[发明专利]茂金属催化剂及其应用

说明书

本发明公开了一种茂金属催化剂及其应用，该茂金属催化剂具有如下式I结构：其中，M为Ti、Zr或Hf；R₁为芳基或1‑6个碳的烷基；X₁、X₂和X₃各自独立为与M形成σ‑键的配体。采用本发明茂金属催化剂得到的mPAO具有相对较高的粘度指数，且通过改变温度，或不同链转移剂的使用，可大幅度调节mPAO的运动粘度。

技术领域

本发明涉及α-烯烃聚合制备聚α-烯烃合成油的技术领域，具体涉及一种茂金属聚α-烯烃的合成方法及所用茂金属催化剂。

背景技术

聚α-烯烃(PAO)是合成基础油的一种，是一种由化学合成方法制备的合成烃类润滑油，其组成是比较规则的长链烷烃，是一种性能优异的合成润滑油基础油，是目前合成发动机油、齿轮油和其他工业用油、脂中最为广泛应用的基础油料之一。由其调制的合成油极大地扩展了润滑油脂在低温、高温、高负荷及其他苛刻条件下的应用范围，提供了优异的粘温性能、热氧化安定性、润滑及抗磨损性能和清净性，因而大大地延长了换油期，减缓了设备的腐蚀和磨损，降低了设备的维修周期，提高了设备的利用率和使用寿命。

聚α-烯烃通常通过烯烃催化聚合的技术来生产，使用的原料为C8-C12的α-烯烃中的单体或者混合烯烃，聚合催化剂为路易斯酸型催化剂或齐格勒-纳塔催化剂。通过改进聚合工艺及聚合催化剂来提高基础油的使用性能。经过多年的发展，聚α-烯烃的生产技术有了很大的改进和提高。

为区别于常规的PAO，采用茂金属催化剂所合成的聚α-烯烃被称为茂金属聚α-烯烃，即mPAO(metallence PAO)。通常情况下PAO分子拥有突出的基干，从基干以无序方式伸出长短不一的侧链。而mPAO采用茂金属催化剂合成工艺，茂金属为单活性中心催化剂，其独特的几何结构可得到很均一的化学产品，所以mPAO拥有梳状结构，不存在直立的侧链。与常规PAO相比这种形状拥有改进的流变特性和流动特征，从而可更好地提供剪切稳定性、较低的倾点和较高的黏度指数，特别是由于有较少的侧链而具有比常规PAO高得多的剪切稳定性。这些特性决定了mPAO的使用目标是高苛刻度的应用，包括动力传动系统和齿轮油、压缩机润滑油、传动液和工业润滑油。

茂金属催化合成工艺有以下几个特点：首先，茂金属催化α-烯烃聚合具有非常高的催化活性，可高达到几十甚至上百千克PAO每克催化剂，所以在合成过程中所消耗的催化剂和助催化剂的量非常小；其次，由于茂金属催化剂是单活性中心催化剂，单活性中心聚烯烃催化剂可以很好地控制所合成聚烯烃分子的微观结构，也就是说催化聚合度可随工艺的变动而得到有效调节，具有很大的弹性，从而可以精确控制聚烯烃分子的化学结构、分子量及分子量分布，利用此特点可以根据实际需求直接生产出所需粘度等级的PAO产品，简化了生产工艺流程；再者，由于该催化体系具有很高的催化活性，所以反应周期只有2小时左右，大大缩短了生产周期，提高了生产效率；最后，由于所用的催化剂及助催化剂的量很小，后处理工艺简单，可以有效减少三废的排放。

公开号CN1549852的中国专利披露了一种在单活性中心催化剂存在下制备了一种或多种烯烃低聚物的方法。优选烯烃是α-烯烃，所述低聚物是聚α-烯烃(PAO)。这样制成的PAO完全或基本上不含有由于异构化而产生的叔氢。因此，该PAO具有改善的生物降解性、改善的抗氧化性和/或相对更高的粘度指数。该PAO具有诸如作为润滑剂组分的许多有用的应用。

公开号CN101617033的中国专利发明的润滑油组合物含有100℃的运动粘度为1～5mm²/s的润滑油基油和100℃的运动粘度为20～2000mm²/s的选自烯烃共聚物(OCP)和聚α-烯烃(PAO)的至少1个，100℃的运动粘度为8.0mm²/s以下且粘度指数为155以上。

美国专利US6548723公开了一种利用茂金属或者有机金属胺盐催化1-癸烯和乙烯齐聚制备润滑油基础油PAO的方法，催化剂主要为非桥联的环戊二烯基茂金属，在Al/Zr为1000时所得PAO为低粘度基础油。