научная статья по теме ПОЛИМЕРИЗАЦИЯ ОЛЕФИНОВ НА ИММОБИЛИЗОВАННЫХ ЦИРКОНОЦЕНОВЫХ КАТАЛИЗАТОРАХ, ВКЛЮЧАЮЩИХ АЛКИЛАЛЮМОКСАНЫ, СИНТЕЗИРОВАННЫЕ НА ПОВЕРХНОСТИ НОСИТЕЛЯ Химия

Текст научной статьи на тему «ПОЛИМЕРИЗАЦИЯ ОЛЕФИНОВ НА ИММОБИЛИЗОВАННЫХ ЦИРКОНОЦЕНОВЫХ КАТАЛИЗАТОРАХ, ВКЛЮЧАЮЩИХ АЛКИЛАЛЮМОКСАНЫ, СИНТЕЗИРОВАННЫЕ НА ПОВЕРХНОСТИ НОСИТЕЛЯ»

КИНЕТИКА И КАТАЛИЗ, 2007, том 48, № 5, с. 715-721

УДК 542.974:547.113:543.51

ПОЛИМЕРИЗАЦИЯ ОЛЕФИИОВ НА ИММОБИЛИЗОВАННЫХ

ЦИРКОНОЦЕНОВЫХ КАТАЛИЗАТОРАХ, ВКЛЮЧАЮЩИХ АЛКИЛАЛЮМОКСАНЫ, СИНТЕЗИРОВАННЫЕ

НА ПОВЕРХНОСТИ НОСИТЕЛЯ

© 2007 г. Т. М. Ушакова, М. В. Лысова, О. И. Кудинова, Т. Ä. Ладыгина, Е. В. Киселева, Л. Ä. Новокшонова, Ä. Л. Любимцев*, Ä. В. Дыбов*

Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН, Москва *Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, химический факультет

E-mail: lnov@chph.ras.ru Поступила в редакцию 11.07.2006 г.

Исследована полимеризация этилена и пропилена на иммобилизованных катализаторах ММТ-Н20/АШ.3/&-цен (ММТ - монтмориллонит) и соответствующих им гомогенных системах Zr-цен-МАО

(Zr-цен = рац-EtandbZra^ рац-Ме^(Ш)^С12, рац-Ме^(2-Ме-4-Р^Ш)^гС12, рац-[1-(9-П5-Ни)2-(5,6-Cp2-Me-1-n5-Ind)Et]ZrCl2). В качестве носителя-активатора цирконоценов использован монтмориллонит, содержащий метил- или изобутилалюмоксаны, синтезированные непосредственно на его поверхности по реакции частичного гидролиза алюминийалкилов (AlMe3, Al(/-Bu)3, Al(/-Bu)2H) подвижной водой носителя (ММТ-Н20/АЖ3). Показано, что ММТ-Н20/АЖ3 являются высокоэффективными активаторами анса-цирконоценов. Установлено влияние природы носителя-активатора и цирконоценово-го прекатализатора на каталитические свойства (кинетику и эффективность процесса, молекулярную массу полимера и структуру образующихся макромолекул) иммобилизованных систем. Носитель - ММТ-Н20/А1(/-Ви)3 - образует со всеми изученными цирконоценовыми прекатализаторами более активные в полимеризации пропилена металлалкильные комплексы, чем ММТ-Н20/А1Ме3. Иммобилизация цирконоценов на ММТ-Н20/АШ.3 приводит к увеличению молекулярной массы ПЭ и ПП относительно полимеров, синтезированных на соответствующих гомогенных системах, и к появлению неоднородности активных центров. Наблюдается повышение стереоспецифичности катализаторов ММТ-Н20/АШ^/&-цен на основе рац-Ме^0М)^гС12 с С2-симметрией и понижение стереоспецифичности иммобилизованных систем, включающих рaц-[1-(9-n5-Flu)2-(5,6-Cp-2-Me-1-n5-Ind)Et]ZrQ2 с Q-симметрией, по сравнению с соответствующими одноцентровыми гомогенными катализаторами Zr-цен-МА0.

К настоящему времени разработаны различные методы получения иммобилизованных метал-лоценовых катализаторов полимеризации олефи-нов [1-3]. Это необходимо для решения проблемы адаптации высокоэффективных гомогенных ме-таллоценовых катализаторов нового поколения к существующим промышленным схемам газофазных и суспензионных полимеризационных процессов и использования преимуществ этих каталитических систем, связанных с их высокой активностью и возможностью стерео- и региоре-гулирования структуры макромолекул в реакциях гомо- и сополимеризации а-олефинов. Важной задачей является также поиск новых активаторов металлоценовых прекатализаторов, позволяющих исключить применение дорогостоящего коммерческого метилалюмоксана (МАО).

Каждый из описанных в литературе методов иммобилизации металлоценов на поверхности носителя имеет свои преимущества и недостатки,

относящиеся к свойствам полученных катализаторов, проявляемым ими в полимеризации оле-финов [1-3]. Наиболее часто используемый способ заключается в адсорбции цирконоценового соединения на поверхности носителя (обычно дегидратированного SiO2), предварительно обработанного метилалюмоксаном [1, 3-9]. Однако эти катализаторы ^Ю2/МАО/металлоцен) требуют большого расхода дорогостоящего коммерческого МАО, во-первых, для модификации поверхности носителя и, во-вторых, для повышения их эффективности в полимеризации ^Ю2/МАО/метал-лоцен-МАО).

Нами разработан метод иммобилизации, заключающийся в том, что в качестве активаторов цирконоценовых соединений используются алкил-алюмоксаны, синтезированные непосредственно на поверхности высокогидратированных алюмосиликатов - монтмориллонита (ММТ-Н2О) и цеолитов - по реакции частичного гидролиза алюми-

715

5*

нийалкилов подвижной водой носителя (носитель-H20/AlR3) [9-13]. Установлено, что в отличие от коммерческого МАО, жестко закрепленного на дегидратированном SiO2, фиксация полученных таким способом алкилалюмоксанов осуществляется в основном посредством донорно-акцепторного взаимодействия с поверхностными -0-А^)2-группами, образующимися при реакции AlR3 с ОН-группами носителя, которая протекает наряду с реакцией частичного гидролиза алюминийалкилов в системе "носитель-Н20 + AlR3" [9]. В результате синтезированные на поверхности алкилалюмоксаны сохраняют наиболее реакционноспособные алкиль-ные группы и их структура идентична структуре молекул коммерческого МАО [9, 14]. Система но-ситель-Н20/АЖз выполняет как функцию носителя для иммобилизации соединения циркония, так и эффективного активатора каталитической системы. Катализаторы носитель-Н20/АЖз^г-цен (Zr-цен = = Cp2ZrCl2, pa^Et(Ind)2ZrCl2, jpfl4-Me2Si(Ind)2ZrCl2) проявляют высокую на уровне их гомогенных аналогов активность в полимеризации олефинов без использования внешнего МАО или другого алюминийорганического сокатализатора [9-14].

В настоящей работе исследована полимеризация этилена и пропилена на различных иммобилизованных катализаторах MMT-H20/AlR3/Zr-цен и соответствующих им гомогенных системах Zr-цен-MА0 с целью изучения влияния природы носителя-активатора и цирконоценового преката-лизатора на каталитические свойства иммобилизованных систем. Использовали анса-замещенные цирконоцены, различающиеся природой мостиков, природой гаито-связанных лигандов, а также заместителями в лигандах (pa^Et(Ind)2ZrCl2, рац-Me2Si(Ind)2ZrCl2, pa^Me2Si(2-Me-4-Ph-Ind)2ZrCl2,

pa^[1-(9-n5-Flu)-2-(5,6-Cp-2-Me-1-n5-Ind)Et|Zr Cl2).

В качестве носителей-активаторов цирконоценов использовали монтмориллонит, содержащий метил- или изобутилалюмоксаны, синтезированные непосредственно на его поверхности по реакции частичного гидролиза алюминийалкилов (AlMe3, Al(/-Bu)3, Al(/-Bu)2H) подвижной водой носителя (MMT-H2O/AlMe3, MMT-H2O/Al(/-Bu)3 и MMT-H2O/Al(/-Bu)2H).

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Соединения циркония: Et(Ind)2ZrCl2 (1) и Me2Si(Ind)2ZrCl2 (2) ("Aldrich Со") использованы без предварительной очистки; Me2Si(2-Me-4-Ph-Ind)2ZrCl2 (3) и pa^[1-(9-n5-Flu)-2-(5,6-Cp-2-Me-1-n5-Ind)Et]ZrCl2 (4) синтезированы по методикам, описанным в [15] и [16] соответственно. В работе использовали полиметилалюмоксан в виде 10%-ного раствора в толуоле, AlMe3 в виде 2 M раствора в толуоле, Al(/-Bu)3 и Al(/-Bu)2H в виде 1 M растворов в толуоле (все производства "Aldrich Со"). В качестве растворителя применяли спектрально

чистый толуол, выдержанный над молекулярными ситами 5 Ä и перегнанный над LiAlH4 в атмосфере аргона. Этилен и пропилен имели полимери-зационную степень чистоты. Все операции по приготовлению катализаторов проводили в вакууме или в аргоне, пропущенном через колонки с Ni-Cr-катализатором и молекулярными ситами 5 Ä. Носителем служил монтмориллонит (CloisiteRNa+) со следующими характеристиками: содержание внутренней воды 9.6 мас. %, средний размер частиц 8 мкм, катионообменная емкость 92.6 мг-экв на 100 г ММТ. Синтез алкилалюмоксанов на поверхности ММТ осуществляли по методике, описанной в [9, 14].

Полимеризацию этилена и пропилена в среде толуола при давлении ниже атмосферного и полимеризацию пропилена в среде жидкого мономера проводили, соответственно, в стеклянном и стальном реакторах емкостью 0.4 л, снабженных устройствами для интенсивного перемешивания и термостатирования. Давление мономера и температуру полимеризации в ходе опыта поддерживали на постоянном уровне. Подробнее методика опытов описана в работе [10]. Чтобы остановить полимеризацию, в реактор добавляли 5%-ный раствор HCl в этаноле. Полученные полимерные продукты отфильтровывали, промывали этанолом и сушили в вакууме при 60°С. Для удаления носителя полимерные продукты обрабатывали HF, отфильтровывали, промывали водой, этанолом и сушили в вакууме при 60°С.

Молекулярно-массовые характеристики полимеров (Mw, Mn и Mw/Mn) определяли методом гель-проникающей хроматографии (ГПХ) на приборе GPC "Waters 150С" в орто-дихлорбензоле при 140°С. Для определения Mn также применяли метод озонирования концевых двойных связей [17]. Средневязкостную молекулярную массу (Mn) полимеров измеряли вискозиметрически в декалине при 135°С. Содержание изотактических пентад в образцах ПП определяли методом спектроскопии ЯМР 13С. В растворы ПП в C2H2Cl4 прибавляли C2D2Cl4 для стабилизации магнитного поля. Спектры 13С ЯМР регистрировали на спектрометре Bruker AC 200 при температуре 87°С.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

На рис. 1 для сравнения представлены кинетические кривые полимеризации этилена в присутствии катализаторов на основе ^ü^-Et(Ind)2ZrC12 (1) и синтезированных на поверхности ММТ метил-алюмоксана ММТ-Н20/А1Ме3 и изобутилалюмок-сана ММТ-Н20/А1(/-Ви)2Н (рис. 1, кривые 1 и 2 соответственно), а также гомогенной каталитической системы 1/МАО (рис. 1, кривая 3). Видно, что иммобилизация 1 приводит к некоторому снижению активности системы, причем катализатор, иммобилизованный на ММТ-Н20/А1Ме3, более

Таблица 1. Полимеризация этилена иа нанесенных катализаторах ММТ-Н20/ЛШ.3/Б^1пё)27гС12

< п/п Активатор йъг х 106, моль/(г ММТ) [ А1] моль [ Ъх] моль Т °С ± пол' ^ W АПЭ Ы^, х 10-3, г/моль Мп

1 МА0 4.0 х 10-5 моль/л 1100 40 45000 26000 180 3.0

2 ММТ-Н20/Л1Ме3 2.4 2000 40 21230 14700 220 3.3

3 ММТ-Н20/Л1Ме3 2.4 2270 55 37890 21450 85 4.2

4 ММТ-Н20/Л1Ме3 2.4 2000 65 90120 54850 - -

5 ММТ-Н20/Л1(/-Ви)2Н 2.3 1700 40 17500 10050 260* -

6 ММТ-Н20/Л1(/-Ви)2Н 3.4 1500 65 31000 17760 102* -

Примечание. [С2] = 3.4 х 10-2 моль/л.

QZr - содержание в гетерогенном катализаторе; W - начальная (время полимеризации 2 мин) скорость полимеризации, кг ПЭ л (моль 2г)-1 (моль С2)-1 ч-1; - выход ПЭ за 1 ч полимеризации, кг ПЭ л (моль 2г)-1 (моль С2)-1. * Средневязкостная ММ.

активным по сравнению с катализатором, содержащим ММТ-Н20/Л1(/-Ви)2Н. В то же время стабильность активных металлалкильных комплексов в ММТ-Н20/Л1Я3/1 во времени выше, чем стабильность аналогичной гомогенной системы 1/МАО.

Полимеризация этилена в интервале температур 40

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком