Brevet FR2529207A1 — publié le 19831230

La présenite izven:ioa concer:e u procédé de prépara- tion de supports -utilisables pour l'obtention de catalyseurs utiles pour les polymérisations et copolymérisations d' alpha-oléfines. On sait que les catalyseurs de polymérisation des alpha- oléfines, dits Ziegler-Natta, sont obtenus par la combinaison de composés de métaux de transition appartenntl aux groupes i V, V ou V'I de la classification périodique des éléments avec des composés orga- nométalliques des groupes I à III de cette classification. On sait que les propriétés de ces catalyseurs peuvent être améliorées si ledit composé métallique de transition est uti- lisé avec un composé minéral solide Ce composé minéral solide peut être coprécipité avec ledit composé métallique de transition ou peut 9 tre employé comme support dudit composé métallique de transition. Comme composé minéral solide utilisable comme support on peut mentionner les oxydes de magnésium et de titane, le silicate d'aluminium, le carbonate de magnésium, le chlorure de magnésium, etc Dans cette technique, o le composé minéral solide est utilisé comme support, il est essentiel que ce support présente un ensemble de propriétés spécifiques de façon que le catalyseur lui- mime soit à la fois reproductible, aisément manipulable, à haut ren- dement, éventuellement stéréospécifique C'est pourquoi de nombreux travaux ont porté sur des procédés de préparation de ces supports. Dans le cas plus particulier o le support est du chlo- rure de magnésium on a proposé divers procédés de préparation On a par exemple décrit depuis longtemps la préparation de chlorure de magnésium (anhydre) en utilisant comme produit de départ un organo- magnésien; il est en effet très connu en chimie organique que la réaction d'un organomagnésien avec un composé halogéné (minéral ou organique ou organoaluminique) donne naissance à de petites parti- cules de Mg C 12 On a également décrit la pulvérisation déshydra- tation d'un chlorure de magnésium hydraté On a enfin décrit la réalisation de broyage de particules de chlorure de magnésium, é- ventuellement en présence soit de réactif, soit d'un composé du mé- tal de transition. 2 2529207 La présente invention concerne un procédé pour la pré- paration de g'anulés à base de chlonrre de magnésium (,,s C 12, de forme sensiblement sphérique et de granulométrie contrôlée, ces gra- nulés étant avantageusement utilisables cornmme supports pour la fa- brication de catalyseurs de polymérisation des alpha-oléfines. Le procédé selon l'invention consiste à réaliser la réaction, connue en elle-même, d'un dérivé d'un organomae ésien avec un composé organique chloré, cette réaction étant effectuée entre: un dérivé d'un organomagnésien de formule R:Mt 2,x Al(R 3)3 dans laquelle R 1, R 2 et R 3 sont des radicaux alcoyle ayant 2 à 12 ato- mes de carbone, et x est compris entre 0,C O 01 et 10; et un chlorure d'alcoyle de formule R 4 Cl dans laquelle R 4 est un radical alcoyle secondaire ou de préférence tertiaire ayant de 3 à 12 atomes de carbone, le rapport molaire entre le chlorure d'alcoyle et le dérivé orga- nomagnésien étant compris entre 1,5 ( 1 + 3 x) et 2,5 ( 1 + 3 x) en présence d'un éther-oxyde de formule R 5-0-R 6 dans 2 laquelle R et R 6 sont des radicaux alcoyle ayant de 1 à 12 atomes de carbone, le rapport molaire entre cet éther-oxyde et le dérivé organo- ma&pésien étant compris entre 0,03 et 2, la réaction étant effectuée en milieu agité, au sein d'un hydro- carbure liquide, et à une température comprise entre 35 et 80 C. L'organoma;nésien utilisé doit comporter un composé de formule R Mg R 2, R et R étant définis ci-dessus, et une quan- tité suffisante d'aleoylaluminium Al(R)3 On sait en effet qu'en- tre le dérivé R l N Re 2 et lalcoylaluminium il se forme une "asso- ciation"; il conviendra donc d'adapter les quantités relatives de RI.R 2 et de Al(R) pour d'une part atteindre une solubilité suf- fisante de l'association dans les conditions réactionnelles utili- sées et d'autre part diminuer la viscosité du milieu de réaction. Le chlorure d'alcoyle R Cl est de préférence un pro- duit dans lequel R 4 est un radical tertiaire; les radicaux R, primaires ne permettent pas l'obtention d'un résultat convenable. L'utilisation d'une quantité insuffisante de R 4 C 1 par rapport au dérivé organomasnésien Rlt R 2, x Al(R 3) ne permet pas d'atteindre un rendement de réaction suffisant par rapport au dérivé organo- 3 2529207 magnésien engagé et donne naissance à un dérivé du M'g C 12 qui contient g C 2 des quantités trop importantes de produits organiques Si l 'on vise la préparation de supports pour catalyseurs utilisables en polyméri- sation et copolymérisation de l'éthylène on emploiera de préférence un rapport molaire entre le chlorure d'alcoyle et le dérivé organo- magnésien compris entre 1,25 ( 1 + 3 x) et 1,95 ( 1 +_ 3 x) Si on vise la préparation de supports pour caal yseurs de polymérisation du propy- lène on emploiera un rapport molaire légèrement supérieur à 2 ( 1 + 3 x). Si l'on a déjà préconisé dans l'art antérieur la prepa- ration de supports de catalyseurs par réaction de dérivés magnésiens tels que définis ci-dessus avec un chlorure d'alcoyle tel que ci- dessus, on n'a jamais indiqué qu'il était souhaitable de réaliser cette réaction en présence d'un éther-oxyde Or, cette présence joue un r 8 le essentiel pour l'obtention d'un support présentant une forme et des propriétés intéressantes Si la quantité d'éther- oxyde utilisé est inférieure à environ 0,03 mole par mole de magné- sium,alors les particules obtenues ne présentent plus ni la forme sphérique, ni la surface lisse recherchée; il convient donc que, dans le milieu de réaction, la proportion d'éther-oxyde atteigne toujours au moins cette valeur Il est clair cependant qu'une par- tie de l'éther-oxyde pourra tre ajoutée avec le réactif (chlorure d'alcoyle) Une quantité trop importante d'éther-oxyde, dans le mi- lieu réactionnel, avant l'adjonction de chlorure d'alcoyle pourrait avoir pour conséquence un retard dans le démarrage de la réaction. La réaction entre R 1 i Mg R 2,x Al(R 3)3 et R 4 C 1 donne nais- À sance à un produit solide; il s'agit donc d'une précipitation et le spécialiste sait que, dans ce cas, des facteurs physiques tels que la viscosité du milieu, l'agitation, la durée de la réaction peuvent, toutes choses égales par ailleurs, Jouer un r Sle important dans la forme, les dimensions et la structure des particules soli- des précipitées Il en est bien évidemment ainsi dans la présente invention et c'est pourquoi on indique qu'il est souhaitable: que l'on effectue la réaction en introduisant progressivement le R 4 C 1 dans le dérivé magnésien, que la réaction soit réalisée dans un hydrocarbure liquide qui doit être régulièrement agité pendant toute la réaction; 4 2 2529207 et que, toutes choses égales par ailleurs, la réaction soit re- lativement lente (de l'ordre d'au moins 1 heure) de façon à per- mettre une organisation convenable du produit formé. Lorsque l'on met en oeuvre le procédé tel que décrit ci-dessus, on réalise un support constitué essentiellement de g C 12 qui présente les propriétés essentielles suivantes: les particules ont très sensiblement la forme sphérique définie par le fait que si D et d sont les grand et petit axes des parti- cules D _l,3; 1 les pardticules ont une granulométrie moyerne règlable à volonté et comprise entre 10 et 100 microns environ; de plus si D est m le diamètre moyen d'un lot de particules, la répartition granulo- métrique est très étroite puisque plus de 90 ? des particules d'un même lot sont comprises dans la fourchette D + 10 %; c'est ce que l'on appellera une "distribution étroite" des particules; la surface des particules doit 'tre aussi lisse que possible; la surface spécifique du support est relativement faible de l'or- dre de 20 à 50 m 2/g (BET) environ; la densité des particules est soit relativement grande comprise entre 1,6 et 2,2 lorque le support est destiné à des catalyseurs pour polymères ou copoly- mères à base d'éthylène, soit de 1,1 à 1,6 pour les catalyseurs destinés à polymériser le propylène; l'analyse chimique montre que: pour les catalyseurs de polymères ou copolymères à base d'éthy- lène le support présente, en rapports atomiques un rapport Cl/Mg légèrement inférieur à 2 + 3 A 1/M 4 g; il contient alors une fai- ble proportion de composés à liaison Mg-C et de composés à liai- son A 1-C et une faible proportion d'éther-oxyde, pour les supports de catalyseurs de polypropylène le rapport Cl/Mg est sensiblement égal à 2 + 3 Al/Mg. Les supports de Mge C 12 ou à base de MC 12 préparés se- lon la présente invention sont utilisés pour la préparation de ca- talyseurs de polymérisation ou de copolymérisation d'alpha-oléfines. Cette préparation de catalyseurs peut s'effectuer par tous moyens connus, consistant à déposer, sur la surface du support, un produit actif qui est un composé métallique (chlorure par exem- ple) d'un métal de transition des groupes 17, V et VI de la Classi- fication Périodique des éléments, de préférence de titane Ce com- posé métallique pourra être adapté, de façon connue, à la polyméri- sation d'alpha-oléfines que l'on voudra réaliser. Les supports selon l'invention présentent un ensemble de propriétés physicochimiques et mécaniques qui sont spécialement adaptées en vue de la préparation de poudres de polymères et/ou co- polymères présentant une densité apparente élevée, ce qui se révèle intéressant sur le plan technique. Les exemples non limitatifs suivants illustrent l'in- vention. Exemple 1 Dans un réacteur en verre de 1 litre muni d'un agita- teur à hélice, on introduit sous atmosphère d'azote 200 millimoles de butyl secondaire n-butylmagnésium (s C g-n C H) et 33,4 milli- s 4 N 9 49 moles de triéthylaluminium, les-deux composés étant sous forme de solutions molaires dans l'heptane On chauffe ce melange à 80 C, sous agitation, pendant 2 heures Il se forme ainsi un composé ap- pelé magala, de formule n C 4 H 94-9 t-s C 4 H 9,0,17 Ai(C Es)3 Après re- froidissement vers 50 C, on introduit dans le réacteur 200 milli- moles d'éther diisoawylique, et on homogénéise le tout pendant quel- ques minutes, puis on introduit progressivement en 2 heures, en maintenant le milieu réactionnel à 50 C, 550 millimoles de chlorure de tertiobutyle On maintient le milieu pendant encore 2 heures à C puis on lave à l'essence à la température ambiante le préci- pité formé La quantité de chlorure de tertiobutyle introduite cor- respond à la quantté théorique nécessaire à la tranformation de la totalité du composé magnésien en Mg C 12 et du composé organoalumi- nique en Al C 13 Le précipité formé est constitué de granulés de forme sphérique, réguliers, sans aucun débri: leur répartition granulométrique est très étroite, la dimension moyenne des granu- lés est de 25 microns lorsque le vitesse d'agitation est de 750 tours par minute ou de 50 microns lorsque la vitesse d'agitation 6 2529207 est de 500 tours par minute L'analyse chimique donne les rapports suivants: Cl_,_g = _,1 A 1/Mg = 0,04 é-ther/ g = 0,10. Exemple 2 Dans un réacteur de 5 1 en acier inoxydable, agité à 600 tours par minute, on introduit 1720 ml d'une solution dans l Thexane de butyloctylmagnésium (BOCM) contenant 15 C O O milliatose- grammes de magnésium et 250 ml d'une solution molaire dans l'hexa- ne de triéthylaluminiu (TEA) Le milieu réactiornnel est chauffé à SO C pendant 2 h sous agitation I 1 se forme ainsi un complexe de BOM et de TEA contenant 0,17 moles de 2 EA par mole de BOM Après refroidissement à 50 C, on ajoute au milieu réactionnel 500 ml de n-hexane et on introduit progressivement en 3 heures 505 ml d'un mélange dans l'hexane de 3600 millimoles de chlormre de tertiobu- tyle et 450 millimoles d'éther diisoamylique, en maintenant la tem- pérature à 50 C A la fin de cette addition, le milieu est mainte- nu pendant 2,5 heures sous agitation à -O C et le précipité est la- vé cinq fois avec 2 1 de n-hezane. Le produit obtenu a la composition chimique suivante par atome-gramme de magnésium: 2,04 atome-grammes de chlore, 0,03 atome-gr=amme d'aluminium, 0,05 équivalent-gramme de liaisons Mg-C et A 1-C, 0,035 mole d'éther diisoamylique. Les grains ont un diamètre moyen de 25 mierons et une forme d'aspect framboise Leur rapport D/d est égal à 1,3. Exemple 3 On prépare un complexe de BOM et de ^A de la même façon que dans l'exemple 2 et en quantité égale On ajoute alors au milieu réactionnel, refroidi à 50 *C, 500 ml d'hexane et 15,6 ml ( 75 millimoles) d'éther diisoamylique et on introduit en 3 heures 505 ml d'un mélange contenant 3600 millimoles de chlorure de ter- tiobutyle et 450 millimoles d'éther diisoayrlique A la fin de cetteiaddition, le milieu est maintenu pendant 2,5 heures à 50 C sous agitation et le précipité obtenu est ensuite lavé. Le produit obtenu a la composition chimique suivante, par atome-gramme de magnésium: 2,08 atome-grammes de chlore, 0,05 atome-gramme d'aluminium, 0, 07 équmivalent-gramme de liaisons Mg-C et Ai-C et 0,07 îiole d'éther di isoamylique. La répartition granulornétrique est, très serrée, avec 905 ' des grains compris entre 30 et 3 Y microns Le diamètre moyen est de 34 microns Les grains ont une très bonne sthéricité (D/d = 1,15) et =n aspect de surface lisse. $ BV.ZENDICATIONS 1 Supports de catalyseur en vue de la polymérisation et de la copolymérisation des alpha-oléfines, notamment de l'éthylène et du propylène, constitués essentiellement de Me C 12,-caractérisés en ce qu'ils contiennent une certaine proportion d'un dérivé de l'alu- minium, qu'ils se présentent sous la forme de particules sphériques ayant une granulométrie moyenne comprise entre 10 et 100 microns présentant une distribution étroite, une surface lisse et une sur- face spécifique de l'ordre de 20 à 50 m-/g. 2 Supports selon la revendication 1, utilisables pour la polymérisation et la copolymérisation de l'éthylène, caractérisés en ce qu'ils ont une densité comprise entre 1,6 et 2,2 et qu'ils comportent, outre g C 12 et Ali 3, des produits présentant au moins une liaison Mg-C ou A 1-C et de faibles quantités d'un éther-oxjde. 3 Supports selon la revendication 1 utilisables pour la polymérisation du propylène, caractérisés en ce qu'ils ont une den- sité comprise entre 1,1 et 1,6, ne comportent pas de produits ayant au moins une liaison Mig-C ou A 1-C mais contiennent de faibles quan- tités d'un éther-oxyde. 4 Procédé de préparation d'un support de catalyseur tel que défini dans l'une des revendications 1 à 3, ledit support é- tant obtenu par réaction d'un dérivé organomagnasien avec un com- posé organique chloré, ce procédé étant caractérisé en ce que la réaction est effectuée entre: un dérivé d'un organomagnésien de formule 1 g R 2,x Al(%B)3 dans laquelle R 1, R 2, P 3 sont des radicaux alcoyle ayant de 2 à 12 ato- mes de carbone et x est compris entre 0,001 et 10. et un chlorure d'alcoyle de formule R C 1 dans laquelle R est un radical alcoyle secondaire ou de préférence tertiaire ayant de 3 à 12 atomes de carbone, le rapport molaire entre le chlorure d'alcoyle et le dérivé organo- magnésien étant compris entre 1,5 ( 1 + 3 x) et 2,5 ( 1 + 3 x), en présence d'un éther-oxyrde de formule R 5-0-R 6 gans laquelle à R 5 et R 6 sont des radicaux alcoyle ayant de 1 à 12 atomes de car- bone, le rapport molaire entre cet éther-oxyde et le dérivé orga- nomagnésien étant compris entre 0,03 et 2. la réaction 4 tant ef'fectu 4 e en mi 11 ieu agité> au sein d'vm hydro- carbure liqlxide, et à une e Lnv 4 rature comprise entre 35 et 80 *C.