ITMI962203A1 - Procedimento per la produzione di polimeri vinilaromatici ad elevato grado di sindiotassia - Google Patents
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Description
La presente invenzione riguarda un procedimento per la preparazione di polimeri vinilaromatici ad elevato grado di sindiotassia.
Più in particolare la presente invenzione riguarda un procedimento per la preparazione di polìstirene cristallino in cui le catene polimeriche hanno una configurazione essenzialmente sindiotattica ed il catalizzatore adatto allo scopo.
Il polìstirene é un polimero termoplastico ottenuto per polimerizzazione radicalica dello stirene ed è impiegato nella produzione di articoli stampati, films, materiali elettrici, materiali per imballaggio, ecc. E' un polimero atattìco, amorfo, dotato di ottime proprietà isolanti e discreta resistenza termica. Per numerose applicazioni è tuttavia preferito disporre dì materiali cristallini, con elevata resistenza termica ed ai solventi, caratteristiche queste che il polìstirene atattico non possiede.
Il brevetto europeo E10.615 descrive un polìstirene avente una struttura caratterizzata da un alto grado dì stereoregolarità, in cui i sostituenti fenilici sono disposti, nella catena polimerica, in modo da fornire un polimero sindiotattico. Questo materiale non presenta gli inconvenienti anzidetto del polistirene atattico in quanto è cristallino e perciò, una volta trasformato, può essere sottoposto a processi di orientazione, risulta essere insolubile nella quasi totalità dei solventi organici e possiede una temperatura di fusione nell’intervallo 260-280°C, cosicché è datato dì elevata resistenza termica, paragonabile o superiore a quella dei polimeri termoplastici di condensazione (poliesteri, poliammìdi, poliìmmidi, ecc).
Il polistirene sindiotattico può essere preparato secando quanto descritto in letteratura, ad esempio secondo quanto descritto nel brevetto europeo EP 272.584 o nel brevetto USA 4.978.730, per polimerizzazione catalizzata da composti di Ti, Zr, in presenza di un cocatalizzatore rappresentato da metilailuminossano (una miscela di oligomeri ciclici e lineari contenenti l'unità ripetitiva —A1CH30-) o, come descritto nella domanda di brevetto europeo pubblicata 421.659, da derivati del boro contenenti gruppi fluorurati.
Esempi di catalizzatori per la sintesi di polistirene sindiotattico riportati in letteratura sona gli alogenuri di titanio (cloruro, bromuro, ecc), gli alcolati di titanio (metossido, etossido, propossido, ìsopropossido, butossido ecc), i carbassilati di titanio, i metalloceni (eielopentadienil titanio tricloruro, ciclopentadienil titanio dicloruro, pentametileiclopentadieni1 titanio tricloruro, ciclopentadienil titanio alcossidi, ciclopentadienil titanio alchili, pentametilciclopentadienil titanio alchili, diciclopentadienil titanio dicloruro, diciclopentadienil titanio alcossidi, ecc), i titanio alchili (tetrabenzil titanio, tetrametri titanio, tetraetil titanio ecc) e i corrispondenti composti dello zirconio.
La Richiedente ha ora trovato che è possibile sintetizzare polimeri vinilaromatici cristallini, ed in particolare polistirene cristallino, aventi configurazione ad elevato grado di sindiotassia utilizzando un nuovo sistema catalitico ad altissima attività che non è mai stato descritto in letteratura.
Costituisce, pertanto, oggetto della presente invenzione un procedimento per la preparazione di polimeri vinilaromatici cristallini ad elevato grado di sindiotassia che comprende poiimerìzzare i monomeri vinilaromatici, da soli o in miscela con almeno un altro monomero etilenicamente insaturo copolimerizzabile, in presenza di un sistema catalitico costituito essenzialmente da:
a) un complesso di titanio scelto fra quelli di formula generale:
(I)
dove i gruppi R1, R2, R3, R4 e R5 , uguali o diversi tra loro, rappresentano un atomo di idrogeno o gruppi alchilici C1-C1 ;
Cp è un gruppo ciclopentadieni1ico;
X rappresenta un atomo di idrogeno, un alogeno come cloro, un radicale alchilico ovvero ossialchi1ico C1-C10 o un radicale ossiarilico C6-C1
b) alchilailuminossano; e
c) un derivato organico dello stagno;
caratterizzato dal fatto che l'alchilailuminossano è metilailuminossano (MAO) trattato a 20—80°C sotto vuoto per 1—100 ore ed il derivato organica dello stagno é stagno tetrafenile.
Rispetto ai sistemi catalitici tradizionali, essenzialmente basati sui composti (a) e (b) il sistema catalitico oggetto della presente invenzione si rivela molto attivo. Attività superiori a 1.000 Kg di polimero per grammo atomo di titanio, ad esempio fino a 4.000 Kg, oltre ad un elevato grado di sindiotassia, sono facilmente riscontrabili.
1 composti di formula generale (1) sono prodotti noti in letterature e descritti in “Progress in Polymer Science" vol.81, pagina 47, 1996.
Esempi tipici di complessi del titanio di formula (I), particolarmente adatti nella presente invenzione
preferiti sono i complessi in cui il gruppo ciclopentadienilico è pentametri sostituito.
I composti del titanio di formula generale (I) sono aggiunti alla miscela di polimerizzazione in quantità tale che il rapporto molare monomera vinilaromatico/Ti sia compreso tra 10.000 e 1.000.000, preferibilmente tra 100.000 e 500.000.
L'alchi allumimossano (cocatalizzatore)
costituito essenzialmente da miscele di prodotti aventi struttura lineare, ciclica o a gabbia. Nel primo caso la struttura è rappresentata dalla formula generale (II):
<(>II<)>
mentre nel seconda caso dalla formula generale <(>III):
(III)
in cui m rappresenta un numero intero compresa fra 1 e 40 e R* un metile. La struttura a gabbia è descritta in Molecular Symposium, Voi 97, 1995.
Gli alchilallumìnos5ani sono noti in letteratura e descritti, ad esempio, nelle domande di brevetto europea pubblicate 272.584 e 421.659 o nel brevetto USA 4.978.730.
Il cocatalizzatore è trattato a temperatura compresa tra 20 e 80°C sotto vuoto per almeno un ora e, quindi, può essere aggiunto alla miscela di polimerizzazione come tale oppure sotto forma di soluzione in adatta solvente, ad esempio toluene.
Generalmente il cocatalìzzatore è impiegato in quantità tali che il rapporto molare allumino/Ti sia compresa tra SO e S.OOO.
Lo stagno tetrafenile è un prodotta commerciale e viene impiegato in quantità tale che il rapporto molare Sn/Ti sia compreso tra 0,1 e 100, preferibilmente inferiore a 20.
Secondo il procedimento oggetto della presente invenzione, il sistema catalitico precedentemente descritta può comprendere, opzionalmente, anche un alluminio alchile in cui il gruppo alchilico contiene da 1 a 6 atoml di carbonio, ad esempio alluminio trimetile, alluminio trietile, alluminio triisobutile, ecc, in modo tale che si possa sostituire una parte di MAO corrispondente ad una percentuale variabile tra lo 0 ed il 75% in moli.
Con il termine "polimeri vinilaromatici“ come usato nella presente descrizione e nelle rivendicazioni si intendono essenzialmente i polimeri dello stirene e dei derivati dello stirene ed i relativi copolimeri contenenti fino al 20% in moli di un altro monamero capolimerizzabile scelto fra quelli di formula generale (IV):
(IV)
in cui R" rappresenta un atomo di idrogeno od un radicale alchilico C1-C6 o un radicale cìcloalchi1ico
I derivati dello stirene comprendano gli alchil stireni, in cui il gruppo alchilico contiene da 1 a 4 atoml di carbonio, gli stireni alogenati, i C1-C4-alcossi stireni, i carbossi stireni i viniinaftaleni, come alfa- o beta-vini1 naftalene, il vinil tetraidro naftalene come 1,2,3,4-tetraidro-6—vinil naftalene, ecc. Esempi tipici di stireni sostituiti sono p— metilstirene, m-metiIstirene, da soli o in miscela tra loro, etilstirene, butilstirene, p—ter— butilstirene, dimetilstirene, clorostirene, bromostirene, fluorostirene, clorometilstirene, metossistirene, acetossi metilstirene, ecc.
La reazione di polimerizzazione può essere condotta in massa o in solvente. In questo secondo caso, il solvente può essere costituito da idrocarburi alifatici o aromatici o loro miscele ed è impiegato in quantità tali che il rapporto in volume so1vente/monomeri sia compreso tra O e 10. Solvente preferito è il toluene.
Più in particolare, secondo la procedura generale adattata per questo tipo di reazione, prima della polimerizzazione i monameri vinilaramatici sono sottoposti a trattamenti diretti alla eliminazione di veleni catalitici, quali stabilizzanti fenolici, acqua. feni1acetilene, consistenti nella distin azione, passaggio su colonne contenenti setacci molecolari attivati o allumina attivata, ecc. I monameri e, opzionalmente, il solvente vengono caricati nella apparecchiatura di reazione unitamente all'eventuale alluminia alchile e al cocatalizzatore. Quindi, dopo un tempo variabile tra i 5 secondi ed i 30 minuti, viene addizionato, preferibilmente sotto forma di soluzione, il sistema catalitica comprendente il complessa del titanio di formula generale (I) e lo stagno tetrafenile. La reazione procede per tempi variabili tra i 15 minuti e le 10 ore a temperature comprese tra 20 e 100°C. Al termine, il polimero ottenuto viene recuperato secondo metodi tradizionali.
Allo scopo di meglio comprendere la presente invenzione e per mettere in pratica la stessa, vengono di seguito riportati alcuni esempi illustrativi ma non limitativi.
Procedure di analisi:
— La percentuale di polimero sindiotattico viene determinata estraendo il polimero con acetone o metileti1chetane (MEK) all'ebollizione per 10-20 ore.
Il grado di stereoregolarità viene determinato mediante spettroscopia di risonanza magnetica nucleare del carbonio 13 come descritto nel brevetto USA 4.680.353.
ESEMPIO 1
In un reattore incamiciato posto in atmosfera inerte sono stati introdotti 500 ml di soluzione commerciale di metilailuminossano al 10% in toluene (Witco GmbH). Il solvente è stato allontanato mediante distillazione sotto vuoto a 5 torr e 55°C, dopodiché l'applicazione del vuoto alla temperatura di 55°C è stata mantenuta per altre 1,5 ore. Al termine, la polvere bianca ottenuta è stata trasferita in un recipiente in atmosfera inerte e utilizzata per le successive prove, previa dissoluzione in toluene.
ESEMPIO COMPARATIVO 1
Questo esempio descrive la polimerizzazione dello stirene in assenza di stagno tetrafenile.
In un provettone codato sono stati introdotti in atmosfera inerte EO ml di stirene <0,175 moli) purificati per passaggio su una colonna di allumina basica, 0,4E ml di una soluzione 1,66 M di MAO (trattato come descritto nell'esempio 1) in toluene (6,97 x 10<-4 >moli) e 0,30 ml diuna soluzione 0,00383 M di [Cp(CH3)5]Ti(0Ph)3 in toluene (1,15 x 10<-6 >moli).
La reazione è stata condotta per E ore a 90°C. Al termine, la miscela é stata sospesa in EOO ml di metanolo acidificati con 0,5 ml di HC1 concentrato.
Sono stati ottenuti 404 mg (2,2%) di prodotto polimerico non ulteriormente caratterizzata.
ESEMPIO COMPARATIVO 2
Questo esempio descrive la polimerizzazione dello stirene in assenza di stagno tetrafenile.
In un provettone codato sono stati introdotti in atmosfera inerte 20 ml di stirene (0,175 moli) purificati per passaggio su una colonna di allumina basica, 0,62 ml di una soluzione 1,66 M di MAO (trattato come descritto nell'esempio 1) in toluene (1,03 x 10<-3>*moli) e 0,30 ml diuna soluzione 0,00383 M di [Cp(CHa)=»]Ti<OPh)3 in toluene (1,15 x 10<-6 >moli).
La reazione è stata condotta per 2 ore a 90°C. Al termine, la miscela è stata sospesa in 200 ml di metanolo acidificati con 0,5 ml diHC1 concentrato.
Sono stati ottenuti 447 mg (2,6%) di prodotto polimerico non ulteriormente caratterizzato.
ESEMPIO COMPARATIVO 3
Questo esempio descrive la polimerizzazione dello stirene con metilailuminossano non trattato.
In un provettone codato sono stati introdotti in atmosfera inerte 20 ml di stirene (0,175 moli) purificati per passaggio su una colonna di allumina basica, 0,33 ml diuna soluzione commerciale 1,57 M di MAO in toluene (5,18 x 10<-4 >moli) e 0,54 ml di una soluzione 0,00326 M di [Cp(CH3)5]Tì(QPh)3 in toluene (1,75 x 10<-6 >moli).
La reazione è stata condotta per 2 ore a 90°C. Al termine, la miscela è stata sospesa in 200 ml di metanolo acidificati con 0,5 ml diHC1 concentrato.
Sono stati ottenuti 935 mg di prodotto polimerico.
876 mg di polimero sono stati estratti con metiletilchetone all'ebollizione per 8 ore, dando luogo a 133 mg di polistirene sindiotattìco (frazione insolubile del 15,2%, resa di polistirene sindiotattìco: 0,8%).
ESEMPIO COMPARATIVO 4
Questo esempio descrive la polimerizzazione dello stirene in presenza di stagna tetrametile.
In un provettone codato sono stati introdotti in atmosfera inerte 15 ml di stirene (0,131 moli) purificati per passaggio su una colonna di allumina basica, 0,49 ml di una soluzione 1,6E M di MAO (trattato come descritto nell'esempio 1) in toluene (7,86 x 10<-4 >moli), 0,53 ml disoluzione 0.00998 M di stagno tetrametile in toluene (5,84 x 10-*<6 >moli) e 0,47 ml di una soluzione 0,00881 M di Ε0ρ(ΟH )5]Τί(OPh)3 in toluene (1,31 x 10<-6 >moli).
La reazione è stata condotta per 8 ore a 90°C. Al termine, la miscela è stata sospesa in 800 ml di metanolo acidificati con 0,5 ml diHC1 concentrato.
Sono stati ottenuti 466 mg (3,4%) di prodotta polimerico non ulteriormente caratterizzato.
ESEMPIO 8
In un provettone codato sono stati introdotti in atmosfera inerte 20 ml di stirene (0,175 moli) purificati per passaggio su una colonna di allumina basica, 0,65 ml di una soluzione 1,62 M di MAO (trattata come descritta nell'esempio 1) in toluene (6,97 x 10<-4 >moli), 4 mg di stagno tetrafenile (9,3 x 10<-6 >moli) e 0,62 ml diuna soluzione 0,00281 ti di CCp(CH3)s1Ti(OPh)a in toluene (1,75 x 10<-6 >moli).
La reazione è stata condotta per 2 ore a 90°C. Al termine, la miscela è stata sospesa in 200 ml di metanolo acidificati con 0,5 ml diHC1 concentrato.
Sono stati ottenuti 9,853 g di prodotto polimerico. 2,675 g di polimero sono stati estratti con metiletilchetone all'ebollizione per 8 ore, dando luogo a 2,359 g di polistirene sindiotattico (frazione insolubile del 8B,2%, resa di polistirene sindiotattico: 47,8%).
ESEMPIO 3
In un provettone codato sono stati introdotti in atmosfera inerte 20 ml di stirene (0,175 moli) purificati per passaggio su una colonna di allumina basica, 0,43 ml di una soluzione 1,62 M di MAO (trattato come descritto nell'esempio 1) in toluene (6,97 x 10<-4 >moli), 0,58 ml di soluzione 0,01 M di stagno tetrafenile in toluene (5,83 x10<-6 >moli) e 0,42 mi dì una soluzione 0,00881 M di [Cp(Crts)s]Ti(OPh)a in toluene (1,75 x 10<-6 >moli).
La reazione è stata condotta per 2 ore a 90°C. Al termine, la miscela è stata sospesa in 800 ml di metanolo acidificati con 0,5 ml diHC1 concentrato.
Sono stati ottenuti 7,803 g di prodotto polimerico. 8,459 g di polimero sono stati estratti con metiletilchetone all'ebollizione per β ore, dando luogo a 2,861 g dì polistirene sindiotattìco (frazione insolubile del 91,9%, resa di polistirene sindiotattìco: 36,4%).
ESEMPIO 4
In un provettone codato sono stati introdotti in atmosfera inerte 80 ml di stirene (0,175 moli) purificati per passaggio su una colonna di allumina basica, 0,65 ml di una soluzione 1,62 M di MAO (trattato come descritto nell'esempio 1) in toluene (1,05 x 10<-3 >moli), 0,44 ml di soluzione 0,01 M di stagno tetrafenile in toluene (4,4 x 10<-6 >moli) e 0,31 ml di una soluzione 0,00281 M di [Cp(CH3)5]Ti(OPh)s in toluene (8,75 x 10<-7 >moli).
La reazione è stata condotta per 2 ore a 90°C. Al termine, la miscela è stata sospesa in 200 ml di metanolo acidificati con 0,5 ml diHC1 concentrato.
Sono stati ottenuti 7,064 g di prodotto polimerico. 4,127 g di polimero sono stati estratti con metiletilchetone all'ebollizione per 8 ore, dando luogo a 3,823 g di polistirene sindiotattico (Trazione insolubile del 92,6%, resa di polistirene sindiotattico: 36%).
In tabella 1 si riportano le attività dei catalizzatori usati negli esempi precedenti.
TABELLA 1
Claims (11)
- RIS/ENDICAZIONI 1) Procedimento per la preparazione di polimeri vinilaromatici cristallini ad elevato grado di sindiotassia che comprende polimerizzare i monomeri vinilaromatici, da soli o in miscela con almeno un altro monomero etilenicamente insaturo copolimerizzabile, in presenza di un sistema catalitico costituito essenzialmente da: a) un complesso di titanio scelto fra quelli di formula generale: (I) dove i gruppi R1, R2, R3, R4 e R5, uguali o diversi tra loro, rappresentano un atomo di idrogeno o gruppi alchilici C1-C1 ; Cp è un gruppo ciclopentadienilico; X rappresenta un atomo di idrogeno, un alogeno come cloro, un radicale alchilico ovvero ossialchilico C1-C1 o un radicale ossiarilico C6-C1 · b) un alchilailuminossano; e c) un derivato organico dello stagno; caratterizzato dal fatto che l'alchilailuminossano è metilailuminossano (MAO) trattato a 20-80°C sotto vuoto per 1-100 ore ed il derivato organico dello stagno è stagno tetrafenile.
- 2) Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui il rapporto molare (nonomero vinilaromatico/Ti è compreso tra 10.000 e 1.000.000.
- 3) Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il cocatalizzatore è impiegato in quantità tali che il rapporto molare allumino/Τί sia compreso tra SO e 5.000.
- 4) Procedimento seconda una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il derivato dello stagna è aggiunto alla miscela di polimerizzazione in quantità tale che il rapporto molare Sn/Ti sia compreso tra 0,01 e 100.
- 5) Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il sistema catalitico comprende un alluminio alchile in cui il gruppo alchilico contiene da l a 6 atoml di carbonio.
- 6) Procedimento secondo la rivendicazione 5, in cui 1‘alluminio alchile sostituisce una parte di MAO corrispondente ad una percentuale variabile tra lo O ed il 75% in moli.
- 7) Procedimento seconda una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la reazione di polimerizzazione è condotta in massa o in solvente.
- 8) Procedimento secondo la rivendicazione 7, in cui il solvente è impiegato in quantità tali che il rapporto in volume solvente/monomeri è compreso tra 0 e 10.
- 9) Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la polimerizzazione é condotta a temperature comprese tra 20 e 100°C.
- 10) Composizione catalitica comprendente: a) un complesso di titanio scelto fra quelli di formula generale: (I) dove i gruppi R1, R2, R3, R4 e R5, uguali o diversi tra loro, rappresentano un atomo di idrogeno o gruppi alchilici C1-C1 ; Cp è un gruppo ciclopentadieni1ico; X rappresenta un atomo di idrogeno, un alogeno come cloro, un radicale alchilico ovvero ossialchilico C1-C1 o un radicale ossiarilico C6-C1 .; b) un alchilailuminossano; e c) un derivato organico dello stagno; caratterizzata dal fatto che l'alchilailuminossano è metilailuminossano (MAO) trattato a 20-80°C sotto vuoto per 1-100 ore ed il derivato organico dello stagno è stagno tetrafenile.
- 11) Uso di una composizione catalitica comprendente: a) un complesso di titanio scelto fra quelli di formula generale: (I) dove i gruppi Ri, Re, Ra», R« e R=, uguali o diversi tra loro, rappresentano un atomo di idrogeno o gruppi alchilici C1-C1 ; Cp è un gruppo ciclopentadienilico; X rappresenta un atomo di idrogeno, un alogena come cloro, un radicale alchilico ovvero ossialchilico C1-C1 o un radicale ossiarilìco C6-C1 ; b) un alchìlailuminossano; e c) un derivato organico dello stagno; caratterizzata dal fatto che l'alchilailuminossano è metilailuminossano (MAO) trattato a 20—80°C sotto vuoto per 1-100 ore ed il derivato organico dello stagno è stagna tetrafenile, nella preparazione di polimeri vinilarooiatici cristallini ad elevato grado di sindiotassia.
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