Влияние кислорода на активность нанесенного ванадиевого катализатора в процессе газофазной полимеризации этилена

Каталитические системы циглеровского типа отличаются высокой чувствительностью к примесям кислорода. На примере гомогенных каталитических систем на основе соединений титана [1, 2] и ванадия [3, 4] и гетерогенных титановых катализаторов [5, 6] показано, что под действием кислорода может происходить активация и ингибирование процесса полимеризации, меняется ММ и стереорегулярность полимерных продуктов.

В литературе нет сведений о влиянии кислорода на полимеризацию с катализаторами, закрепленными на носителе. В связи с тем, что в производстве полиолефинов и наполненных полимерных материалов все более широкое распространение получают процессы газофазной полимеризации с использованием нанесенных катализаторов, в настоящей работе была поставлена задача исследовать влияние кислорода на активность нанесенного ванадиевого катализатора при полимеризации этилена в отсутствие растворителя.

Кинетику газофазной полимеризации этилена изучали в стеклянной вакуумной установке [7]. Полимеризацию осуществляли в термостатируемом реакторе объемом 400 мл, снабженном двумя отростками для раздельного введения нанесенного ванадиевого катализатора и алюминийорганического соединений (в парообразном состоянии). В ходе полимеризации давление мономера и скорость перемешивания реакционной массы поддерживали постоянными.

Ванадиевый катализатор был получен нанесением VC14 на неорганический носитель — перлит (фракция с размером частиц 0,2 мм) по методике, разработанной в ИХФ АН СССР [8]. Содержание ванадия на носителе, определенное колориметрическим методом [9], менялось от 0,27 до 0,55 вес.%; валентное состояние ванадия, по данным потенциометрического титрования, было равно 3.

В качестве сокатализатора использовали А1(изо-С4Н3)з (А1(изо-Вu)3) (т. кип. 39-40°/0,65 гПа). По анализу содержание А1 13,65, содержание изо-Вu-группы 85,4 вес.%.

Этилен подвергали низкотемпературной разгонке и пропускали через колонку с пиролюзитом для очистки от примеси кислорода. Количество кислорода в очищенном этилене по данным колориметрического анализа составляло менее 5 млн. долей.

Кислород, использованный для добавок, был получен разложением КМnСr.А1(изо-Вu)2(ОВu-изо) синтезировали из А1(изо-Вu)з и абсолютного изобутилового спирта. Содержание изо-Вu-групп в диизобутилалюминийизобутоксиде, по данным хроматографического анализа, составляло 58 вес.%; мольное отношение (OBu-изо): (изо-Bu), рассчитанное из ПМР-спектров, равнялось 0,46. Полимеризацию с А1 (изо-Вu)2(ОВu-изо) осуществляли в среде сухого спектрально чистого н-гептана.

В присутствии каталитической системы VCL/перлит — А1 (изо-Вu)3 про-цесс газофазной полимеризации этилена носит нестационарный характер. Активность катализатора, максимальная в начальный момент времени, снижается в ходе полимеризации и достигает постоянного значения (рис. 1).

Рис. 1. Изменение эффективной константы скорости полимеризации этилена во времени в присутствии катализатора УС14/перлит — Al (изо-Bu) з. 70°, Al: V=22, [С2Н4] =0,018 моль/л, содержание ванадия на носителе 0,55 вес.%. Содержание кислорода в этилене 5 (1), 280 млн. долей (2)

В исследованных условиях (70°, содержание ванадия на носителе 0,27—0,55 вес.%, мольное отношение Al: V=5—40) эффективная константа скорости полимеризации каф, определяемая как скорость полимеризации, рассчитанная на единицу концентрации мономера и 1 г переходного металла, не зависит от содержания ванадия в нанесенном катализаторе и мало меняется с увеличением мольного отношения Al : V и с изменением порядка подачи компонентов катализатора и мономера в реакционную зону.