Macromolecules 2001, 34, 6304-6311 », pour une description détaillée des techniques de RMNΗ et de RMN13C qui ont été précisément utilisées dans la présente demande pour déterminer les fractions molaires de ces enchaînements trans- 1 ,2 cyclohexane.
Avantageusement, les copolymères d'éthylène et de butadiène selon l'invention présentent une masse Mn égale ou supérieure à 50 000 g/mol et même égale ou supérieure à 80 000 g/mol, de préférence en utilisant un rapport molaire (co-catalyseur/ complexe organométallique) de valeur égale ou sensiblement égale à 2, par exemple appartenant à un domaine allant de 1 à 3. A titre encore plus avantageux, ces copolymères selon l'invention peuvent présenter une masse Mn égale ou supérieure à 100 000 g/mol, et même égale ou supérieure à 200 000 g/mol ou 300 000 g/mol.
Egalement à titre avantageux, les copolymères selon l'invention présentent en outre un taux molaire d'unités issues du butadiène qui est égal ou supérieur à 10 %, et qui peut même être égal ou supérieur à 15 %.
A titre encore plus avantageux, les copolymères d'éthylène et de butadiène selon l'invention peuvent présenter un taux molaire d'unités issues du butadiène qui est égal ou supérieur à 20 %, et qui peut même être égal ou supérieur à 30 %.
On notera que les copolymères selon l'invention peuvent avantageusement présenter en combinaison, d'une part, une masse moléculaire Mn égale ou supérieure à 40 000 g/mol et, d'autre part, un taux molaire d'unités issues du butadiène égal ou supérieur à 15 %, voire égal ou supérieur à 20 % et même égal ou supérieur à 30 %.
On notera également que les copolymères selon l'invention peuvent avantageusement présenter en combinaison, d'une part, une masse Mn égale ou supérieure à 100 000 g/mol et, d'autre part, un taux molaire desdites unités égal ou supérieur à 15 %, voire égal ou supérieur à 20 %.
On notera également que les copolymères selon l'invention peuvent avantageusement présenter en combinaison, d'une part, une masse Mn égale ou supérieure à 200 000 g/mol et, d'autre part, un taux molaire desdites unités égal ou supérieur à 15 %, voire égal ou supérieur à 20 %.
On notera en outre que les copolymères selon l'invention peuvent avantageusement présenter en combinaison, d'une part, une masse Mn égale ou supérieure à 300 000 g/mol et, d'autre part, un taux molaire desdites unités égal ou supérieur à 15 %, voire égal ou supérieur à 20 %.
Selon une autre caractéristique de l'invention, les copolymères selon l'invention présentent un indice de polymolécularité Ip qui est inférieur à 3,5. De préférence, l'indice Ip desdits copolymères est inférieur ou égal à 3 et, à titre encore plus préférentiel, cet indice Ip est inférieur ou égal à 2,5. A l'instar des masses moléculaires Mn, les indices de polymolécularité Ip ont été déterminés dans la présente demande par chromatographie d'exclusion par la taille (technique SEC décrite à l'annexe jointe). Les copolymères selon l'invention présentent de préférence une température de transition vitreuse Tg qui est inférieure à -10° C. Plus précisément, ces copolymères peuvent par exemple présenter une température Tg comprise entre -20° C et -50° C.
Cette température Tg est mesurée dans la présente demande par la technique « DSC » (Differential Scanning Calorimetry) sur un appareil de dénomination « Setaram DSC 131 ». Le programme de température utilisé correspond à une montée en température de -120° C à 150° C à la vitesse de 10 °C / min.
Les copolymères de l'invention présentent les caractéristiques de microstructure suivantes : enchaînements trans-1,4 ; 1,2 (vinyliques) et trans-1,2 cyclohexane.
Plus précisément, si l'on utilise à titre de complexe organométallique un complexe non ponté répondant à ladite formule générique A et comprenant deux groupes fluorényle, ce complexe répondant alors de préférence à la formule (Cι3H )2NdCl, alors le butadiène sera majoritairement inséré dans la chaîne du copolymère par des enchaînements trans-1,4 (i.e. les unités issues du butadiène comprennent des enchaînements trans-1,4 selon une fraction molaire supérieure à 50 %, typiquement supérieure à 70 %).
Mais si, selon un mode préférentiel de réalisation de l'invention, on utilise à titre de complexe organométallique un complexe ponté répondant à ladite formule générique B et comprenant deux groupes fluorényle, ce complexe répondant alors de préférence à la formule [(Cι H8)2SiMe ]NdCl, alors le copolymère selon l'invention sera tel que ses unités issues du butadiène comprennent des enchaînements sous forme de trans-1,2 cyclohexane selon une fraction molaire égale ou supérieure à 10 %, avantageusement égale ou supérieure à 20 % et, à titre encore plus avantageux, supérieure à 50 %. Un système catalytique selon l'invention pour l'obtention desdits copolymères comprend : (i) ledit complexe organométallique représenté par l'une des formules suivantes A ou B:
Figure imgf000008_0001
où Ln est un lanthanide de numéro atomique allant de 57 à 71, de préférence le néodyme, où X représente un halogène pouvant être le chlore, le fluor, le brome ou l'iode, où, dans la formule A, sont reliées à Ln deux molécules de ligands Cpi et Cp2 identiques ou différentes, constituées chacune d'un groupe fluorényle substitué ou non, où, dans la formule B, est reliée à Ln une molécule de ligand constituée de deux groupes fluorényle Cpi et Cp2 identiques ou différents, substitués ou non et reliés entre eux par un pont P de formule MR2, où M est un élément de la colonne IVA, de préférence le silicium, et R un groupe alkyle ayant de 1 à 20 atomes de carbone, et
(ii) un co-catalyseur appartenant au groupe constitué par un alkyl magnésium, un alkyl lithium, un alkyl aluminium, un réactif de Grignard, ou constitué d'un mélange de ces constituants, et ce système catalytique selon l'invention est tel que le rapport molaire (co-catalyseur/ complexe organométallique) appartient à un domaine allant de 1 à 8.
De préférence, ledit rapport molaire (co-catalyseur/ complexe organométallique) appartient à un domaine allant de 1 à 3, pour la synthèse de copolymères présentant à la fois une masse moléculaire Mn égale ou supérieure à 100 000 g/mol et un taux molaire d'unités issues du butadiène qui est égal ou supérieur à 8 %.
Selon un exemple préférentiel de réalisation de l'invention, Cpi et Cp2 comprennent chacun un même groupe fluorényle non substitué.
Si la formule A s'applique, alors Cpi et Cp2 sont chacun constitués d'un groupe fluorényle de formule Cι3H9, et le complexe organométallique répond à la formule (Cι H9)2NdCl.
Si la formule B s'applique, alors Cpi et Cp2 sont chacun constitués d'un groupe fluorényle de formule Cι3H8, et le complexe organométallique répond à la formule [(Cι3H8)2SiMe2]NdCl. D'une manière générale, si l'on a Cpι=Cp2=Cp, un complexe organométallique non ponté selon l'invention répondant à ladite formule générique A est préparé :
- dans une étape (1), en faisant réagir avec un alkyl lithium une molécule hydrogénée de ligand, représentée par la formule HCp, pour obtenir un sel de lithium, puis
- dans une étape (2), en faisant réagir dans un solvant complexant ledit sel avec un trihalogénure anhydre d'un lanthanide qui est représenté par la formule LnX3, où X représente un halogène pouvant être le chlore, le fluor, le brome, ou l'iode, puis
- dans une étape (3), en évaporant ce solvant complexant, puis en procédant dans un solvant non complexant à l'extraction du produit obtenu au terme de la seconde étape, et éventuellement,
- dans une étape (4), en procédant à la cristallisation du produit extrait au terme de ladite troisième étape, pour obtenir ledit complexe organométallique de formule A totalement exempt dudit solvant complexant.
Egalement d'une manière générale, si l'on a Cpι=Cp2=Cp, un complexe organométallique ponté selon l'invention répondant à ladite formule générique B est préparé :
- dans une étape (la), en faisant réagir avec un alkyl lithium une molécule hydrogénée de ligand, représentée par la formule HCp, pour obtenir un composé de lithium, puis
- dans une étape (lb), en faisant réagir dans un solvant complexant le composé de lithium obtenu à l'étape (la) avec un dihalogénure dudit pont de formule MR2, par exemple de formule SiMe2Cl2 (où Me est un groupe méthyle), pour obtenir un composé de formule MR2Cp2, puis
- dans une étape (le), en faisant réagir dans un solvant non complexant le composé obtenu à l'étape (lb) avec un alkyl lithium, pour obtenir un sel de lithium de formule MR2Cp2Li2, puis
- dans une étape (2), en faisant réagir dans un solvant complexant ledit sel avec un trihalogénure anhydre d'un lanthanide qui est représenté par la formule LnX3, où X représente un halogène pouvant être le chlore, le fluor, le brome, ou l'iode, puis
- dans une étape (3), en évaporant ce solvant complexant, puis en procédant dans un solvant non complexant à l'extraction du produit obtenu au terme de la seconde étape, et éventuellement,
- dans une étape (4), en procédant à la cristallisation du produit extrait au terme de ladite troisième étape, pour obtenir ledit complexe organométallique de formule B totalement exempt dudit solvant complexant. Pour lesdites étapes (1) et (la), (le), on utilise de préférence le butyl lithium à titre d'alkyl lithium.
Pour lesdites étapes (2) et (lb), on utilise de préférence le tétrahydrofurane à titre de solvant complexant. De plus, on fait réagir avantageusement deux moles dudit sel de lithium avec une ou deux moles dudit trihalogénure de lanthanide.
Pour lesdites étapes (3) et (le), on utilise de préférence le toluène ou l'heptane à titre de solvant non complexant.
Quant audit co-catalyseur, dans le cas où il est constitué d'un mélange d'un alkyl aluminium et d'un alkyl lithium, ces deux constituants sont avantageusement présents en quantités stoechiométriques ou proches de la stoechiométrie dans ledit mélange, pour l'obtention d'une activité catalytique satisfaisante.
Pour ce co-catalyseur, on utilise avantageusement le butyloctyl magnésium à titre d'alkyl magnésium, le butyl lithium à titre d'alkyl lithium, l'hydrure de diisobutyl aluminium à titre d'alkyl aluminium, et le chlorure de butyl magnésium à titre de réactif de Grignard.
De préférence, ledit co-catalyseur appartient au groupe constitué par le butyloctyl magnésium et le chlorure de butyl magnésium et, à titre encore plus préférentiel, ce co-catalyseur est le butyloctyl magnésium.
Le procédé de synthèse des copolymères selon l'invention comprend la réaction en suspension ou en solution, dans un solvant hydrocarboné, tel que le toluène, et à une température comprise entre -20° C et 120° C, du système catalytique selon l'invention en présence d'éthylène et de butadiène.
Cette réaction est réalisée dans une réacteur sous une pression variable, de préférence allant de 3 bars à 50 bars, et de préférence à une température comprise entre 20° C et 90° C.
La concentration en lanthanide du milieu réactionnel est avantageusement inférieure à 0,3 mmol/1. Quant à la fraction molaire de butadiène dans ce milieu réactionnel, elle est avantageusement comprise entre 5 % et 80 %. Les caractéristiques précitées de la présente invention, ainsi que d'autres, seront mieux comprises à la lecture de la description suivante de plusieurs exemples de réalisation de l'invention, donnés à titre illustratif et non limitatif.
- Pour tous les exemples suivants, on a opéré sous argon et on a préalablement séché les solvants utilisés par réaction avec du sodium suivie d'une distillation, ou bien sur un tamis moléculaire de 3 Â sous balayage d'argon.
- On a déterminé la microstructure de chaque copolymère obtenu dans ces exemples par les techniques de RMNΗ et de RMN13C. On a utilisé à cet effet un spectromètre de dénomination « BRUKER DRX 400 », à des fréquences de 400 MHz pour la technique de RMN1H et de 100,6 MHz pour celle de RMN13C. On se reportera à l'article « Investigation of ethylene/ butadiène copolymers microstructure by Η and 13C JNMR, Macromolecules 2001, 34, 6304-6311 », pour une description détaillée de ces techniques de RMN1H et de RMN13C utilisées dans les exemples.
Première série d'essais de copolymérisation « témoin » et selon l'invention :
On a utilisé pour ces essais des systèmes catalytiques « témoin » et selon l'invention comprenant, d'une part, un même complexe organométallique selon l'invention incluant des groupes fluorényle et, d'autre part, différents co-catalyseurs également selon l'invention, mais en faisant varier le rapport molaire (co-catalyseur/ complexe organométallique).
1) Complexe organométallique utilisé :
On a utilisé le chloro (μ-diméthylsilyl)bis(η 5 -fluorenyl) néodyme, de formule [(Cι H8)2SiMe2]NdCl, et ce complexe a été préparé de la manière suivante.
a) Synthèse d'un composé de formule MesSKCnHg')?:
A une solution de 13 mmol de Cι H9Li (obtenu par réaction de fluorène (Cι30) et de butyllithium (BuLi)) dans 100 mL de THF (tétrahydrofurane), qui est refroidie à -20° C, sont ajoutés 6,5 mmol de SiMe2Cl2. Après retour à la température ambiante, la solution orangée obtenue est agitée pendant 15 heures. Le THF est évaporé et le résidu est repris au toluène. Le sel (LiCl) est filtré puis le filtrat est évaporé. On obtient un solide orangé qui est lavé à froid par de petites quantités d'heptane. Puis le fluorène résiduel est sublimé à 85° C sous vide et séparé du produit, ce qui permet d'isoler ledit composé de formule Me2Si(Cι H9)2.
L'analyse élémentaire de ce composé donne :
% C = 86,43 ; % H = 5,98 (en théorie, % C = 86,55 et % H = 6,22).
On a procédé à la caractérisation de ce composé par RMN 1H à 300 MHz (CDC1 ), en notant les massifs observés (valeurs de δ (pp ) dont l'intégrale correspond à un nombre de protons) :
- 0,59 ppm pour (SiMe2, 6H) ; 4,21 ppm pour (CH-(C]3H9), 2H) ;
7,23 ppm pour (4H) / 7,32 ppm pour (4H) / 7,47 ppm pour (4H) / 7,83 ppm pour (4H)
(CH = (C13H9), 16H).
b) Synthèse d'un sel de formule Me^SKCnHg Li?:
A une solution de 4 mmol dudit composé de formule Me2Si(Cι H9)2 dans 100 mL de toluène qui est refroidie à -20° C, est ajoutée une solution de 8 mmol de BuLi. Après retour à la température ambiante, la solution rouge obtenue est agitée pendant 15 heures, puis pendant 3 heures à reflux. Un solide jaune précipite. Le toluène est évaporé puis le solide obtenu est lavé à froid par de petites quantités d'heptane et séché. Un solide jaune correspondant au sel de formule Me2Si(Ci3H8)2Li2 est ainsi recueilli (avec un rendement de 85 %).
Figure imgf000012_0001
3,6 mmol de NdCl3 sont agités à reflux dans 75 mL de THF pendant 12 heures. Puis une solution dudit sel de formule Me2Si(Ci3H8)2Li2 (3,9 mmol) est ajoutée. La solution marron obtenue est ensuite agitée une nuit à reflux du THF. Le solvant est évaporé et le résidu est repris au toluène. Le solide formé (LiCl) est filtré. Le toluène est évaporé pour donner un solide marron correspondant au complexe organométallique de formule [(C]3H8)2SiMe2]NdCl. 2) Essais 1 et 2 de copolymérisation selon l'invention :
On a réalisé deux essais de copolymérisation correspondant chacun à l'introduction, dans un réacteur contenant 300 mL de toluène, dudit complexe organométallique [(Cι3H8) SiMe2]NdCl en quantité massique x (mg) déterminée, d'un mélange éthylène-butadiène dont la fraction molaire en butadiène y (%) est variable et d'un co-catalyseur constitué de butyloctylmagnésium (BOMAG).
Pendant la copolymérisation, la pression interne du réacteur a été maintenue à environ 4 bars et la température du réacteur a été maintenue à 80° C.
Après un temps t (min.) de réaction, la copolymérisation est stoppée par refroidissement et dégazage du réacteur, puis le copolymère est obtenu par précipitation dans du méthanol. Après séchage, on obtient une masse m (g) de copolymère.
Le co-catalyseur a été utilisé selon un rapport molaire (co-catalyseur / néodyme) égal à 2. On a déterminé pour chaque copolymère d'éthylène et de butadiène obtenu : le taux molaire τ (%) d'unités issues du butadiène dans le copolymère, la température de transition vitreuse Tg de ce copolymère, la micro structure des unités butadiène insérées dans la chaîne de copolymère, et la masse moléculaire Mn et l'indice de polymolécularité Ip de ce copolymère. Le tableau 1 ci-après contient les données relatives à chaque essai de copolymérisation et à chaque copolymère synthétisé.
Tableau 1 :
Figure imgf000013_0001
Ces résultats montrent que les systèmes catalytiques selon ces essais 1 et 2, qui sont notamment caractérisés par l'utilisation de groupes fluorényle dans les complexes organométalliques et par un rapport molaire (co-catalyseur/ néodyme) inférieur à 8, permettent d'obtenir des copolymères d'éthylène et de butadiène présentant un taux molaire d'unités issues du butadiène supérieur à 10 %, une fraction molaire d'enchaînements trans-1,2 cyclohexane dans ces unités supérieure à 50 %, une masse Mn supérieure à 100 000 g/mol et un indice Ip inférieur à 3,5.
3) Essais comparatifs de copolymérisation 3 et 4 :
On a réalisé deux essais comparatifs 3 et 4 avec le même complexe organométallique en procédant comme pour les essais 1 et 2, à ceci près que le rapport molaire (co-catalyseur/ néodyme) a été choisi égal à 20.
On a utilisé un co-catalyseur constitué de chlorure de butylmagnésium (BuMgCl) pour l'essai 3 et de butyloctylmagnésium (BOMAG) pour l'essai 4.
A l'instar du tableau 1, le tableau 2 ci-après contient les données relatives à chaque essai de copolymérisation et à chaque copolymère synthétisé.
Tableau 2 :
Figure imgf000014_0001
Ces résultats montrent que les systèmes catalytiques selon ces essais comparatifs 3 et 4, qui sont caractérisés par l'utilisation de groupes fluorényle dans les complexes organométalliques mais par un rapport molaire (co-catalyseur/ néodyme) non conforme à l'invention qui est égal à 20, ne permettent pas d'obtenir des copolymères d'éthylène et de butadiène présentant à la fois un taux molaire d'unités issues du butadiène d'au moins 8 % et une masse moléculaire Mn d'au moins 50 000 g/mol (les copolymères obtenus présentant une masse Mn au plus égale à 10 000 g/mol). 4) Essais 5 à 9 de copolymérisation selon l'invention :
On a réalisé cinq autres essais de copolymérisation correspondant chacun à l'introduction, dans un réacteur contenant 200 mL de toluène, dudit complexe [(Cι3H8)2SiMe ]NdCl en quantité massique x (mg) déterminée et d'un co-catalyseur constitué de chlorure de butyloctylmagnésium (BOMAG) avec un rapport (co-catalyseur/ néodyme) égal à 2, puis d'une solution de butadiène obtenue par solubilisation dans 400 mL de toluène d'une masse z (g) de butadiène.
La pression interne souhaitée P du réacteur est ensuite fixée par ajout d'éthylène (pression de 20 bars pour l'essai 5 et de 10 bars pour les essais 6 à 9) et la température du réacteur est portée à 80° C pour les essais 5 à 8 et à 60° C pour l'essai 9.
L'alimentation d'éthylène est ensuite coupée, et la température du réacteur est maintenue à 80° C ou à 60° C pendant la copolymérisation, selon le cas.
Après un temps t (min.) de réaction, la copolymérisation est stoppée par refroidissement et dégazage du réacteur, puis le copolymère est obtenu par précipitation dans du méthanol. Après séchage, on obtient une masse m (g) de copolymère.
Le tableau 3 ci-après contient les données relatives à chaque essai 5 à 9 et à chaque copolymère synthétisé.
Tableau 3 :
Figure imgf000015_0001
Ces résultats montrent que les systèmes catalytiques selon ces essais 5 à 9 de l'invention, qui sont notamment caractérisés par l'utilisation de groupes fluorényle dans les complexes organométalliques, par un rapport molaire (co-catalyseur/ néodyme) égal à 2 et par une pression dans le réacteur égale ou supérieure à 10 bars, permettent d'obtenir des copolymères d'éthylène et de butadiène présentant à la fois un taux molaire d'unités issues du butadiène supérieur à 15 %, une fraction molaire d'enchaînements trans-1,2 cyclohexane dans ces unités supérieure à 15 %, une masse moléculaire Mn supérieure à 50 000 g/mol.
On notera que les copolymères obtenus aux essais 5, 8 et 9 présentent avantageusement une masse Mn supérieure à 200 000 g/mol, voire à 300 000 g/mol, et un indice Ip inférieur à 3,0.
Seconde série d'essais « témoin » de copolymérisation :
Pour ces essais « témoin », on a utilisé des systèmes catalytiques comprenant, d'une part, un complexe organométallique « témoin » incluant des groupes cyclopentadiényle et, d'autre part, différents co-catalyseurs selon l'invention, en faisant varier le rapport molaire (co-catalyseur/ complexe organométallique).
1) Complexe organométallique utilisé :
On a utilisé le chloro (μ-diméthylsilyl)bis(η5-triméthylsilylcyclopentadiényl) néodyme de formule {[(C5H3)SiMe3]2SiMe2}NdCl, que l'on a préparé comme suit.
a) Synthèse d'un composé de formule |~(C H )SiMe3 ~|?SiMe?:
On introduit dans un tube de Schlenk 16 mmol d'un composé de formule Li[(C5H4)SiMe3], 8 mmol de Me2SiCl2 et 80 mL de THF. On agite l'ensemble pendant une nuit et à température ambiante. Le solvant est évaporé et le résidu est repris avec 40 mL d'heptane. La solution est filtrée et le solvant est évaporé. Le produit finalement obtenu est une huile visqueuse répondant à la formule précitée pour ledit composé. b) Synthèse d'un sel de formule ITCjH^SiMe^SiMe :g2Li2-
Dans un tube de Schlenk qui contient une solution de THF comprenant 7 mmol dudit composé de formule [(C5H4)SiMe3]2SiMe2, on ajoute progressivement et à 0° C 14 mmol de BuLi. On agite l'ensemble à température ambiante pendant 6 heures et on obtient le sel précité en solution dans le THF.
Figure imgf000017_0001
On agite à reflux et pendant une nuit 4 mmol de NdCl3 anhydre dans du THF. On ajoute ensuite 4 mmol dudit sel de formule [(C5H3)SiMe3]2SiMe2Li2 en solution dans du THF. Puis on agite l'ensemble pendant 36 heures à température ambiante. Le solvant est évaporé et le résidu est repris au toluène. La solution est filtrée puis le produit est cristallisé à -20° C. On obtient ainsi ledit complexe organométallique.
L'analyse élémentaire centésimale de ce complexe donne les pourcentages suivants pour les atomes de carbone et d'hydrogène:
% C = 42,88 et % H - 5,87 (en théorie : % C = 42,36 et % H = 5,92).
On a procédé à la caractérisation de ce complexe par RMN Η à 300 MHz (C6D6) en notant les massifs observés (valeurs de δ (ppm) dont l'intégrale correspond à un nombre de protons) :
On observe par cette technique deux massifs dont chaque intégrale correspond à 3 protons: un premier massif à 2,13 ppm et un second massif à -8,97 ppm sont chacun représentatifs des protons de Si(CH3)2 de ce complexe.
On observe enfin un massif à -2,99 ppm, dont l'intégrale correspond à 18 protons et qui est représentatif des protons des deux substituants Si(CH3)3 dudit complexe.
On notera que les pics correspondant aux protons de C5H3 ne sont pas détectés, probablement du fait que ces pics sont très larges. 2) Essais de copolymérisation « témoin » 10 et 11 :
On a réalisé deux premiers essais « témoin » correspondant à l'introduction, dans un réacteur contenant 300 mL de toluène, dudit complexe organométallique de formule {[(C5H3)SiMe3]2SiMe2}NdCl en quantité x (mg) déterminée, d'un mélange éthylène-butadiène dont la fraction molaire y (%) de butadiène est variable et d'un co-catalyseur. Ce dernier est constitué d'un mélange de butyllithium (BuLi) et d'hydrure de diisobutylalumimum (HDiBA), avec un rapport (co-catalyseur/ néodyme) non conforme à l'invention qui est égal à 20/1.
La pression interne du réacteur a été maintenue à environ 4 bars. La température du réacteur de polymérisation a été maintenue à 80° C ou 60 °C pendant la polymérisation (pour les essais 10 ou 11, respectivement).
Après un temps t (min.) de réaction, la copolymérisation est stoppée par refroidissement et dégazage du réacteur, puis le copolymère est obtenu par précipitation dans du méthanol. Après séchage, on obtient une masse m (g) de copolymère.
Le tableau 4 ci-après contient les données relatives à chaque essai 10, 1 1 et à chaque copolymère synthétisé.
Tableau 4 :
Figure imgf000018_0001
Ces résultats montrent que les systèmes catalytiques selon ces essais « témoin » 10 et 11, qui sont notamment caractérisés par l'utilisation de groupes cyclopentadiényle dans les complexes organométalliques, ne permettent pas d'obtenir des copolymères d'éthylène et de butadiène présentant des enchaînements trans-1,2 cyclohexane.
De plus, le rapport molaire (co-catalyseur/ néodyme) égal à 20 qui est utilisé ne permet pas d'obtenir pour ces copolymères une masse moléculaire Mn d'au moins 40 000 g/mol. 3) Essai de copolymérisation « témoin » 12 :
On a procédé comme pour l'essai « témoin » 11 précité, à ceci près que le système catalytique de cet essai 12 est caractérisé par l'utilisation d'un co-catalyseur constitué uniquement de butyllithium et par un rapport (co-catalyseur/ néodyme) conforme à l'invention qui est égal à 2.
Le tableau 5 ci-après contient les données relatives à cet essai 12 et au copolymère obtenu.
Figure imgf000019_0001
Ces résultats montrent que le système catalytique « témoin » de l'essai 12, bien qu'il soit caractérisé par un rapport molaire (co-catalyseur/ néodyme) conforme à l'invention qui est égal à 2, ne permet pas d'obtenir un copolymère d'éthylène et de butadiène présentant des enchaînements trans-1,2 cyclohexane, du fait qu'il est caractérisé par l'utilisation de groupes cyclopentadiényle dans les complexes organométalliques.
ANNEXE ;
Détermination de la distribution des masses moléculaires des copolymères obtenus par la technique de chromatographie d'exclusion par la taille (SEC).
a) Principe de la mesure:
La chromatographie d'exclusion par la taille ou SEC (size exclusion chromatography) permet de séparer physiquement les macromolécules suivant leur taille à l'état gonflé sur des colonnes remplies de phase stationnaire poreuse. Les macromolécules sont séparées par leur volume hydrodynamique, les plus volumineuses étant éluées en premier. Sans être une méthode absolue, la SEC permet d'appréhender la distribution des masses moléculaires d'un polymère.
A partir de produits étalons commerciaux constitués de polystyrène (masses moyennes en nombre Mn de 580 g/mol à 3 150 000 g/mol), les différentes masses Mn et Mw peuvent être déterminées et l'indice de polymolécularité calculé (Ip = Mw/Mn).
Plus précisément, les échantillons de polystyrène utilisés présentent les masses Mn suivantes (en g/mol) : 580 - 1 700 - 2 960 - 28 500 - 66 000 - 170 600 - 526 000 - 1 290 000 - 3 150 000.
b) Préparation du polymère:
Il n'y a pas de traitement particulier de l'échantillon de polymère avant analyse. Celui-ci est simplement solubilisé dans du tétrahydrofurane à une concentration d'environ 1 g/1.
c) Analyse SEC:
L'appareillage utilisé est un chromatographe « WATERS » de caractéristiques « 515 HPLC » (pompe) et « RI 410 » (détecteur).
Le solvant d'élution est le tétrahydrofurane et la vitesse d'élution de 1 mL/min.
On utilise un jeu de trois colonnes, dont une colonne de dénomination « WATERS STYRAGEL HR 4E » et deux colonnes de dénomination « WATERS STYRAGEL HR 5E ».
La température des colonnes est de 45° C et celle du détecteur de 40° C.
Le volume injecté de la solution de l'échantillon de polymère est 50 μl. Le détecteur est un réfractomètre différentiel « WATERS 2140 » et le logiciel d'exploitation des données chromatographiques est le système « WATERS MILLEJNIUM ».

Claims

REVENDICATIONS
1) Copolymère d'éthylène et de butadiène comprenant un taux molaire d'unités issues du butadiène égal ou supérieur à 8 %, lesdites unités comprenant des enchaînements sous forme de trans-1,2 cyclohexane, caractérisé en ce qu'il présente une masse moléculaire moyenne en nombre Mn égale ou supérieure à 40 000 g/mol.
2) Copolymère d'éthylène et de butadiène selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il présente une masse moléculaire moyenne en nombre Mn égale ou supérieure à 100 000 g/mol.
3) Copolymère d'éthylène et de butadiène selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il présente une masse moléculaire moyenne en nombre Mn égale ou supérieure à 200 000 g/mol.
4) Copolymère d'éthylène et de butadiène selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il présente une masse moléculaire moyenne en nombre Mn égale ou supérieure à 300 000 g/mol.
5) Copolymère d'éthylène et de butadiène selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit taux molaire d'unités issues du butadiène est égal ou supérieur à 15 %.
6) Copolymère d'éthylène et de butadiène selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit taux molaire d'unités issues du butadiène est égal ou supérieur à 20 %.
7) Copolymère d'éthylène et de butadiène selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit taux molaire d'unités issues du butadiène est égal ou supérieur à 30 %.
8) Copolymère d'éthylène et de butadiène selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites unités issues du butadiène comprennent des enchaînements sous forme de trans-1,2 cyclohexane selon une fraction molaire égale ou supérieure à 10 %. 9) Copolymère d'éthylène et de butadiène selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdites unités issues du butadiène comprennent lesdits enchaînements sous forme de trans-1,2 cyclohexane selon une fraction molaire égale ou supérieure à 20 %.
10) Copolymère d'éthylène et de butadiène selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdites unités issues du butadiène comprennent des enchaînements sous forme de trans-1,2 cyclohexane selon une fraction molaire supérieure à 50 %.
11) Système catalytique utilisable pour la synthèse d'un copolymère d'éthylène et de butadiène selon une des revendications précédentes, ledit système catalytique comprenant :
(i) un complexe organométallique représenté par l'une des formules suivantes A ou B:
Figure imgf000022_0001
où Ln représente un métal d'un lanthanide dont le numéro atomique peut aller de 57 à 71, où X représente un halogène pouvant être le chlore, le fluor, le brome ou l'iode, où, dans la formule A, sont reliées audit métal Ln deux molécules de ligands Cpi et Cp2 identiques ou différentes, constituées chacune d'un groupe fluorényle qui est substitué ou non, où, dans la formule B, est reliée audit métal Ln une molécule de ligand, constituée de deux groupes fluorényle Cpi et Cp2 identiques ou différents qui sont substitués ou non et qui sont reliés entre eux par un pont P répondant à la formule MR2, où M est un élément de la colonne IVA de la classification périodique de Mendeleev, et où R est un groupe alkyle comprenant de 1 à 20 atomes de carbone, et
(ii) un co-catalyseur appartenant au groupe constitué par un alkyl magnésium, un alkyl lithium, un alkyl aluminium, un réactif de Grignard, ou qui est constitué d'un mélange de ces constituants, caractérisé en ce que le rapport molaire (co-catalyseur/ complexe organométallique) appartient à un domaine allant de 1 à 8.
12) Système catalytique selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit rapport molaire (co-catalyseur/ complexe organométallique) appartient à un domaine allant de 1 à 3. 13) Système catalytique selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que ledit complexe organométallique est représenté par ladite formule générique A.
14) Système catalytique selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que ledit complexe organométallique est représenté par ladite formule générique B.
15) Système catalytique selon la revendication 14, caractérisé en ce que ledit métal M compris dans ledit pont P de formule MR2 est le silicium.
16) Système catalytique selon une des revendications 11 à 15, caractérisé en ce que, dans ledit complexe organométallique, ledit lanthanide Ln est le néodyme.
17) Système catalytique selon une des revendications 11 à 16, caractérisé en ce que dans ledit complexe organométallique, Cpi et Cp2 comprennent chacun un même groupe fluorényle.
18) Système catalytique selon les revendications 13 et 17, caractérisé en ce que ledit complexe organométallique répond à la formule (Cι3H9)2NdCl, où Cpi et Cp2 sont chacun constitués d'un groupe fluorényle non substitué qui répond à la formule Cι3H9, pour la synthèse d'un copolymère d'éthylène et de butadiène dont les unités issues du butadiène comprennent des enchaînements trans-1,4 selon une fraction molaire supérieure à 50 %.
19) Système catalytique selon les revendications 14 et 17, caractérisé en ce que, dans ledit complexe organométallique, Cpi et Cp2 sont chacun constitués d'un groupe fluorényle non substitué qui répond à la formule C13H8.
20) Système catalytique selon les revendications 15 et 19, caractérisé en ce que ledit complexe organométallique répond à la formule [(C]3H8)2SiMe2]NdCl, pour la synthèse d'un copolymère d'éthylène et de butadiène dont les unités issues du butadiène comprennent des enchaînements trans-1,2 cyclohexane selon une fraction molaire égale ou supérieure à 10 %. 21) Système catalytique selon une des revendications 11 à 20, caractérisé en ce que ledit co- catalyseur appartient au groupe constitué par le butyloctyl magnésium et le chlorure de butyl magnésium.
22) Procédé de synthèse d'un copolymère d'éthylène et de butadiène selon une des revendications 1 à 10, comprenant la réaction en suspension ou en solution, dans un solvant hydrocarboné, tel que le toluène, et à une température comprise entre -20° C et 120° C, d'un système catalytique en présence de l'éthylène et du butadiène, caractérisé en ce que ledit système catalytique est tel que défini à l'une des revendications 12 à 22.
23) Procédé de synthèse d'un copolymère d'éthylène et de butadiène selon la revendication 22, caractérisé en ce que ladite réaction est réalisée sous une pression appartenant à un domaine allant de 3 à 50 bars.
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