DE10052600A1 - Katalysatorträger - Google Patents
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Abstract
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein amorpher Träger für Katalysatoren, enthaltend Aluminiumoxid und Siliciumoxid, der erhältlich ist durch ein Verfahren, bei dem zuerst getrennte Gele von Aluminium(hydr)oxid und Silicium(hydr)oxid hergestellt werden, die beiden Gele anschließend miteinander gemischt und homogenisiert werden und die homogenisierte Mischung sprühgetrocknet wird. Anmeldungsgegenstand sind weiter heterogene Katalysatoren, die diesen Träger enthalten, ein Herstellverfahren für derartige neue Katalysatoren und die Verwendung dieser Katalysatoren zur Olefinpolymerisation bzw. ein Polymerisationsverfahren unter Verwendung der Katalysatoren.
Description
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind ein neuer Träger für Katalysatoren,
heterogene Katalysatoren, die diesen Träger enthalten, ein Herstellverfahren für
derartige neue Katalysatoren und die Verwendung dieser Katalysatoren zur
Olefinpolymerisation bzw. ein Polymerisationsverfahren unter Verwendung der
Katalysatoren.
Die Metallocen-katalysierte Polymerisation erlebt seit Anfang der 80er Jahre
einen enormen Aufschwung. Zunächst als Modellsysteme für die Ziegler-Natta-
Katalyse gedacht, entwickelt sie sich immer mehr zu einem eigenständigen
Verfahren mit einem enormen Potential für die (Co-)Polymerisation von Ethen
sowie höheren 1-Olefinen. Maßgeblich für die rasante Entwicklung ist neben der
aktivitätssteigernden Verwendung des Cokatalysators Methylaluminoxan anstelle
einfacher Trialkylverbindungen die stetige Verbesserung der Aktivität sowie
Stereoselektivität bedingt durch systematische Katalysatorstruktur-
Aktivitätsbeziehungen (G. G. Hlatky, Coord. Chem. Rev. 1999, 181, 243; R.
Mülhaupt, Nachr. Chem. Tech. Lab. 1993, 41, 1341.).
Zum großtechnischen Einsatz in der üblicherweise verwendeten Gas- oder
Suspensionspolymerisationen eignen sich homogene Katalysatoren jedoch nur
bedingt. Es tritt häufig eine Agglomeration der katalytisch aktiven Zentren auf mit
der Folge, das Anbackungen an den Reaktorwänden etc. entstehen, das
sogenannte "reactor fouling". Als Konsequenz wurden deswegen geträgerte
Katalysatoren entwickelt. Der Katalysatorträger soll die genannten Probleme
vermeiden.
Die dabei üblicherweise beschriebenen Trägersubstanzen basieren auf
anorganischen Verbindungen wie Silicium- (z. B. US 4,808,561, US 5,939,347,
WO 96/34898) bzw. Aluminiumoxiden (z. B. M. Kaminaka, K. Soga, Macromol.
Rapid Commun. 1991, 92, 367.) oder Schichtsilicaten (z. B. US 5,830,820; DE-A-
197 27 257; EP-A-849 288), Zeolithen (z. B. L. K. Van Looveren, D. E. De Vos, K.
A. Vercruysse, D. F. Geysen, B. Janssen, P. A. Jacobs, Cat. Lett. 1998, 56(1),
53) oder auch auf Modellsystemen wie Cyclodextrinen (D.-H. Lee, K.-B. Yoon,
Macromol. Rapid Commun. 1994, 15, 841; D. Lee, K. Yoon, Macromol. Symp.
1995, 97, 185.) oder Polysiloxan-Derivaten. (K. Soga, T. Arai, B. T. Hoang, T.
Uozumi, Macromol. Rapid Commun. 1995, 16, 905.).
Bei Verwendung von Trägern tritt als neues Problem der im Vergleich zur
homogenen Polymerisation einhergehende Rückgang von Aktivität und
Selektivität des Katalysators auf.
Jetzt wurde gefunden, dass im besonderen amorphe gemischte Silicium-
/Aluminiumoxide als Träger für die heterogene Metallocenkatalyse hinsichtlich
der Aktivität der Katalysatoren sowie der Morphologie der resultierenden
Polymere von Vorteil sind.
Ein erster Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist dementsprechend ein
amorpher Träger für Katalysatoren, enthaltend Aluminiumoxid und Siliciumoxid,
dadurch gekennzeichnet, dass er erhältlich ist durch ein Verfahren, bei dem
- a) zuerst getrennte Gele von Aluminium(hydr)oxid und Silicium(hydr)oxid hergestellt werden,
- b) die beiden Gele anschließend miteinander gemischt und homogenisiert werden,
- c) die homogenisierte Mischung sprühgetrocknet wird.
Dabei handelt es sich bei den erfindungsgemäßen Trägern nicht um Alumosilicat-
Strukturen, wie man sie beispielsweise erhält, wenn - wie z. B. in US 4778779
oder US 5424258 beschrieben - Silicagel mit γ-Aluminiumoxid bei einer
Reaktionstemperatur von mindestens 500°C zusammenbringt oder die
entsprechenden Halogenide in der Flamme hydrolysiert.
Die erfindungsgemäßen Träger sind amorph, wobei amorph im Sinne von
röntgenamorph zu verstehen ist. D. h. die erfindungsgemäßen Träger liefern bei
der Röntgenbeugung keine scharfen Peaks, sondern lediglich den sehr breiten
als "amorpher Halo" bezeichneten Reflex.
Eingehende Untersuchungen der Träger unter anderem mittels
energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDX) zeigen, dass Aluminium und
Silicium in den Trägerpartikeln homogen verteilt vorliegen. Es sind keine
Domänen erkennbar, in denen nur SiO2 oder nur Al2O3 vorliegt, wie es bei einem
Material, das durch einfaches Mischen der Oxide hergestellt würde, zu erwarten
wäre.
Ohne durch diese Theorie festgelegt zu sein, wird vermutet, dass diese
besondere Struktur wesentlich für einen weiteren Vorteil der erfindungsgemäßen
Träger ist. Die Teilchen des erfindungsgemäßen Trägermaterials erlauben die
Beladung mit Katalysator nach üblichen Methoden, wobei die Partikelgröße durch
den auf die Oberfläche aufgebrachten Katalysator leicht zunimmt, die
Partikelform jedoch weitgehend erhalten bleibt.
Dabei kann durch die besonders gleichmäßige Verteilung von Aluminium und
Silicium in dem Trägermaterial auch eine besonders gleichmäßige Belegung mit
dem Katalysator erreicht werden. Dies erlaubt eine weitgehend
morphologiekontrollierte Polymerisation, die Teilchenform der Polymerpartikel
lässt sich durch geeignete Formwahl der Trägerpartikel beeinflussen. Darüber
hinaus kann eine im Vergleich zu weniger homogenen Trägermaterialien höhere
Belegung mit Katalysator im Verhältnis zur Oberfläche erreicht werden. Damit
verbunden wird eine Erhöhung der Katalysatoraktivität erreicht.
Aufgrund der besonderen erfindungsgemäßen Partikelbeschaffenheit wird
erreicht, dass die Trägermaterialteilchen während der Polymerisation zerbrechen
und so die an ihrer inneren Oberfläche gebunden Katalysatorzentren verfügbar
machen, was zu einer Zunahme der Katalysatoraktivität im Vergleich zu stabilen
Trägerpartikeln führt. Ein weiterer Vorteil des Zerbrechens besteht darin, dass in
dem resultierenden Polymer nur noch winzige Trägerpartikel umhüllt von Polymer
vorliegen, welche die anwendungsrelevanten physikalischen und chemischen
Eigenschaften der Polymere nicht signifikant beeinflussen.
Dabei unterscheiden sich die erfindungsgemäßen Träger auch von den Trägern,
gemäß der Europäischen Patentanmeldung EP-A-0 745 557, die nach einem
Verfahren hergestellt werden, bei dem ein gemischtes poröses, sphärisches
Silicium/Aluminiumoxid durch eine Emulsionspolymerisation ausgehend von
hydrolisiertem Siliciumalkoxid und Aluminiumoxid hergestellt wird. Bei den
erfindungsgemäßen Trägern wird zum einen durch die Homogenisierung eine
besonders gleichmäßige Verteilung von Aluminium und Silicium erreicht und zum
anderen durch die schnelle Trocknung, die mit einer Schrumpfung der Teilchen
um etwa Faktor 3 verbunden ist, eine besonders fragile Struktur erhalten. Wie
bereits oben diskutiert, wirken sich diese Parameter während der Polymerisation
positiv aus.
Der erfindungsgemäße Katalysatorträger wird in einem mehrstufigen Verfahren
hergestellt. Dabei werden die beiden Silicium- und Aluminiumkomponenten
zunächst auf getrenntem Wege bereitgestellt: Aluminum(hydr)oxid erhält man
beispielsweise durch alkalische Fällung aus Aluminiumsalzen, wie beispielsweise
aus Aluminiumsulfat, -acetat oder -oxalat. Möglich ist jedoch auch der direkte
Einsatz käuflicher Aluminiumhydroxide. Silicium(hydr)oxid kann durch
vergleichbare Vorgehensweise aus Kieselsäure oder hydrolysierbaren
molekularen Vorstufen, wie Siliciumtetrachlorid oder ortho-Kieselsäureestern
niederer Alkohole, wie vorzugsweise Tetraethoxysilan, erhalten werden. Die
beiden als Gele erhaltenen (Hydr)oxide werden nach Einstellung des
gewünschten Silicium-/Aluminiumverhältnisses homogenisiert und anschließend
sprühgetrocknet. Durch den Sprühtrocknungsprozess bleiben die amorphen
Struktureinheiten erhalten. Abschließend kann das Material salzfrei gewaschen
und klassiert werden.
Die Bezeichnung Aluminum- bzw. Silicium(hydr)oxid kennzeichnet im Rahmen
der vorliegenden Erfindung Zwischenstufen, die eine polymere Struktur
aufweisen, sich jedoch noch deutlich von der 3-dimensionalen Raumnetzstrukur
der Oxide unterscheiden und im Vergleich zu den Oxiden eine deutlich erhöhte
Reaktivität, bedingt durch den höheren Anteil von Hydroxygruppen aufweisen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden sphärische Teilchen
erhalten. Sphärisch bedeutet dabei, dass die Teilchen in rasterelektronen
mikroskopischen Aufnahmen den Eindruck von Kugeln erwecken. Quantifizierbar
ist "sphärisch" in dem Sinne, dass die Mittelwerte der 3 aufeinander senkrecht
stehenden Durchmesser der Teilchen maximal um 50% der Länge voneinander
abweichen. D. h. alle Verhältnisse der drei aufeinander senkrecht stehende
Durchmesser liegen jeweils im Bereich 1,5 : 1 bis 1 : 1,5. Vorzugsweise liegen die
Verhältnisse der 3 mittleren Durchmesser sogar alle im Bereich 1,3 : 1 bis 1 : 1,3,
d. h. die Durchmesser weichen um maximal 30% voneinander ab.
Das erfindungsgemäße Trägermaterial besitzt üblicherweise mittlere
Partikelgrößen im Bereich von 1 bis 100 µm, vorzugsweise im Bereich von 3 bis
50 µm. Die Korngrößenverteilung kann dabei durch eine Klassierung,
beispielsweise durch Windsichtung gesteuert werden. Die Oberfläche der
Teilchen - bestimmt nach der BET-Methode (S. Brunnauer, P. H. Emmett, E.
Teller, J. Am. Chem. Soc. 1938, 60, 309) - liegt im Bereich von 50 bis 500 m2/g,
wobei Oberflächen im Bereich von 150 bis 450 m2/g bevorzugt sind. Das
Porenvolumen, ebenfalls gemessen nach der BET-Methode, liegt im Bereich von
0,5 bis 4,5 ml/g, wobei das Porenvolumen vorzugsweise oberhalb von 0,8 ml/g
und insbesondere bevorzugt im Bereich von 1,5 bis 4,0 ml/g liegt.
Wesentlich für die Oberfläche und das Porenvolumen des Trägermaterials ist das
Verhältnis von SiO2 zu Al2O3 in dem Trägermaterial. Nach der Theorie ist zu
erwarten, dass es bei Trägern, die eine besonders große Oberfläche aufweisen
sollen oder bei denen die Porenvolumina besonders groß sein sollen, von Vorteil
ist, wenn das Verhältnis SiO2 zu Al2O3 möglichst groß ist, d. h. wenn möglichst
wenig Aluminiumoxid enthalten ist.
Für einen hohen Anteil von Al2O3 spricht die höhere Lewis-Acidität des Materials.
Weiter ist zu erwarten, dass die Dichte der Oberflächen-gebundenen OH-
Gruppen im Falle eines Trägermaterials mit hohem Aluminiumoxid-Anteil höher
ist, da gefunden wurde, dass Aluminiumoxide eine höhere OH-Dichte aufweisen
als gebräuchliche Silicagele (D. Harrison, I. M. Coulter, S. Wang, S. Nistala, B. A.
Kintz, M. Pigeon, J. Tian, S. Collins, J. Mol. Cat. A: Chem. 1998, 128, 65.). Daher
ist dann, wenn eine möglichst hohe Oberflächenbelegung mit Katalysator
angestrebt wird, ein hoher Anteil von Aluminiumoxid anzustreben.
Aufgrund dieser gegenläufigen Effekte können erfindungsgemäß die
verschiedensten Verhältnisse von SiO2 zu Al2O3 bevorzugt sein. Dabei liegen die
Verhältnisse von SiO2 zu Al2O3 üblicherweise in dem Bereich von 100 : 1 bis 1 : 2,
wobei Verhältnisse größer als 1 : 1 und insbesondere größer als 2 : 1 bevorzugt
sind. Dabei kann es im Sinne der gleichzeitigen Optimierung der oben
beschriebenen gegenläufigen Effekte besonders bevorzugt sein, ein Verhältnis
von SiO2 zu Al2O3 in dem Bereich 20 : 1 bis 5 : 1 einzustellen.
Der pH-Wert des erfindungsgemäßen Trägermaterials liegt vorzugsweise bei pH-
Werten kleiner oder gleich 7.
Die erfindungsgemäßen Träger eignen sich als Träger für die verschiedensten
Katalysatoren. Prinzipiell können alle homogenen Katalysatoren mit Hilfe dieser
Träger immobilisiert werden.
In einer besonders bedeutenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
werden die Träger als Träger für Katalysatoren zur Olefinpolymerisation
eingesetzt.
Übliche Katalysatorsysteme zur Polymerisation von Olefinen bestehen dabei aus
einer Verbindung eines Übergangsmetalles aus der 3. bis 8. Nebengruppe des
Periodensystems und einem Cokatalysator der üblicherweise eine Organometall-
Verbindung eines (Halb-)metalls der 3 oder 4. Hauptgruppe des Periodensystems
ist.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein heterogener
Katalysator, der mindestens einen amorphen, sphärischen Träger, wie er oben
beschrieben ist, mindestens eine Verbindung eines Übergangsmetalles aus der
3. bis 8. Nebengruppe des Periodensystems und mindestens eine Organometall-
Verbindung eines (Halb-)metalls der 3 oder 4. Hauptgruppe des Periodensystems
enthält, wobei die beiden Metallverbindungen auf dem Träger absorbiert sind und
gemeinsam die katalytisch aktive Spezies bilden.
Bei der Verbindung eines Übergangsmetalles aus der 3. bis 8. Nebengruppe des
Periodensystems, die im folgenden auch als "Katalysator" bezeichnet wird,
handelt es sich vorzugsweise um eine Komplexverbindung, insbesondere
bevorzugt um eine Metallocenverbindung. Prinzipiell kann es sich dabei um jedes
Metallocen handeln. Denkbar sind dabei verbrückte (ansa-) wie unverbrückte
Metallocenkomplexe mit (substituierten) π-Liganden wie Cyclopentadienyl-,
Indenyl- oder Fluorenyl-Liganden, wobei sich symmetrische oder
unsymmetrische Komplexe mit Zentralmetallen aus der 3. bis 8. Gruppe ergeben.
Vorzugsweise werden als Zentralmetall die Elemente Titan, Zirconium, Hafnium,
Vanadium, Palladium, Nickel, Cobalt, Eisen und Chrom eingesetzt, wobei Titan
und insbesondere Zirconium besonders bevorzugt sind.
Geeignete Zirconiumverbindungen sind beispielsweise:
Bis(cyclopentadienyl)zirconium-monochlorid-monohydrid,
Bis(cyclopentadienyl)zirconium-monobromid-monohydrid,
Bis(cyclopentadienyl)methylzirconium-hydrid,
Bis(cyclopentadienyl)ethylzirconium-hydrid,
Bis(cyclopentadienyl)cyclohexylzirconium-hydrid,
Bis(cyclopentadienyl)phenylzirconium-hydrid,
Bis(cyclopentadienyl)benzylzircronium-hydrid,
Bis(cyclopentadienyl)neopentylzirconium-hydrid,
Bis(methylcyclopentadienyl)zirconium-monochlorid-monohydrid,
Bis(indenyl)zirconium-monochlorid-monohydrid,
Bis(cyclopentadienyl)zirconium-dichlorid,
Bis(cyclopentadienyl)zirconium-dibromid,
Bis(cyclopentadienyl)methylzirconium-monochlorid,
Bis(cyclopentadienyl)ethylzirconium-monochlorid,
Bis(cyclopentadienyl)cyclohexylzirconium-monochlorid,
Bis(cyclopentadienyl)phenylzirconium-monochlorid,
Bis(cyclopentadienyl)benzylzirconium-monochlorid,
Bis(methylcyclopentadienyl)zirconium-dichlorid,
Bis-(1,3-dimethylcyclopentadienyl)zirconium-dichlorid,
Bis(n-butylcyclopentadienyl)zirconium-dichlorid,
Bis(n-propylcyclopentadienyl)zirconium-dichlorid,
Bis(iso-butylcyclopentadienyl)zirconium-dichlorid,
Bis(cyclopentylcylopentadienyl)zirconium-dichlorid,
Bis(octadecylcyclopentadienyl)zirconium-dichlorid,
Bis(indenyl)zirconium-dichlorid,
Bis(indenyl)zirconium-dibromid,
Bis(indenyl)zirconium-dimethyl,
Bis(4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl)dimethylzirconium,
Bis(cyclopentadienyl)diphenylzirconium,
Bis(cyclopentadienyl)dibenzylzirconium,
Bis(cyclopentadienyl)methoxyzirconium-chlorid,
Bis(cyclopentadienyl)ethoxyzirconium-chlorid,
Bis(cyclopentadienyl)butoxyzirconium-chlorid,
Bis(cyclopentadienyl)2-ethylhexoxyzirconium-chlorid,
Bis(cyclopentadienyl)methylzirconium-ethoxid,
Bis(cyclopentadienyl)methylzirconium-butoxid,
Bis(cyclopentadienyl)ethylzirconium-ethoxid,
Bis(cyclopentadienyl)phenylzirconium-ethoxid,
Bis(cyclopentadienyl)benzylzirconium-ethoxid,
Bis(methylcyclopentadienyl)ethoxyzirconium-chlorid,
Bis(indenyl)ethoxyzirconium-chlorid,
Bis(cyclopentadienyl)ethoxyzirconium,
Bis(cyclopentadienyl)butoxyzirconium,
Bis(cyclopentadienyl)2-ethylhexoxyzirconium,
Bis(cyclopentadienyl)phenoxyzirconium-monochlorid,
Bis(cyclopentadienyl)cyclohexoxyzirconium-chlorid,
Bis(cyclopentadienyl)phenylmethoxyzirconium-chlorid
Bis(cyclopentadienyl)methylzirconium-phenylmethoxid
Bis(cyclopentadiphenyl)trimethylsiloxyzirconium-chlorid,
Bis(cyclopentadienyl)triphenylsiloxyzirconium-chlorid,
Bis(cyclopentadienyl)thiophenylzirconium-chlorid,
Bis(cyclopentadienyl)neoethylzirconium-chlorid,
Bis(cyclopentadienyl)bis(dimethylamide)zirconium,
Bis(cyclopentadienyl)diethylamidezirconium-chlorid,
Dimethylsilylenbis(4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl)zirconium-dichlorid,
Dimethylsilylenbis(4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl)dimethylzirconium,
Dimethylsilylenbis(2-methyl-4,5-benzoindenyl)zirconium-dichlorid,
Dimethylsilylenbis(4-tert-butyl-2-methylcyclopentadienyl)zirconium-dichlorid,
Dimethylensilylbis(4-tert-butyl-2-methylcyclopentadienyl)dimethylzirconium,
Ethylenbis(indenyl)ethoxyzirconium-chlorid,
Ethylenbis(4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl)ethoxyzirconium-chlorid,
Ethylenbis(indenyl)dimethylzirconium,
Ethylenbis(indenyl)diethylzirconium,
Ethylenbis(indenyl)diphenylzirconium,
Ethylenbis(indenyl)dibenzylzirconium,
Ethylenbis(indenyl)methylzirconium-monobromid,
Ethylenbis(indenyl)ethylzirconium-monochlorid,
Ethylenbis(indenyl)benzylzirconium-monochlorid,
Ethylenbis(indenyl)methylzirconium-monochlorid,
Ethylenbis(indenyl)zirconium-dichlorid,
Ethylenbis(indenyl)zirconium-dibromid,
Ethylenbis(4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl)-dimethylzirconium,
Ethylenbis(4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl)methylzirconium-monochlorid,
Ethylenbis(4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl)zirconium-dichlorid,
Ethylenbis(4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl)zirconium-dibromid,
Ethylenbis(4-methyl-1-indenyl)zirconium-dichlorid,
Ethylenbis(5-methyl-1-indenyl)zirconium-dichlorid,
Ethylenbis(6-methyl-1-indenyl)zirconium-dichlorid,
Ethylenbis(7-methyl-1-indenyl)zirconium-dichlorid,
Ethylenbis(5-methoxy-1-indenyl)zirconium-dichlorid,
Ethylenbis(2,3-dimethyl-1-indenyl)zirconium-dichlorid,
Ethylenbis(4,7-dimethyl-1-indenyl)zirconium-dichlorid,
Ethylenbis(4,7-dimethoxy-1-indenyl)zirconium-dichlorid,
Ethylenbis(indenyl)zirconium-dimethoxid,
Ethylenbis(indenyl)zirconium-diethoxid,
Ethylenbis(indenyl)methoxyzirconium-chlorid,
Ethylenbis(indenyl)ethoxyzirconium-chlorid,
Ethylenbis(indenyl)methylzirconium-ethoxid,
Ethylenbis(4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl)zirconium-dimethoxid,
Ethylenbis(4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl)zirconium-diethoxid,
Ethylenbis(4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl)methoxyzirconium-chlorid,
Ethylenbis(4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl)ethoxyzirconium-chlorid,
Ethylenbis(4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl)methylzirconium-ethoxid,
Ethylenbis(4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl)dimethylzirconium,
Isopropylen(cyclopentadienyl)(1-fluorenyl)zirconium-dichlorid,
Diphenylmethylen(cyclopentadienyl)(1-fluorenyl)zirconium-dichlorid.
Bis(cyclopentadienyl)zirconium-monochlorid-monohydrid,
Bis(cyclopentadienyl)zirconium-monobromid-monohydrid,
Bis(cyclopentadienyl)methylzirconium-hydrid,
Bis(cyclopentadienyl)ethylzirconium-hydrid,
Bis(cyclopentadienyl)cyclohexylzirconium-hydrid,
Bis(cyclopentadienyl)phenylzirconium-hydrid,
Bis(cyclopentadienyl)benzylzircronium-hydrid,
Bis(cyclopentadienyl)neopentylzirconium-hydrid,
Bis(methylcyclopentadienyl)zirconium-monochlorid-monohydrid,
Bis(indenyl)zirconium-monochlorid-monohydrid,
Bis(cyclopentadienyl)zirconium-dichlorid,
Bis(cyclopentadienyl)zirconium-dibromid,
Bis(cyclopentadienyl)methylzirconium-monochlorid,
Bis(cyclopentadienyl)ethylzirconium-monochlorid,
Bis(cyclopentadienyl)cyclohexylzirconium-monochlorid,
Bis(cyclopentadienyl)phenylzirconium-monochlorid,
Bis(cyclopentadienyl)benzylzirconium-monochlorid,
Bis(methylcyclopentadienyl)zirconium-dichlorid,
Bis-(1,3-dimethylcyclopentadienyl)zirconium-dichlorid,
Bis(n-butylcyclopentadienyl)zirconium-dichlorid,
Bis(n-propylcyclopentadienyl)zirconium-dichlorid,
Bis(iso-butylcyclopentadienyl)zirconium-dichlorid,
Bis(cyclopentylcylopentadienyl)zirconium-dichlorid,
Bis(octadecylcyclopentadienyl)zirconium-dichlorid,
Bis(indenyl)zirconium-dichlorid,
Bis(indenyl)zirconium-dibromid,
Bis(indenyl)zirconium-dimethyl,
Bis(4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl)dimethylzirconium,
Bis(cyclopentadienyl)diphenylzirconium,
Bis(cyclopentadienyl)dibenzylzirconium,
Bis(cyclopentadienyl)methoxyzirconium-chlorid,
Bis(cyclopentadienyl)ethoxyzirconium-chlorid,
Bis(cyclopentadienyl)butoxyzirconium-chlorid,
Bis(cyclopentadienyl)2-ethylhexoxyzirconium-chlorid,
Bis(cyclopentadienyl)methylzirconium-ethoxid,
Bis(cyclopentadienyl)methylzirconium-butoxid,
Bis(cyclopentadienyl)ethylzirconium-ethoxid,
Bis(cyclopentadienyl)phenylzirconium-ethoxid,
Bis(cyclopentadienyl)benzylzirconium-ethoxid,
Bis(methylcyclopentadienyl)ethoxyzirconium-chlorid,
Bis(indenyl)ethoxyzirconium-chlorid,
Bis(cyclopentadienyl)ethoxyzirconium,
Bis(cyclopentadienyl)butoxyzirconium,
Bis(cyclopentadienyl)2-ethylhexoxyzirconium,
Bis(cyclopentadienyl)phenoxyzirconium-monochlorid,
Bis(cyclopentadienyl)cyclohexoxyzirconium-chlorid,
Bis(cyclopentadienyl)phenylmethoxyzirconium-chlorid
Bis(cyclopentadienyl)methylzirconium-phenylmethoxid
Bis(cyclopentadiphenyl)trimethylsiloxyzirconium-chlorid,
Bis(cyclopentadienyl)triphenylsiloxyzirconium-chlorid,
Bis(cyclopentadienyl)thiophenylzirconium-chlorid,
Bis(cyclopentadienyl)neoethylzirconium-chlorid,
Bis(cyclopentadienyl)bis(dimethylamide)zirconium,
Bis(cyclopentadienyl)diethylamidezirconium-chlorid,
Dimethylsilylenbis(4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl)zirconium-dichlorid,
Dimethylsilylenbis(4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl)dimethylzirconium,
Dimethylsilylenbis(2-methyl-4,5-benzoindenyl)zirconium-dichlorid,
Dimethylsilylenbis(4-tert-butyl-2-methylcyclopentadienyl)zirconium-dichlorid,
Dimethylensilylbis(4-tert-butyl-2-methylcyclopentadienyl)dimethylzirconium,
Ethylenbis(indenyl)ethoxyzirconium-chlorid,
Ethylenbis(4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl)ethoxyzirconium-chlorid,
Ethylenbis(indenyl)dimethylzirconium,
Ethylenbis(indenyl)diethylzirconium,
Ethylenbis(indenyl)diphenylzirconium,
Ethylenbis(indenyl)dibenzylzirconium,
Ethylenbis(indenyl)methylzirconium-monobromid,
Ethylenbis(indenyl)ethylzirconium-monochlorid,
Ethylenbis(indenyl)benzylzirconium-monochlorid,
Ethylenbis(indenyl)methylzirconium-monochlorid,
Ethylenbis(indenyl)zirconium-dichlorid,
Ethylenbis(indenyl)zirconium-dibromid,
Ethylenbis(4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl)-dimethylzirconium,
Ethylenbis(4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl)methylzirconium-monochlorid,
Ethylenbis(4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl)zirconium-dichlorid,
Ethylenbis(4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl)zirconium-dibromid,
Ethylenbis(4-methyl-1-indenyl)zirconium-dichlorid,
Ethylenbis(5-methyl-1-indenyl)zirconium-dichlorid,
Ethylenbis(6-methyl-1-indenyl)zirconium-dichlorid,
Ethylenbis(7-methyl-1-indenyl)zirconium-dichlorid,
Ethylenbis(5-methoxy-1-indenyl)zirconium-dichlorid,
Ethylenbis(2,3-dimethyl-1-indenyl)zirconium-dichlorid,
Ethylenbis(4,7-dimethyl-1-indenyl)zirconium-dichlorid,
Ethylenbis(4,7-dimethoxy-1-indenyl)zirconium-dichlorid,
Ethylenbis(indenyl)zirconium-dimethoxid,
Ethylenbis(indenyl)zirconium-diethoxid,
Ethylenbis(indenyl)methoxyzirconium-chlorid,
Ethylenbis(indenyl)ethoxyzirconium-chlorid,
Ethylenbis(indenyl)methylzirconium-ethoxid,
Ethylenbis(4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl)zirconium-dimethoxid,
Ethylenbis(4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl)zirconium-diethoxid,
Ethylenbis(4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl)methoxyzirconium-chlorid,
Ethylenbis(4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl)ethoxyzirconium-chlorid,
Ethylenbis(4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl)methylzirconium-ethoxid,
Ethylenbis(4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl)dimethylzirconium,
Isopropylen(cyclopentadienyl)(1-fluorenyl)zirconium-dichlorid,
Diphenylmethylen(cyclopentadienyl)(1-fluorenyl)zirconium-dichlorid.
Geeignete Titanverbindungen sind beispielsweise:
Bis(cyclopentadienyl)titan-monochlorid-monohydrid,
Bis(cyclopentadienyl)methyltitan-hydrid,
Bis(cyclopentadienyl)phenyltitan-chlorid,
Bis(cyclopentadienyl)benzyltitan-chlorid,
Bis(cyclopentadienyl)titan-dichlorid,
Bis(cyclopentadienyl)dibenzyl-titan,
Bis(cyclopentadienyl)ethoxytitan-chlorid,
Bis(cyclopentadienyl)butoxytitan-chlorid,
Bis(cyclopentadienyl)methyltitan-ethoxid,
Bis(cyclopentadienyl)phenoxytitan-chlorid,
Bis(cyclopentadienyl)trimethylsiloxytitan-chlorid,
Bis(cyclopentadienyl)thiophenyltitan-chlorid,
Bis(cyclopentadienyl)bis(dimethylamide)titan,
Bis(cyclopentadienyl)ethoxytitan,
Bis(n-butylcyclopentadienyl)titan-dichlorid,
Bis(cyclopentylcylopentadienyl)titan-dichlorid,
Bis(indenyl)titan-dichlorid,
Ethylenbis(indenyl)titan-dichlorid
Ethylenbis(4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl)titan-dichlorid und
Dimethylsilylen(tetramethylcyclopentadienyl)(tert-butylamid)titan-dichlorid.
Bis(cyclopentadienyl)titan-monochlorid-monohydrid,
Bis(cyclopentadienyl)methyltitan-hydrid,
Bis(cyclopentadienyl)phenyltitan-chlorid,
Bis(cyclopentadienyl)benzyltitan-chlorid,
Bis(cyclopentadienyl)titan-dichlorid,
Bis(cyclopentadienyl)dibenzyl-titan,
Bis(cyclopentadienyl)ethoxytitan-chlorid,
Bis(cyclopentadienyl)butoxytitan-chlorid,
Bis(cyclopentadienyl)methyltitan-ethoxid,
Bis(cyclopentadienyl)phenoxytitan-chlorid,
Bis(cyclopentadienyl)trimethylsiloxytitan-chlorid,
Bis(cyclopentadienyl)thiophenyltitan-chlorid,
Bis(cyclopentadienyl)bis(dimethylamide)titan,
Bis(cyclopentadienyl)ethoxytitan,
Bis(n-butylcyclopentadienyl)titan-dichlorid,
Bis(cyclopentylcylopentadienyl)titan-dichlorid,
Bis(indenyl)titan-dichlorid,
Ethylenbis(indenyl)titan-dichlorid
Ethylenbis(4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl)titan-dichlorid und
Dimethylsilylen(tetramethylcyclopentadienyl)(tert-butylamid)titan-dichlorid.
Geeignete Hafniumverbindungen sind beispielsweise:
Bis(Cyclopentadienyl)hafnium-monochlorid-monohydrid,
Bis(cyclopentadienyl)ethylhafnium-hydrid,
Bis(cyclopentadienyl)phenylhafnium-chlorid,
Bis(cyclopentadienyl)hafnium-dichlorid,
Bis(cyclopentadienyl)benzyl-hafnium,
Bis(cyclopentadienyl)ethoxyhafnium-chlorid,
Bis(cyclopentadienyl)butoxyhafnium-chlorid,
Bis(cyclopentadienyl)methylhafnium-ethoxid,
Bis(cyclopentadienyl)phenoxyhafnium-chlorid,
Bis(cyclopentadienyl)thiophenylhafnium-chlorid,
Bis(cyclopentadienyl)bis(diethylamid)hafnium,
Ethylenbis(indenyl)hafnium-dichlorid,
Ethylenbis(4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl)hafnium-dichlorid und
Dimethylsilylenbis(4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl)hafnium-dichlorid.
Bis(Cyclopentadienyl)hafnium-monochlorid-monohydrid,
Bis(cyclopentadienyl)ethylhafnium-hydrid,
Bis(cyclopentadienyl)phenylhafnium-chlorid,
Bis(cyclopentadienyl)hafnium-dichlorid,
Bis(cyclopentadienyl)benzyl-hafnium,
Bis(cyclopentadienyl)ethoxyhafnium-chlorid,
Bis(cyclopentadienyl)butoxyhafnium-chlorid,
Bis(cyclopentadienyl)methylhafnium-ethoxid,
Bis(cyclopentadienyl)phenoxyhafnium-chlorid,
Bis(cyclopentadienyl)thiophenylhafnium-chlorid,
Bis(cyclopentadienyl)bis(diethylamid)hafnium,
Ethylenbis(indenyl)hafnium-dichlorid,
Ethylenbis(4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl)hafnium-dichlorid und
Dimethylsilylenbis(4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl)hafnium-dichlorid.
Geeignete Eisenverbindungen sind beispielsweise:
2,6-[1-(2,6-diisopropylphenylimino)ethyl]pyridineisen-dichlorid,
2,6-[1-(2,6-dimethylphenylimino)ethyl]pyridineisen-dichlorid
2,6-[1-(2,6-diisopropylphenylimino)ethyl]pyridineisen-dichlorid,
2,6-[1-(2,6-dimethylphenylimino)ethyl]pyridineisen-dichlorid
Geeignete Nickelverbindungen sind beispielsweise:
(2,3-Bis-(2,6-diisopropylphenylimino)butan)nickel-dibromid,
1,4-Bis(2,6-diisopropylphenyl)acenaphthendiiminnickel-dichlorid,
1,4-Bis(2,6-diisopropylphenyl)acenaphthendiiminnickel-dibromid.
(2,3-Bis-(2,6-diisopropylphenylimino)butan)nickel-dibromid,
1,4-Bis(2,6-diisopropylphenyl)acenaphthendiiminnickel-dichlorid,
1,4-Bis(2,6-diisopropylphenyl)acenaphthendiiminnickel-dibromid.
Geeignete Palladiumverbindungen sind beispielsweise:
(2,3-Bis-(2,6-diisopropylphenylimino)butan)palladium-dichlorid und (2,3-Bis-(2,6-diisopropylphenylimino)butan)dimethylpalladium.
(2,3-Bis-(2,6-diisopropylphenylimino)butan)palladium-dichlorid und (2,3-Bis-(2,6-diisopropylphenylimino)butan)dimethylpalladium.
Besonders bevorzugt ist dabei der Einsatz von Zirconium-Verbindungen, wobei
die Verbindungen Bis(cyclopentadienyl)zirconium-dichlorid, Bis(n-butylcyclo
pentadienyl)zirconium-dichlorid, Ethylenbis(4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl)
zirconium-dichlorid, Bis(methylcyclopentadienyl)zirconium-dichlorid und Bis-(1,3-
dimethylcyclopentadienyl)zirconium-dichlorid besonders bevorzugt sind.
Bei der Verbindung eines Übergangsmetalles aus der 3. bis 8. Nebengruppe
kann es sich erfindungsgemäß jedoch auch um eine klassische Ziegler-Natta-
Verbindung, wie Titantetrachlorid, Tetraalkoxytitan, Alkoxytitanchloride,
Vanadiumhalogenide, Vanadiumoxidhalogenide und Alkoxyvanadium
verbindungen, in denen die Alkylreste 1 bis 20 C-Atome aufweisen, handeln.
Erfindungsgemäß können sowohl reine Übergangsmetallverbindungen als auch
Mischungen verschiedener Übergangsmetallverbindungen eingesetzt werden,
wobei sowohl Mischungen von Metallocenen oder Ziegler-Natta-Verbindungen
untereinander als auch Mischungen von Metallocenen mit Ziegler-Natta-
Verbindungen vorteilhaft sein können.
Bei der Organometall-Verbindung eines (Halb-)metalls der 3 oder 4. Hauptgruppe
des Periodensystems, die im folgenden auch als "Cokatalysator" bezeichnet wird,
handelt es sich vorzugsweise um eine Verbindung der Elemente Bor, Aluminium,
Zinn oder Silicium, vorzugsweise um eine Verbindung von Bor oder Aluminium.
Dabei sind halogenidfreie Verbindungen bevorzugt. Die organischen Reste der
Verbindungen sind vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe, die die Reste
Alkyl-, Alkenyl-, Aryl-, Alkaryl-, Aralkyl-, Alkoxy-, Aryloxy-, Alkaryloxy- und
Aralkoxy- bzw. fluorsubstituierte Derivate enthält.
Bevorzugte Verbindungen sind Trialkylaluminiumverbindungen, wie Trimethyl
aluminium, Triethylaluminium, Tripropylaluminium und Triisopropylaluminium.
Insbesondere bevorzugt sind dabei auch Aluminoxane mit Alkylgruppen am
Aluminium, wie Methyl, Ethyl-, Propyl-, Isobutyl-, Phenyl- oder Benzylaluminoxan,
wobei Methylaluminoxan, das häufig mit der Abkürzung MAO bezeichnet wird,
besonders bevorzugt ist.
Die mittlere Partikelgröße der Katalysatorteilchen liegt üblicherweise im Bereich
von 1 bis 150 µm, vorzugsweise im Bereich von 3 bis 75 µm.
Durch die speziellen Eigenschaften des Trägers erlaubt der erfindungsgemäße
heterogene Katalysator die Herstellung von Polymerpartikeln mit steuerbarer
Korngröße und -form. Die Korngröße kann dabei im Bereich von etwa 50 µm bis
etwa 3 mm eingestellt werden. Eine bevorzugte Kornform ist die Kugelform, die,
wie oben beschrieben, durch sphärische Trägerteilchen mit einer besonders
gleichmäßigen Katalysatorbelegung eingestellt werden kann.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur
Herstellung des erfindungsgemäßen heterogenen Katalysators geeignet zur
Synthese von Polyolefinen bei dem
a) ein amorpher Träger, wie er oben beschrieben ist, mit mindestens einer
Organometall-Verbindung eines (Halb-)metalls der 3 oder 4.
Hauptgruppe des Periodensystems und
b) mit mindestens einer Verbindung eines Übergangsmetalles aus der 3.
bis 8. Nebengruppe des Periodensystems zu dem heterogenen
Katalysator umgesetzt wird.
Bei der Organometall-Verbindung eines (Halb-)metalls der 3. oder 4.
Hauptgruppe des Periodensystems und der Verbindung eines
Übergangsmetalles aus der 3. bis 8. Nebengruppe des Periodensystems handelt
es sich dabei um die bereits weiter oben beschriebenen Verbindungen.
Die Herstellung des heterogenen Katalysators unter Einsatz des
endungsgemäßen Trägers kann nach verschiedenen Verfahren unter
besonderer Berücksichtigung der Reihenfolge der Umsetzung der Komponenten
miteinander erfolgen:
In einem bevorzugten Verfahren wird zuerst der Cokatalysators auf dem Träger
absorbiert und anschließend der Katalysator zugegeben. In einem anderen
ebenfalls bevorzugten Verfahren wird eine Mischung aus Katalysator und
Cokatalysator auf dem Träger absorbiert. In bestimmten Fällen kann es auch
bevorzugt sein, zuerst den Katalysator auf dem Träger zu immobilisieren und
anschließend mit dem Cokatalysator umzusetzen.
Alternativ kann beispielsweise auch der Cokatalysator Methylaluminoxan in situ
durch Reaktion von Trimethylaluminium mit einem wasserhaltigem
Trägermaterial erzeugt werden.
Auch die direkte chemische Anbindung des Metallocen-Katalysators am Träger
mit Hilfe einer Spacer- bzw. Ankergruppe ist ein möglicher Schritt bei der
Herstellung des heterogenen Katalysators.
Dabei kann es bevorzugt sein, den erfindungsgemäßen Träger vor der
Umsetzung mit Katalysator oder Cokatalysator zu trocknen. Vorzugsweise findet
diese Trocknung bei Temperaturen unterhalb 400°C statt und führt bevorzugt zu
Wassergehalten (Karl-Fischer-Analyse) im Bereich von 0,5 bis 8,0 Gew.-%
Wasser.
Üblicherweise wird der Träger in einem inerten Lösungsmittel suspendiert, und
Katalysator und Cokatalysator werden als Lösung oder Suspension zugegeben.
Nach den einzelnen Umsetzungsschritten kann zur Reinigung mit einem
geeigneten Lösungsmittel gewaschen werden.
Dabei werden alle Verfahrensschritte der Katalysatorherstellung vorzugsweise
unter Schutzgas, beispielsweise Argon oder Stickstoff, durchgeführt.
Als inerte Lösungsmittel eignen sich beispielsweise Pentan, Isopentan, Hexan,
Heptan, Octan, Nonan, Cyclopentan, Cyclohexan, Benzol, Toluol, Xylol,
Ethylbenzol und Diethylbenzol.
In einer insbesondere bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird der Träger mit einem Aluminoxan, vorzugsweise handelsüblichem
Methylaluminoxan umgesetzt. Dabei wird der oxidische Träger z. B. in Toluol
suspendiert und anschließend bei Temperaturen zwischen 0 und 140°C mit der
Aluminiumkomponente ca. 30 min umgesetzt. Nach mehrmaligem Waschen wird
das heterogenisierte Methylaluminoxan erhalten.
Der geträgerte Cokatalysator wird anschließend mit einem Metallocen,
vorzugsweise Dicyclopentadienylzirconiumdichlorid in Kontakt gebracht, wobei
das Katalysator/Cokatalysator-Verhältnis zwischen 1 und 1 : 100 000 liegt. Die
Mischzeit beträgt 5 min bis 48 h, vorzugsweise 5 bis 60 Minuten.
Das eigentlich katalytisch aktive Zentrum des erfindungsgemäßen heterogenen
Katalysators bildet sich erst bei der Reaktion des Trägers mit den Komponenten
Katalysator und Cokatalysator.
Erfindungsgemäß bevorzugt werden die heterogenen Katalysatoren zur
Herstellung von Polyolefinen eingesetzt.
Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist dementsprechend auch die
Verwendung eines heterogenen Katalysators wie er oben beschrieben ist zur
Herstellung von Polyolefinen.
Unter Polyolefinen werden dabei ganz allgemein makromolekulare Verbindungen
verstanden, die durch Polymerisation von substituierten oder unsubstituierten
Kohlenwasserstoffverbindungen mit mindestens einer Doppelbindung im
Monomer-Molekül erhalten werden können.
Olefin-Monomere weisen dabei vorzugsweise eine Struktur gemäß der Formel
R1CH=CHR2 auf, wobei R1 und R2 gleich oder verschieden sein können und
ausgewählt sind aus der Gruppe, die Wasserstoff und die cyclischen und
acyclischen Alkyl- und Aryl- bzw. Alkylarylreste mit 1 bis 20 C-Atomen enthält.
Einsetzbare Olefine sind Monoolefine, wie zum Beispiel Ethylen, Propylen, But-1-
en, Pent-1-en, Hex-1-en, Oct-1-en, Hexadec-1-en, Octadec-1-en, 3-Methylbut-1-
en, 4-Methylpent-1-en, 4-Methylhex-1-en, Diolefine wie z. B. 1,3-Butadien, 1,4-
Hexadien, 1,5-Hexadien, 1,6-Hexadien, 1,6-Octadien, 1,4-Dodecadien,
aromatische Olefine, wie Styren, o-Methylstyren, m-Methylstyren, p-Methylstyren,
p-tert.-Butylstyren, m-Chlorostyren, p-Chlorostyren, Inden, Vinylanthracen,
Vinylpyren, 4-Vinylbiphenyl, Dimethano-octahydro-naphthalen, Acenaphthalen,
Vinylfluoren, Vinylchrysen, cyclische Olefine und Diolefine, wie zum Beispiel
Cyclopenten, 3-Vinylcyclohexen, Dicyclopentadien, Norbornen, 5-Vinyl-2-
norbornen, tert.-Ethyliden-2-norbornen, 7-Octenyl-9-borabicyclo-(3,3,1)nonan, 4-
Vinylbenocyclobutan, Tetracyclododecen und weiterhin zum Beispiel Acrylsäure,
Methacrylsäure, Methylmethacrylat, Ethylacrylat, Acrylnitril, 2-Ethylhexylacrylat,
Methacrylnitril, Maleimid, N-Phenyl-maleimid, Vinylsilan, Trimethylallylsilan,
Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, Isobutylen.
Insbesondere bevorzugt sind die Olefine Ethylen, Propylen und im allgemeinen
weitere 1-Olefine, die entweder homopolymerisiert werden oder auch in
Mischungen mit anderen Monomeren copolymerisiert werden.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist dementsprechend ein
Verfahren zur Herstellung von Polyolefinen bei dem ein heterogener Katalysator
wie er oben beschrieben wurde und ein Olefin gemäß der Formel R1CH=CHR2
eingesetzt werden, wobei R1 und R2 gleich oder verschieden sein können und
ausgewählt sind aus der Gruppe, die Wasserstoff und die cyclischen und
acyclischen Alkyl- und Aryl- bzw. Alkylarylreste mit 1 bis 20 C-Atomen enthält.
Die Polymerisation wird in bekannter Weise in Lösungs-, Suspensions- oder
Gasphasenpolymerisation kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt,
wobei die Gasphasen- und die Suspensionspolymerisation ausdrücklich
bevorzugt sind. Typische Temperaturen bei der Polymerisation liegen im Bereich
von 0°C bis 200°C, vorzugsweise im Bereich von 20°C bis 140°C.
Dabei findet die Polymerisation vorzugsweise in Druckautoklaven statt. Als
Massenregler kann falls erforderlich Wasserstoff während der Polymerisation
zugegeben werden.
Die erfindungsgemäß verwendeten heterogenen Katalysatoren ermöglichen die
Herstellung von Homo-, Co- und Blockcopolymeren.
Wie oben beschrieben, können durch geeignete Trägerauswahl nahezu
kugelförmige Polymerpartikel mit steuerbarer Korngröße erhalten werden.
Zum Beispiel kann Polyethen mit einem mittleren Korndurchmesser d50 im
Bereich von etwa 50 µm bis etwa 3 mm mit Molekulargewichten im Bereich
Mw = 100000-3000000 g/mol und Schmelzpunkten im Bereich von Tm = 135-140°C
hergestellt werden. Die ermittelten Katalysatoraktivitäten liegen dabei
üblicherweise im Bereich von 200-600 kgPE/(molKat. barEthen h).
Erfindungsgegenstand ist daher auch die Verwendung eines erfindungsgemäßen
heterogenen Katalysators oder eines erfindungsgemäß hergestellten
heterogenen Katalysators zur Herstellung von Polyolefinen mit sphärischer
Partikelstruktur.
14,5 kg Aluminiumsulfat wurden in 45 l Wasser gelöst und nach guter
Durchmischung schnell zu einer 40°C warmen 15%igen Ammoniaklösung
gegeben. Das ausgefällte Aluminiumhydroxid wurde zur Alterung noch 48 h am
Rückfluss gekocht und abkühlen gelassen. Das Aluminiumhydroxid-Gel wurde
durch viermaliges abdekantieren des Überstandes vom größten Teil des
restlichen Ammoniaks befreit. Das Gel wurde anschließend durch Mischung mit
Wasser auf ca. 2% Gehalt an Aluminiumhydroxid verdünnt und bereitgestellt.
Es wurden in einen Rührreaktor 300 l Wasser vorgelegt und gleichzeitig unter
ständigem Rühren eine Mischung aus 35 kg Wasser mit 4 kg konz.
Schwefelsäure und 32 kg Wasser und 31 kg Wasserglas so zugegeben, das die
Mischung im Reaktionsgefäß bei pH 5 gehalten wurde. Nach Zugabe der
Reaktionspartner wurde die Mischung ohne Rührung für 5 h bei 90°C gehalten.
Das resultierende Siliciumhydroxid-Gel enthielt ca. 2% Feststoff.
Es wurden für die Herstellung des Mischoxides 90 kg des 2%igen
Siliciumhydroxid-Gels (aus b)) und 10 kg des Aluminiumhydroxid-Gels (aus a))
durch einstündiges Rühren gut vermischt und durch einen Homogenisator (Lab
60, Fa. APV Schröder) mit ca. 300 bar zerkleinert. Das frisch homogenisierte
Gemisch wurde direkt in einem Sprühtrockner (Niro C2, Fa. Niro) versprüht und
die entstehenden Teilchen in einem Zyklon abgefangen. Das Material wird
salzfrei gewaschen und getrocknet. Durch eine Klassierung mit Hilfe der
Windsichtung (Alpine 100MZR, Fa. Alpine) wurde ein Material mit enger
Korngrößenverteilung erhalten.
In analoger Weise wurde das Mischoxid auch mit SiO2/Al2O3-Verhältnissen 7 : 3
und 1 : 1 hergestellt. Die wesentlichen physikalischen und chemischen
Eigenschaften der Träger sind in Tabelle 1 zusammengefasst, in Fig. 1 ist eine
rasterelektronenmikroskopische Aufnahme der Partikel wiedergegeben.
Die Partikelgrößenbestimmung efolgte mit einem Mastersizer 2000 der Firma
Malvern Instruments gemäß Laserbeugungsspektroskopie.
Oberfläche und Porenvolumen wurden nach der BET-Methode an einem ASAP
2400 der Firma Micrometics bestimmt.
Rasterelektronenmikrospkopische Aufnahmen wurden an einem Leo 1530
Gemini durchgeführt.
Das unter Beispiel 1 hergestellte Silicium-Aluminiumoxid (9 : 1) wurde 6 h bei
120°C unter Anlegen von Vakuum entwässert (Restwassergehalt (Karl-Fischer-
Wasser-Analyse; Titrator DL-18 (Fa. Mettler); Karl-Fischer-Reagenz S,
Titriermittel U (jeweils Fa. Merck): 4.7%, pH-Wert einer 10%igen Suspension:
5.8). 0.50 g des Trägers wurden in einem 100 ml Dreihalskolben unter Argon
anschließend in 35 ml trockenen Toluol suspendiert und mit 1.3 ml einer 10%igen
Lösung von Methylaluminoxan in Toluol (2.15 mmol) versetzt und 30 min gerührt.
Nach Absitzen des Niederschlags wurde filtriert und zweimal mit je 5 ml Toluol
nachgewaschen. Der Feststoff wurde erneut in 35 ml Toluol aufgenommen und in
einen 100 ml Büchi-Druckreaktor überführt, wonach 5 ml einer 0.855 10-3
molaren Cp2ZrCl2-Lösung (4.3 µmol) zugegeben und 10 min gerührt wurde.
Die Katalysatorsuspension aus Beispiel 2 wurde im 100 ml Büchi-Autoklaven mit
2.5 bar Ethen gesättigt (Reinheitsstufe 4.5; Firma Messer Griesheim) und bei
Raumtemperatur (27,5°C) 1 h gerührt. Die Polymerisation wurde durch Zugabe
von 40 ml acifizierter Methanollösung beendet. Anschließend wurde mehrere
Stunden gewaschen. Nach Abtrennung des Polymers wurde der Feststoff bis zur
Massenkonstanz im Vakuum getrocknet, wonach 2,03 g Polyethen isoliert
wurden (Aktivität: 276 kgPE/(barEthen molKat h). Der dabei ermittelte mittlere
Korndurchmesser d50 beträgt 56 µm. Die Polymerpartikel sind hochmolekular
(Mw = 523000 g/mol, Mn = 241000 g/mol, Mw/Mn = 2,2) und haben einen
Schmelzpunkt von TM = 138°C:
Die Molekulargewichtsbestimmungen der Polyolefine erfolgte mit Hilfe der
Gelpermeationschromatographie unter der für Polyolefinen üblichen
Bedingungen (135°C, 1,2,4-Trichlorbenzol) als 3-fach-Bestimmung an einem
Hochtemperaturgerät der Firma Knauer (Trennsäulen: Polystyrolgel 500, 104,
105, 106 Å; Fluß: 1 ml/min, Konzentration: ca. 0.5-1 mg/ml; Probenmenge:
400 µl). Die Bestimmung der Schmelzpunkte der Polymere erfolgte an einem
DSC-821 Mettler Toledo.
Claims (13)
1. Amorpher Träger für Katalysatoren, enthaltend Aluminiumoxid und
Siliciumoxid, dadurch gekennzeichnet, dass er erhältlich ist durch ein
Verfahren, bei dem
- a) zuerst getrennte Gele von Aluminium(hydr)oxid und Silicium(hydr)oxid hergestellt werden,
- b) die beiden Gele anschließend miteinander gemischt und homogenisiert werden,
- c) die homogenisierte Mischung sprühgetrocknet wird.
2. Amorpher Träger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger
eine Teilchenoberfläche - bestimmt nach der BET-Methode - im Bereich von
50 bis 500 m2/g, vorzugsweise im Bereich von 150 bis 450 m2/g aufweist und
ein Porenvolumen, ebenfalls gemessen nach der BET-Methode, im Bereich
von 0,5 bis 4,5 ml/g aufweist, wobei das Porenvolumen vorzugsweise
oberhalb von 0,8 ml/g und insbesondere bevorzugt im Bereich von 1,5 bis
4,0 ml/g liegt und das Verhältnis von SiO2 zu Al2O3 in dem Bereich von 100 : 1
bis 1 : 2, vorzugsweise in dem Bereich 20 : 1 bis 5 : 1 liegt.
3. Amorpher Träger nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass er aus sphärischen Teilchen besteht, bei denen alle
Verhältnisse der Mittelwerte der drei aufeinander senkrecht stehende
Durchmesser jeweils im Bereich 1,5 : 1 bis 1 : 1,5 liegen und die mittlere
Partikelgröße der Katalysatorteilchen im Bereich von 1 bis 100 µm,
vorzugsweise im Bereich von 3 bis 50 µm liegt.
4. Heterogener Katalysator geeignet zur Synthese von Polyolefinen, enthaltend,
- a) mindestens einen amorphen Träger gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3
- b) mindestens eine Verbindung eines Übergangsmetalles aus der 3. bis 8. Nebengruppe des Periodensystems und
- c) mindestens eine Organometall-Verbindung eines (Halb-)metalls der 3. oder 4. Hauptgruppe des Periodensystems,
5. Heterogener Katalysator gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass
es sich bei der Verbindung eines Übergangsmetalles aus der 3. bis 8.
Nebengruppe des Periodensystems um eine Komplexverbindung,
insbesondere bevorzugt um eine Metallocenverbindung handelt, wobei das
Zentralmetall vorzugsweise ausgewählt ist aus den Elementen Titan,
Zirconium, Hafnium, Vanadium, Palladium, Nickel, Cobalt, Eisen und Chrom,
wobei Titan und insbesondere Zirconium besonders bevorzugte Zentralatome
sind, und es sich bei der Organometall-Verbindung eines (Halb-)metalls der 3.
oder 4. Hauptgruppe des Periodensystems um eine Verbindung der Elemente
Bor, Aluminium, Zinn oder Silicium, vorzugsweise um eine Verbindung von
Bor oder Aluminum handelt, wobei es sich insbesondere bevorzugt um ein
Aluminoxan, insbesondere Methylaluminoxan handelt.
6. Heterogener Katalysator gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,
dass er aus Teilchen besteht, die eine mittlere Partikelgröße im Bereich von 1
bis 150 µm, vorzugsweise im Bereich von 3 bis 75 µm aufweisen.
7. Verfahren zur Herstellung eines heterogenen Katalysators geeignet zur
Synthese von Polyolefinen, dadurch gekennzeichnet, dass
- a) ein amorpher Träger gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 mit mindestens eine Organometall-Verbindung eines (Halb-)metalls der 3. oder 4. Hauptgruppe des Periodensystems und
- b) mit mindestens einer Verbindung eines Übergangsmetalles aus der 3. bis 8. Nebengruppe des Periodensystems zu dem heterogenen Katalysator umgesetzt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst der
Cokatalysators auf dem Träger absorbiert wird und anschließend der
Katalysator zugegeben wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mischung
aus Katalysator und Cokatalysator auf dem Träger absorbiert wird.
10. Verwendung eines heterogenen Katalysators nach einem der Ansprüche 4 bis
6 oder eines heterogenen Katalysators hergestellt nach einem Verfahren
gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9 zur Herstellung von Polyolefinen.
11. Verfahren zur Herstellung von Polyolefinen, dadurch gekennzeichnet, dass
ein heterogener Katalysator nach einem der Ansprüche 4 bis 6 oder ein
heterogener Katalysator hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der
Ansprüche 7 bis 9 und ein Olefin gemäß der Formel R1CH=CHR2 eingesetzt
werden, wobei R1 und R2 gleich oder verschieden sein können und
ausgewählt sind aus der Gruppe, die Wasserstoff und die cyclischen und
acyclischen Alkylreste mit 1 bis 20 C-Atomen enthält.
12. Verfahren zur Herstellung von Polyolefinen nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, dass die Polymerisation als Gasphasen- oder
Suspensionspolymerisation durchgeführt wird.
13. Verwendung eines heterogenen Katalysators nach einem der Ansprüche 4
bis 6 oder ein heterogener Katalysator hergestellt nach einem Verfahren
gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9 zur Herstellung von Polyolefinen mit
sphärischer Partikelstruktur.
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2000
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CN109155382B (zh) * | 2016-04-08 | 2022-05-13 | 达拉米克有限责任公司 | 用于增强型富液式电池的改进的隔板、电池及相关方法 |
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