FR2656614A1 - Procede de preparation d'un catalyseur de type ziegler-natta a base de vanadium, supporte sur un chlorure de magnesium. - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un procédé de préparation d'un catalyseur de type Ziegler-Natta à base d'un composé du vanadium précipité par réduction du vanadium sur un support sphéroïdique de chlorure de magnésium. La préparation consiste à mettre en contact un support sphéroïdique contenant du dichlorure de magnésium et un composé donneur d'électrons exempt d'hydrogène labile, D1, avec successivement un composé donneur d'électrons à hydrogène labile, D2, puis un composé organométallique réducteur du vanadium, à laver le support résultant de ces mises en contact avec un hydrocarbure liquide et ensuite à mettre le produit solide lavé en contact avec un ou plusieurs composés du vanadium, solubles dans un hydrocarbure liquide, comportant au moins un halogène et un radical alcoxy. Le catalyseur est utilisé notamment pour fabriquer en suspension ou en phase gazeuse du polyéthylène, des copolymères de l'éthylène et des copolymères élastomériques du propylène.

Description

La présente invention concerne un procédé de préparation d'un catalyseur

de type Ziegler Natta, à base de vanadium, supporté sur des particules sphéroïdiques de chlorure de magnésium Ce catalyseur convient à la polymérisation des oléfines telles que l'éthylène et est particulièrement adapté à la fabrication de copolymères élastomères du propylène, notamment selon un procédé de

copolymérisation en phase gazeuse.

On sait que les systèmes catalytiques de type Ziegler Natta sont constitués d'un catalyseur comprenant au moins un composé d'un métal de transition, tel que le titane, et d'un cocatalyseur comprenant au moins un composé organo-métallique d'un métal, tel que l'aluminium On sait par ailleurs -que les propriétés de ces catalyseurs peuvent être fortement influencées, lorsque le composé de métal de transition est utilisé avec un support constitué par un composé minéral solide, tel que le chlorure de magnésium Dans la technique de préparation d'un catalyseur supporté, les propriétés du support et le procédé de préparation du catalyseur qui consiste généralement à fixer le composé de métal de transition sur ledit support, ont une importance très grande sur les caractéristiques et le comportement du catalyseur dans une réaction de polymérisation ou de

copolymérisation des oléfines.

Selon la demande de brevet européen EP-A-O 099 772, il est connu de préparer un catalyseur par précipitation d'un composé d'un métal de transition sur un support sphéroïdique de chlorure de magnésium qui comporte des produits à liaison Mg-C et un composé donneur d'électrons en faible proportion Le composé de métal de transition est un composé halogéné du titane, et la précipitation de ce dernier sur le support est réalisée -par une réaction de réduction du composé de titane au moyen d'un agent réducteur, tel qu'un composé organo-métallique Ce catalyseur est utilisé pour la fabrication de polymères de l'éthylène On a cependant observé qu'il ne permet pas de fabriquer dans des conditions satisfaisantes des copolymères

élastomériques du propylène.

Selon la demande de brevet européen EP-A-0155 770, il est connu de préparer un catalyseur par -précipitation d'un composé du 1 - vanadium sur un support sphéroïdique de chlorure de magnésium qui comporte des produits à liaison Mg-C et un composé donneur d'électrons en faible quantité La précipitation est réalisée par une réaction de réduction du composé de vanadium en présence de ce support, sans ajout d'un agent réducteur Vraisemblablement, la réaction de réduction est spontanément initiée par les produits à liaison Mg-C contenus dans le support Le catalyseur est utilisé pour fabriquer des polymères de l'éthylène ayant une répartition large des masses moléculaires On a cependant observé que ce procédé nécessite la mise en oeuvre d'une quantité importante de composé du vanadium qui ne se fixe qu'en faible proportion sur le support Des opérations de lavage du catalyseur sont généralement nécessaires pour éliminer l'excès de composé du vanadium non fixé sur le support, opérations qui sont coûteuses et difficiles

du fait du caractère toxique et corrosif des composés du vanadium.

Il a été maintenant trouvé un procédé de fabrication d'un catalyseur sphéroidique à base de vanadium supporté sur du chlorure de magnésium, procédé qui permet d'éviter les inconvénients cités auparavant En particulier, ce procédé permet de préparer un catalyseur sphéroidique de vanadium qui présente une haute activité dans la polymérisation des oléfines Ce catalyseur est particulièrement adapté à la fabrication de copolymères élastomériques du propylène, notamment selon un procédé de copolymérisation en phase gazeuse Dans ce cas, le catalyseur permet de fabriquer directement une poudre de copolymère élastomérique du propylène sous forme de particules sphéroïdiques et non collantes, cette poudre ayant de bonnes propriétés d'écoulement et étant facilement manipulable, La présente invention a pour objet un procédé de préparation d'un catalyseur de type Ziegler Natta à-base d'un composé de vanadium précipité par réduction du vanadium sur un support sphéroïdique de chlorure de magnésium, procédé caractérisé en ce qu'il consiste à mettre en contact un support comprenant de 80 à 99,5 % en mole de dichlorure de magnésium et de 0,5 à 20 % en mole d'un composé donneur d'électrons exempt d'hydrogène labile, Dl, et se présentant sous la forme de particules sphéroïdiques ayant un diamètre moyen en masse, Dm, de 10 à 100 microns et une distribution granulométrique étroite, 2 - telle que le rapport de Dm au diamètre moyen en nombre, Dn, des particules est inférieur à 3, avec successivement au moins un composé donneur d'électrons à hydrogène labile; D 2, puis au moins un composé organométallique réducteur du vanadium, à laver le produit solide résultant de ces deux mises en contact avec un hydrocarbure liquide, et ensuite à mettre le produit solide lavé en contact avec un ou plusieurs composés du vanadium solubles dans un hydrocarbure liquide,

comportant au moins un halogène et un radical alcoxy.

Selon la présente invention, la préparation du catalyseur met en oeuvre un support particulier de chlorure de magnésium Le support est substantiellement exempt de produits à liaison Mg-C, ce qui équivaut à dire que le rapport du nombre de liaisons Mg-C au nombre d'atomes de magnésium dans le support est inférieur à 0,001 Le support n'est donc pas capable de réduire spontanément un composé du

vanadium.

Le rapport atomique Cl/Mg du support est sensiblement égal à 2 Le support comporte en mole de 80 à 99,5 % de dichlorure de magnésium et de 0,5 à 20 % du composé Dl De préférence, il comporte en mole de 80 à 95 % de dichlorure de magnésium et de 5 à 20 % du composé Dl, et donne d'excellents catalyseurs à base de vanadium pour la polymérisation des oléfines en particulier de l'éthylène Des résultats remarquables sont notamment obtenus dans la fabrication des copolymères élastomériques du propylène, lorsque le support utilisé comporte en mole de 80 à 90 % de dichlorure de magnésium et de 10 à

20 % du composé Dl.

Le composé donneur d'électrons, Dl, est connu comme tel, ou comme base de Lewis Il est exempt d'hydrogène labile et, de ce fait, ne peut pas être choisi par exemple parmi l'eau, les alcools ou les phénols Il possède un pouvoir complexant vis-à-vis du dichlorure de magnésium Il est choisi avantageusement parmi les éthers, les thioéthers, les sulfones, les sulfoxydes, les phosphines, les phosphoramides, les amines et les amides On préfère utiliser les composés donneurs d'électrons à faible pouvoir complexant tels que les éthers. On a constaté que les meilleurs résultats sont obtenus, 3 - lorsque le support se présente sous la forme d'une composition homogène, c'est-à-dire une composition o le composé Dl est distribué d'une façon homogène à travers toute la particule de chlorure de magnésium, du coeur à la périphérie de celle-ci et non pas uniquement à sa périphérie Il en résulte que pour obtenir un tel support, il est généralement recommandé de le préparer par une méthode mettant en

oeuvre une précipitation du support.

On a, par ailleurs, constaté que le support donne des catalyseurs très performants, notamment capables de résister aux énormes contraintes de croissance pendant une polymérisation en particulier en phase gazeuse, lorsqu'il se présente sous une structure essentiellement amorphe, c'est-àdire une structure o les formes de cristallinité ont en grande partie, sinon totalement, disparu Il en résulte que cette forme particulière -du support est généralement obtenue par une réaction de précipitation réalisée dans des conditions

relativement précises.

Le support est, en outre, caractérisé par le fait qu'il est constitué de particules sphéroïdiques ayant un diamètre moyen en masse de 10 à 100 microns, de préférence de 20 à 70 microns Les particules du support ont une distribution granulométrique très étroite, telle que le rapport Dm/Dn du diamètre moyen en masse, Dm, au diamètre moyen en nombre, Dn, est inférieur à 3, de préférence inférieur à 2 Plus particulièrement, la distribution granulométrique de ces particules peut être extrêmement étroite, telle que le rapport Dm/Dn est de 1,1 à 1,5; on note l'absence pratiquement totale de particules de diamètre supérieur à 1,5 x Dm ou inférieur à 0,6 x Dm; la distribution granulométrique peut également être appréciée par le fait que plus de % en poids des particules d'un même lot sont compris dans le

domaine Dm 10 %.

On entend par particules sphéroïdiques des particules qui ont une forme sensiblement sphérique Si D et d représentent respectivement le plus grand et le plus petit axes des particules, le rapport D/d est pour chaque particule proche de 1, généralement inférieur ou égal à 1,4, de préférence inférieur ou égal à 1,3 On peut également définir un coefficient de circularité des particules 4 - -5-

qui est également très proche de 1.

La surface spécifique des particules du support peut être de

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à 100 m /g (BET), de préférence de 30 à 60 m /g (BET) et la densité

de ces particules peut être de 1,2 à 2,1 environ.

Le support peut notamment être préparé en faisant réagir un composé de dialcoylmagnésium avec un composé organique chloré, en présence du composé donneur d'électrons, Dl intervenant comme agent complexant et non comme agent réactant dans cette préparation Pour cette raison, le composé Dl ne peut pas être choisi parmi des composés susceptibles de réagir avec des organomagnésiens Comme composé de dialcoylmagnésium, on peut choisir un produit de formule R Mg R dans i 2 laquelle R et R sont des radicaux alcoyle identiques ou différents, i 2 comportant de 2 à 12 atomes de carbone Une des propriétés importantes de ce composé de dialcoylmagnésium est d'être soluble tel quel dans le milieu hydrocarboné o sera effectuée la préparation du support Comme composé organique chloré, on choisit un chlorure d'alcoyle de formule R Cl dans laquelle R est un radical alcoyle secondaire ou, de

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préférence, tertiaire, comportant de 3 à 12 atomes de carbone On préfère utiliser comme composé donneur d'électrons, Dl, un éther de formule R OR dans laquelle R et R sont des radicaux alcoyle

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identiques ou différents comportant de 1 à 12 atomes de carbone.

De plus, les divers réactifs mis en jeu pour la préparation du support peuvent être utilisés dans les conditions suivantes le rapport molaire R Cl/R Mg R est de 1,9 à 2,5, de préférence de 2

à 2,3 3

le rapport molaire D /R Mg R est de 0,1 à 1,2, de préférence de 0,3

1 1 2

à 0,8.

La réaction entre R Mg R et R Cl, en présence du composé i 2 3 donneur d'électrons, Dl, est une précipitation qui a lieu sous agitation, au sein d'un hydrocarbure liquide Le spécialiste sait que, dans ce cas, des facteurs physiques, tels que la viscosité du milieu, le mode et la vitesse d'agitation et les conditions de mise en oeuvre des réactifs peuvent, toutes choses égales par ailleurs, jouer un rôle important dans la forme, la structure, la taille et la distribution granulométrique des particules précipitées Toutefois, pour obtenir un excellent support, caractérisé notamment par la présence d'une quantité importante du composé donneur d'électrons, Dl, il est recommandé de réaliser la réaction de précipitation à une température relativement basse, allant de 10 à 800 C, de préférence de à 500 C Par ailleurs, il est recommandé que la réaction de précipitation se déroule extrêmement lentement, pendant une durée d'au moins 5 heures et de préférence d'au moins 10 heures, en particulier une durée allant de 10 à 24 heures, de façon à permettre une organisation convenable du produit solide formé, en particulier l'insertion d'une quantité importante du composé Dl et sa dispersion

uniforme dans le support ainsi formé.

La préparation du catalyseur, selon la présente invention, consiste à mettre le support de chlorure de magnésium en contact tout d'abord avec au moins un composé donneur d'électrons à hydrogène labile, D 2 Ce dernier peut être choisi parmi un grand nombre de composés organiques donneurs d'électrons, susceptibles de perdre un atome d'hydrogène De préférence, on choisit le composé D 2 parmi les alcools ou les phénols En particulier, on peut utiliser un alcool comportant de 1 à 12 atomes de carbone, notamment l'éthanol, le

propanol, le n-butanol, le n-pentanol, l'éthyl-2 hexanol ou le n-

hexanol On peut aussi utiliser un phénol, tel que le paracrésol Le composé D 2 présente, de préférence, un pouvoir complexant vis-à-vis du

chlorure de magnésium supérieur à celui du composé Dl.

Cette mise en contact peut être réalisée en mettant en oeuvre de 0,1 à moins de 2 moles, de préférence de-0,5 à 1,5 moles du composé D 2 par mole de magnésium du support Elle est, de préférence, réalisée sous agitation au sein d'un hydrocarbure liquide, en particulier d'un hydrocarbure aliphatique saturé, tel que le n-hexane ou le n-heptane, ou un mélange La mise en contact entre le support et le composé D 2 peut avoir lieu à une température allant de O à 120 C, de préférence de O à 800 C Elle peut durer de 10 minutes à 10 heures, de préférence de 30 minutes à 5 heures En pratique, la mise en contact peut être effectuée de diverses façons On peut, par exemple, additionner le composé D 2 à une suspension du support maintenue en 6 - agitation dans un hydrocarbure liquide L'addition peut être lente ou rapide Elle peut durer de 10 minutes à 5 heures, de préférence de 15 minutes à 2 heures On peut aussi additionner la suspension du support dans l'hydrocarbure liquide au composé D 2, sous agitation Le composé D 2 peut être utilisé à l'état pur ou en-solution dans un hydrocarbure liquide. On constate généralement que la plus grande partie du composé D 2 utilisée dans cette mise en contact se fixe dans le support, sans modifier sensiblement la morphologie et la distribution granulométrique du support Seule la taille du support peut augmenter sensiblement Le support ainsi traité par le composé D 2 peut être lavé une ou plusieurs fois à l'aide d'un hydrocarbure liquide La mise en contact du support avec le composé D 2 est essentielle dans la préparation du catalyseur, car elle va donner la possibilité de fixer une quantité relativement importante du ou des composés de vanadium dans le support et de donner un catalyseur exempt de fines ou

microfines particules.

La préparation du catalyseur consiste à mettre ensuite en contact le support avec au moins un composé organométallique réducteur du vanadium, qui peut être choisi parmi les composés organométalliques des métaux appartenant au groupe II ou III de-la Classification Périodique des éléments Les composés organométalliques utilisés dans cette mise en contact doivent présenter la propriété de réduire un composé du vanadium On peut utiliser, en particulier, les composés organoaluminiques, organomagnésiens ou organozinciques On préfère utiliser les composés organoaluminiques répondant à la formule générale Al R X p 3-p formule dans laquelle R représente un radical alcoyle comportant de 1 à 12 atomes de carbone, X représente un atome d'hydrogène, ou un atome d'halogène, tel que le chlore ou le brome, ou un radical alcoxy comportant de 1 à 10 atomes de carbone, et p est un nombre entier ou fractionnaire allant de 1 à 3, de préférence de 2 à 3 on peut utiliser en particulier le triéthylaluminium, le triisobutylaluminium, -7 - le tri-n-hexylaluminium, le tri-n-octylaluminium ou le chlorure de diéthylaluminium La mise en contact peut être réalisée en mettant en oeuvre de 0,1 à 2 moles, de préférence-de 0,5 à 1,5 moles du composé

organométallique réducteur par mole de magnésium du support.

Généralement, on préfère mettre en oeuvre une quantité du composé organométallique réducteur sensiblement: équimolaire à la quantité de

composé D 2 utilisée dans la première mise en contact.

La mise en contact entre le support et le composé organométallique réducteur est, de préférence, réalisée sous agitation, au sein d'un hydrocarbure -liquide, en particulier d'un hydrocarbure aliphatique saturé, tel que le n-hexane ou le n-heptane, ou un mélange Elle peut avoir lieu à une température allant de O à 1200 C, de préférence de O à 1000 C Elle peut durer de 10 minutes à 10 heures, de préférence de 20 minutes à 5 heures En pratique, la mise en contact peut être effectuée de diverses façons On peut, par exemple, additionner le composé organométallique réducteur à une suspension du support, maintenue sous agitation, dans un hydrocarbure liquide L'addition peut être lente ou rapide Elle peut durer 1 minute à 5 heures, de préférence 5 minutes à 2 heures On peut aussi additionner la suspension du support dans l'hydrocarbure liquide au composé organométallique réducteur, sous agitation Le composé organométallique réducteur peut être utilisé à l'état pur ou en

solution dans un hydrocarbure liquide.

On constate qu'une partie du composé organométallique réducteur se fixe dans le support Il est aussi recommandé, selon la présente invention, de laver le support après ces deux mises en contact Le support est lavé une "ou plusieurs fois avec un hydrocarbure liquide, en particulier un hydrocarbure aliphatique

saturé, tel que le n-hexane ou le n-heptane, ou un mélange.

L'hydrocarbure liquide peut être identique ou différent de celui de la suspension du support Le ou les lavages sont réalisés, de préférence, sous agitation, pendant une durée pouvant aller de 10 minutes à 2 heures, de préférence de 20 minutes à 1 heure Le support peut être lavé à une température allant de O à 1200 C, de préférence de O à 800 C. En pratique un lavage consiste généralement à ajouter l'hydrocarbure 8 - liquide à la suspension du support agitée, à maintenir le mélange ainsi obtenu sous agitation, puis à -esser l'agitation, à laisser décanter le support solide et à éliminer une partie de la phase liquide surnageante L'opération de lavage peut être répétée plusieurs fois, de préférence jusqu'à ce que la phase liquide de la suspension du support contienne en solution une quantité de métal du composé organométallique réducteur inférieure à 1 % en mole par rapport à la

quantité de composé(s) de vanadium mis en oeuvre ultérieurement.

La dernière étape de la préparation du catalyseur consiste à mettre le support solide lavé en contact avec un ou plusieurs composés

du vanadium solubles dans un hydrocarbure liquide.

Le composé de vanadium comporte au moins un halogène, X, et au moins un radical alcoxy, de formule OR' On -a remarqué que les catalyseurs les plus aptes à fabriquer en phase gazeuse des copolymères élastomériques du propylène sont ceux préparés avec un composé du vanadium dans lequel le rapport molaire X/OR' est de 0,05 à de préférence de 1 à 10 Avec de tels catalyseurs, il a été noté d'une façon surprenante qu'il est possible de fabriquer directement en phase gazeuse une poudre de copolymère élastomérique non collante, possédant de bonnes propriétés d'écoulement à sec On a également observé qu'un copolymère élastomérique du propylène ainsi préparé

possède une répartition relativement étroite des masses moléculaires.

Plus particulièrement, le composé de vanadium peut répondre à l'une des deux formules générales V(OR') X ou VO(OR') X 3-n n formules dans lesquelles R' représente un radical alcoyle ayant de 1 à 12 atomes de carbone, X un atome d'halogène, tel que le brome ou le ch 1 rore, m un nombre entier ou fractionnaire pouvant aller de 0,2 à 3,8 de préférence de 2 à 3,6 et N un nombre entier ou fractionnaire pouvant aller de 0,14 à 2,85, de préférence de 1,5 à 2,7 Le composé de vanadium peut être préparé en réalisant un mélange approprié d'un halogénure de vanadium de formule VOX ou VX avec un alcoxyde de vanadium de formule VO(OR') ou V(OR'), ou encore un mélange d'un

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halogénure de vanadium de formule VOX ou VX avec un alcool de

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_ 9 _ formule R'OH, les groupements X et R' des formules ayant les mêmes définitions que celles précédemment citées Parmi les halogénures de vanadium, on utilise avantageusement le tétrachlorure de vanadium ou le trichlorure de vanadyle, et parmi les alcoxydes de vanadium, on préfère utiliser le tri-n-propoxyde de vânadyle, le triisopropoxyde de vanadyle, le tri-n-butoxyde de vanadyle, le tétra-n-butoxyde de vanadium, ou le tétra-n-propoxyde de vanadium Le composé de vanadium peut être préparé soit préalablement à son utilisation pour la préparation du catalyseur, soit directement au sein de l'hydrocarbure liquide o sera réalisée la mise en contact, éventuellement en présence du support Le ou les composés de vanadium utilisés sont solubles dans les hydrocarbures liquides, notamment les hydrocarbures

aliphatiques saturés.

La quantité de composé de vanadium utilisée pour préparer le catalyseur dépend de la quantité désirée de vanadium à fixer dans le support Généralement, la quantité de composé de vanadium à utiliser pendant la mise en contact avec le support est de 0,05 à 2 moles, de

préférence de 0,1 à 1 mole par mole de magnésium du support.

La mise en contact du support avec le ou les composés de vanadium est, de préférence, réalisée sous agitation au sein d'un hydrocarbure liquide dans lequel le ou lesdits composés de vanadium sont solubles L'hydrocarbure liquide peut être un hydrocarbure aliphatique saturé, tel que le n-hexane ou le n-heptane, ou un mélange La mise en contact peut avoir lieu à une température allant de O à 1200 C, de préférence de 20 à 1000 C En pratique, elle peut être effectuée de diverses façons On peut, par exemple, additionner le composé de vanadium à la suspension du- support maintenue agitée dans l'hydrocarbure liquide L'addition peut être lente ou rapide Elle peut durer de 10 minutes à 3 heures, de préférence de 30 minutes à 2 heures, à une température pouvant aller de 10 à 700 C Après l'addition, le mélange ainsi obtenu peut être maintenu agité pendant une durée pouvant aller de 10 minutes à 5 heures, de préférence de 30 minutes à 3 heures, à une température pouvant aller de 20 à 1200 C, de préférence de 30 à 1000 C. Lorsque au moins deux composés de vanadium sont mis en contact avec le support, ils peuvent être ajoutés au support simultanément, ou successivement l'un après l'autre, ou encore sous la

forme d'un prémélange.

Le ou les composés de vanadium peuvent être mis en oeuvre à l'état pur, sous forme d'un liquide, ou en solution dans un hydrocarbure Bien que la plus grande partie sinon la totalité de la quantité du composé de vanadium utilisée se fixe dans le support, on peut laver le catalyseur une ou plusieurs fois à l'aide d'un

hydrocarbure liquide.

Cette dernière mise en contact du support avec le ou les composés de vanadium consiste en réalité en une précipitation du ou des composés de vanadium dans le support par une réaction de réduction faisant passer le vanadium tétravalent à un état de valence inférieur à 4 et/ou le vanadyle trivalent à un état de valence inférieur à 3 Le procédé de la présente invention a l'avantage de réduire le vanadium à un état de valence immédiatement inférieur à celui o le ou les composés de vanadium ont été mis en oeuvre Ainsi, le vanadium peut être réduit uniquement à l'état de valence 3, lorqu'on a mis en oeuvre un composé de vanadium tétravalent Lorsqu'on utilise un composé de vanadyle trivalent, on peut obtenir un catalyseur avec uniquement un vanadyle divalent L'agent réducteur est le composé résultant de la mise en contact entre le composé organométallique réducteur et le support Il est particulièrement surprenant de constater que la précipitation du ou des composés de vanadium se déroule exclusivement dans le support et qu'aucune particule solide d'un composé de vanadium à l'état réduit ne se forme en dehorsrdes particules de support Il est particulièrement avantageux de -noter que l'on obtient un catalyseur exempt de fines ou microfines particules actives en polymérisation. On constate avec surprise que lors de la préparation du catalyseur, la structure essentiellement amorphe, la taille, la distribution granulométrique et la morphologie du support ne changent pas Ainsi, le catalyseur obtenu est constitué de particules dont les propriétés physiques sont pratiquement identiques à celles des particules du support initial En particulier, le catalyseur est il constitué de particules sphéroïdiques, ayant un diamètre moyen en masse de 10 à 100 microns, de préférence de 20 à 70 microns, et une distribution granulométrique mesurée par le rapport du diamètre moyen en masse au diamètre moyen en nombre inférieur à 3 de préférence inférieur à 2. L'avantage de cette préparation est lié au fait que la majeure partie, sinon la totalité du composé de vanadium utilisée se fixe dans le support Généralement, on constate que plus de 90 %, et même plus de 99 % du composé de vanadium utilisé pendant la préparation se fixe dans le support Une autre caractéristique de ce procédé est de fixer le composé de vanadium d'une façon homogène dans tout le support, rendant le catalyseur plus solide pendant la polymérisation L'ensemble de ces avantages est dû au fait que l'on utilise un support particulier contenant le composé D 1 et que ce support est d'abord mis en contact avec le composé D 2 Par ailleurs,

on note que le catalyseur comporte une partie du composé organométal-

lique réducteur utilisé pendant la préparation, mais sous une forme transformée par la mise en contact avec le support et la réaction de réduction Le catalyseur ainsi obtenu peut contenir de 2 à 12 % en poids de vanadium I 1 peut être utilisé pour polymériser ou copolymériser dans des conditions industrielles des oléfines ayant de 2 à 12 atomes de carbone, telles que l'éthylène-, le propylène, le butène-1, l'hexène-1, le méthyl-4 pentène-1, ou l'octène-1 Il convient particulièrement bien à la fabrication de polyéthylène, de copolymères de l'éthylène et d'alphaoléfine comportant de 3 à 12 atomes de carbone, et de copolymères élastomériques du propylène, notamment ceux contenant en poids de 30 à 70 % de propylène et de 70 X à 30 % d'éthylène et/ou de butène-1 et éventuellement un diène non conjugué, tel que l'éthylidène-norbornène, le méthyl-4 hexadiène-1,4 et le méthyl-2 hexadiène-1,5, l'hexadiène-1,5, le dicyclopentadiène ou

l'hexadiène -1,4 Les copolymères élastomériques peuvent être notam-

ment fabriqués en suspension ou en phase gazeuse dans un réacteur à litfluidisé et/ou agité mécaniquement Le catalyseur est utilisé en

présence d'un cocatalyseur, choisi parmi les composés organométalli-

ques d'un métal appartenant au groupe I et III de la Classification 12 13 - Périodique des éléments, et éventuellement en présence d'un activateur choisi parmi les hydrocarbures halogénés Le catalyseur et le cocatalyseur sont généralement utilisés dans des proportions, telles que le rapport molaire de la quantité de métal du cocatalyseur à la quantité de vanadium du catalyseur est compris entre 0,5 et 50 La réaction de (co-) polymérisation peut être réalisée à une température comprise environ entre O OC et 1000 C, de préférence entre O C et 60 C, sous une pression totaleallant de 0,1 à 5 M Pa Les catalyseurs préparés selon l'invention peuvent être mis en oeuvre en l'état ou après avoir subi une opération de prépolymérisàtion d'oléfines, effectuée en une ou plusieurs étapes en phase gazeuse et/ou en suspension dans un milieu d'hydrocarbure liquide L'opération de prépolymérisation conduit a accroître la taille des particules du catalyseur tout en conservant la morphologie de ces dernières Elle consiste à mettre en contact le catalyseur et le cocatalyseur avec une ou plusieurs oléfines La réaction de prépolymérisation peut être poursuivie tout en conservant au catalyseur une activité convenable jusqu'à obtention de 10 à 500 g et de préférence de 30 à 250 g de

polyoléfine par millimole de vanadium.

Au cours de la réaction de (co-)polymérisation, on observe un développement régulier des particules de (co-)polymère dont la forme sphéroïdale est conservée et la distribution granulométrique reste étroite On peut obtenir notamment un copolymère élastomérique du propylène, constitué d'une poudre non collante qui est constituée de particules sphéroïdales et qui présente de bonnes propriétés d'écoulement à sec et une masse volumique apparente élevée, généralement comprise entre 0,3 et 0,5 g/cm -Le eopolymère possède une répartition des masses moléculaires relativement étroite, caractérisée par un rapport de la masse moléculaire moyenne en poids, Mw, à la masse moléculaire moyenne en nombre, Mn, compris entre 3 et 11 Par ailleurs, il peut contenir une teneur en vanadium très faible,

généralement inférieure à 15 parties en poids par million.

Méthode de détermination des diamètres moyen en masse (Dm) et en

nombre (Dn) de particules.

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Selon l'invention, les diamètres moyens en masse (Dm) et en nombre (Dn) des particules de support o de catalyseur sont mesurés à partir d'observations microscopiques Ltd Grande-Bretagne) Le

principe de la mesure consiste à obtenir, à partir de l'étude expéri-

mentale par microscopie optique d'une population de particules, une

table d'effectifs o est donné le nombre (n) de particules apparte-

nant à chaque classe (i) de diamètres, chaque classe (i) étant caractérisée par un diamètre intermédiaire (d) compris entre les limites de ladite classe Suivant la norme française homologuée NF X 11-630 de juin 1981, Dm et Dn sont fournis par les formules suivantes E N (d) d i i i

diamètre moyen en masse: Dm = -

E N (d) i i E N d i i diamètre moyen en nombre Dn E n Le rapport Dm/Dn caractérise la distribution granulométrique; il est parfois appelé "largeur de distribution granulométrique" La mesure par l'analyseur d'images OPTOMAX est réalisée au moyen d'un microscope inversé qui permet l'examen des suspensions de particules de support, ou de catalyseur avec un grossissement compris entre 16 et 200 fois Une caméra de télévision reprend les images données par le microscope inversé et les transmet à un ordinateur qui analyse les images reçues ligne par ligne et point par point sur chaque ligne, en vue de déterminer les dimensions ou

diamètres des particules, puis de les classer.

Mesure de la répartition des masses moléculaires La répartition des masses moléculaires d'un copolymère est calculé suivant le rapport de la masse moléculaire moyenne en poids, Mw, à la masse moléculaire moyenne en nombre, Mn, du copolymère, à partir d'une courbe de répartition des masses moléculaires obtenue au

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moyen d'un chromatographe par perméation sur gel de marque WATERS <R) C (High Temperature Size Exclusion Chromatograph) les conditions opératoires étant les suivantes: solvant: trichloro-1,2,4 benzène débit solvant: 1 ml/minute <R) trois colonnes de marque SHODEX AT 80 M/S température: 1500 C concentration échantillon: 0,1 % en poids volume d'injection: 500 microlitres détection par un réfractomètre intégré au chromatographe étalonnage à l'aide d'un polyéthylène haute densité vendu par BP CHEMICALS S N C sous l'appellation commerciale <R) RIGIDEX 6070 EA: M = 65 000 et Mi/Mi = 4, IF = 6, et d'un polyéthylène haute densité ayant: M = 210 000

et M/Mfi = 17,5.

Les exemples non limitatifs suivants illustrent l'invention.

Exemple 1

Préparation d'un support de chlorure de magnésium Dans un réacteur de 5 1 en acier inoxydable, muni d'un système d'agitation tournant à 325 tours/minute et contenant 2 moles de dibutylmagnésium en solution dans 3 1 de n-hexane, on introduit à température ambiante ( 200 C), et sous _atmosphère d'azote, 204 ml ( 1 mole) d'éther diisoamylique (EDIA) Le réacteur est maintenu à 250 C On y introduit en 12 heures 484 ml ( 4,4 moles) de chlorure de tertiobutyle Le mélange est ensuite maintenu sous agitation pendant 3 heures à 250 C Le produit solide obtenu est lavé quatre fois avec 2 litres de n-hexane On obtient ainsi 2 moles de chlorure de magnésium se présentant sous la forme de particules sphériques de diamètre moyen = 35 microns de distribution granulométrique Dm/Dn = 1,6 et ayant un

rapport molaire EDIA/Mg = 0,15, et un rapport molaire Cl/Mg = 2.

16 - Préparation d'un catalyseur Dans un réacteur en verre d'un litre, muni d'un système d'agitation tournant à 300 tours/minute, on introduit sous atmosphère d'azote et à 20 C 300 ml de n-hexane contenant 0,1 mole de chlorure de magnésium préparé précédemment Le réacteur est chauffé à 30 C On y

introduit en 1 heure 20 ml de n-hexane contenant 0,1 mole de n-

butanol Après un maintien du mélange agité pendant 0,5 heure à 30 C, on lave 2 fois le solide obtenu avec 0,5 litre de n-hexane à 25 C Le volume de la suspension est ramené à 150 ml en éliminant une partie de la phase liquide surnageante On introduit ensuite dans la suspension agitée en 1 heure à 50 C 100 ml de n-hexane contenant 0,1 mole de triéthylaluminium Après un maintien du mélange agité pendant 1 heure à 800 C, on lave 2 fois le solide obtenu avec 0,5 litre de n-hexane à 500 C et 2 fois avec 0, 5 litre de n-hexane à 25 C Le volume de la suspension est ramené à 150 ml en éliminant une partie de la phase liquide surnageante On introduit ensuite en 2 heures dans la suspension agitée à 30 C 100 ml de n-hexane contenant un mélange constitué de 16 millimoles de trichlorure de vanadyle et de 4 millimoles de tri-n-propoxyde de vanadyle Après un maintien du mélange agité pendant 1 heure à 800 C on lave le solide obtenu 2 fois à 500 C avec 0,5 litre de n-hexane On obtient alors un catalyseur sphérique ayant les caractéristiques suivantes (rapports molaires): V/Mg = 0,19, Al/Mg = 0,15, propoxyde/Mg = 0,1, Cl/Mg = 2,55, Dm/Dn

= 1,8 Dm = 31 microns.

Exemple 2

Préparation d'un catalyseur On opère exactement comme à l'exemple 1, excepté le fait que le n-butanol est remplacé par l'éthanol absolu On obtient un catalyseur sphérique ayant les caractéristiques suivantes (rapports molaires): V/Mg = 0,2, Al/Mg = 0,19, propoxyde/Mg = 0,1, Cl/Mg = 2,6

Dm/Dn = 1,7 Dm = 33 microns.

17 -

Exemple 3

Préparation d'un prépolymère Dans un réacteur de 5 litres en acier inoxydable, muni d'un dispositif d'agitation tournant à 750 tours/minute, on introduit sous azote 2 litres de n-hexane que l'on chauffe à 700 C, un mélange constitué de 16 millimoles de triéthylaluminium et de 8 millimoles de chlorure de diéthylaluminium, puis une quantité du catalyseur préparé à l'exemple 1 contenant 4 millimoles de vanadium On- introduit ensuite dans le réacteur 2,5 litres d'hydrogène mesurés dans les conditions normales, puis de l'éthylène selon un débit constant de 80 grammes/heure, pendant 4 heures Le contenu du réacteur est transféré dans un évaporateur rotatif et le solvant est évaporé sous pression réduite à une température de 600 C On obtient ainsi un prépolymère que

l'on garde sous azote.

Copolymérisation en phase gazeuse de l'éthylène et du propylène dans

un réacteur à lit agité.

Dans un réacteur de 2,5 litres'en acier inoxydable muni d'un système d'agitation hélicoïdale pour poudre sèche tournant à 250 tours/minute, on introduit sous atmosphère d'azote à titre de poudre de charge 200 g d'une poudre de copolymère provenant d'une copolymérisation précédente et ayant été gardée sous azote Après avoir chauffé le réacteur à 400 C on y introduit 4 millimoles de triisobutylaluminium, 12,5 millimoles de chloroforme, puis une quantité de prépolymère préparé précédemment, correspondant à 0,1 millimole de vanadium On y introduit 250 ml d'hydrogène mesurés dans les conditions normales, et un mélange d'éthylène et-de propylène dans un rapport molaire C 2/C 3 = 60/40, de manière à obtenir une pression totale de 0,5 M Pa Durant la réaction, on introduit dans le réacteur le mélange d'éthylène et de propylène de manière à maintenir constante la pression totale Après 6 heures dezcopolymérisation, on récupère 680 g d'une poudre de copolymère constituée de particules sphériques ayant les caractéristiques suivantes

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teneur en vanadium: 10 parties par million en poids (ppm) IF 5/190: 0,3 g/10 minutes teneur pondérale en motifs dérivés de l'éthylène: 50 % taux de cristallinité: 1 % Dm: 280 microns Dm/Dn: 1,9 avec IF 5/190 étant l'indice de fluidité du copolymère mesuré à 1900 C sous un poids de 5 kg 19 -

Claims (8)

REVENDICATIONS

1 Procédé de préparation d'un catalyseur de type Ziegler-Natta à base d'un composé de vanadium précipité par réduction du vanadium sur un support sphéroïdique de chlorure de magnésium, procédé caractérisé en ce qu'il consiste à mfettre en contact un support comprenant de 80 à 99,5 % en mole de dichlorure de magnésium et de 0,5 à 20 % en mole d'un composé donneur d'électrons exempt d'hydrogène labile, Dl, et se présentant sous la forme de particules sphéroïdiques ayant un diamètre moyen en masse, Dm, de 10 à 100 microns et une distribution granulométrique étroite, telle que le rapport de Dm au diamètre moyen en nombre, Dn, des particules est inférieur à 3, avec successivement au moins un composé donneur d'électrons à hydrogène labile, D 2, puis au moins un composé organométallique réducteur du vanadium, à laver le produit solide résultant de ces deux mises en contact avec un hydrocarbure liquide et ensuite à-mettre le produit solide lavé en contact avec un ou plusieurs composés du vanadium, solubles dans un hydrocarbure liquide, comportant au moins un halogène

et un radical alcoxy.

2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composé donneur d'électrons exempt d'hydrogène labile, Dl, est choisi parmi les éthers, les thioéthers, les sulfones, les sulfoxydes, les

phosphines, les phosphoramides, les amines et les amides.

3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composé donneur d'électrons à hydrogène labile, D 2, est choisi parmi

les alcools et les phénols.

4 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on met en oeuvre de 0,1 à moins de 2 moles du composé D 2 par mole de

magnésium du support.

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Procédé selon revendication 1, caractérisé en ce que le composé organométallique réducteur est choisi parmi les composés

organoaluminiques, organomagnésiums et organozinciques.

6 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on met en oeuvre de 0,1 à 2 moles du composé organométallique réducteur

par mole de magnésium du support.

7 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ou les composés de vanadium comporte au moins un halogène, X, et au moins un radical alcoxy, OR', dans un rapport molaire X/OR' allant de

0,05 à 20.

8 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composé de vanadium à l'une des deux formules générales: V(OR') X ou VO(OR') X 4-m m 3-n n formules dans lesquelles R' représente un radical alcoyle ayant de 1 à 12 atomes de carbone, X un atome d'halogène, m est un nombre entier ou fractionnaire allant de 0,2 à 3,8 et N un nombre entier ou

fractionnaire allant de 0,14 à 2,85.

9 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on met en oeuvre de 0,05 à 2 moles de composé de vanadium par mole de

magnésium du support.

Utilisation du catalyseur préparé selon la revendication 1, pour la fabrication de polyéthylène, de-copolymères de l'éthylène et d'alphaoléfines comportant de 3 à 12 atomes de carbone et de copolymères élastomériques de propylène, d'éthylène at/ou de butène-1,

et éventuellement d'un diène non conjugué.