DE1069877B - Process for the polymerization and copolymerization of terminally olefinically unsaturated hydrocarbons and of polyolefins with conjugated double bonds - Google Patents
Process for the polymerization and copolymerization of terminally olefinically unsaturated hydrocarbons and of polyolefins with conjugated double bondsInfo
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Description
.y.y
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY
KL.KL.
INTERNAT. KL. C 08 fINTERNAT. KL. C 08 f
C08F 10,-00C08F 10, -00
AUSLEGESCHRIFT 1069 877EXPLAINING PUBLICATION 1069 877
D 26218 IVb/39 cD 26218 IVb / 39 c
ANMELDETAG: 16. A U G U S T 1957REGISTRATION DATE: AUGUST 16, 1957
BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 26. NOVEMB ER 1959NOTICE
THE REGISTRATION
AND ISSUE OF THE
EDITORIAL: NOVEMB 26, 1959
Die Polymerisation von endständig olefinisch ungesättigten Kohlenwasserstoffen und von Polyolefinen mit konjugierten Doppelbindungen unter milden Bedingungen ist durch die Arbeiten von Ziegler und anderen bekannt. Das wesentliche Merkmal solcher Polymerisationen ist, daß ein Katalysatorsystem verwendet wird, das durch Mischen einer metallorganischen Verbindung eines Metalls der ersten drei Gruppen des Periodischen Systems mit einer Verbindung eines Metalls der Nebengruppen (a) der Gruppen IV bis VIII des Periodischen Systems entstanden ist (vergleiche z. B. die belgischen Patentschriften 533 362, 534 792 und 538 782).The polymerization of terminally olefinically unsaturated hydrocarbons and of polyolefins with conjugated double bonds under mild conditions is due to the work of Ziegler and known to others. The essential feature of such polymerizations is that they use a catalyst system by mixing an organometallic compound of a metal of the first three groups of the periodic system with a compound of a metal of subgroups (a) of groups IV up to VIII of the periodic system (compare e.g. the Belgian patents 533 362, 534 792 and 538 782).
Es sind viele verschiedene Katalysatorsysteme für Polymerisationen von Olefinen beschrieben. Die besten Ergebnisse wurden mit Systemen erhalten, die Aluminiumtriäthyl als eine der Komponenten enthalten. Aluminiumtriäthyl wird durch Reaktion von Aluminium mit Olefinen und Wasserstoff in Gegenwart eines Aluminiumalkyls unter hohem Druck und bei hoher Temperatur hergestellt. Aluminiumtriäthylätherat kann andererseits auf einfache Weise aus wasserfreiem Aluminiumchlorid und einem geeigneten Grignard-Reagens, z. B. Äthylmagnesiumbromid, hergestellt werden. Der Äther ist fest mit dem Aluminiumtriäthyl verbunden, und es ist kein Verfahren zur Herstellung von freiem Aluminiumtriäthyl aus seinem Ätherat bekannt. Aluminiumtriäthylätherat bildet jedoch keine wirksamen Katalysatorsysteme der oben beschriebenen Art, und die Ausbeute an Polymerisat entsprechend der eingesetzten Aluminiummenge ist für technische Zwecke nicht hoch genug. Weiterhin behindert der Äther diese Art von Polymerisationen, und demgemäß wird die Polymerisation verlangsamt, wenn das Ätherat sich im Laufe der Reaktion zersetzt und freien Äther bildet.Many different catalyst systems for polymerizations of olefins are described. the best results have been obtained with systems containing triethyl aluminum as one of the components. Aluminum triethyl is made by reacting aluminum with olefins and hydrogen in the presence of an aluminum alkyl prepared under high pressure and at high temperature. Aluminum triethyl etherate On the other hand, it can be easily selected from anhydrous aluminum chloride and a suitable one Grignard reagent, e.g. B. ethylmagnesium bromide. The ether is solid with the aluminum triethyl connected, and there is no method of producing free aluminum triethyl from it known to its etherate. However, aluminum triethyl etherate does not form effective catalyst systems type described above, and the yield of polymer according to the amount of aluminum used is not high enough for technical purposes. Furthermore the ether hinders this kind of polymerizations, and accordingly the polymerization is slowed down if the etherate is in the course of the Reaction decomposes and forms free ether.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Polymerisation von olefinisch ungesättigten Kohlenwasserstoffen der Formel CH2=CHR, wobei R Wasserstoff, Alkyl, Cycloalkyl oder Aryl bedeutet, und von Polyolefinen mit konjugierten Doppelbindungen zu schaffen, bei dem eine Komponente des Katalysatorsystems aus einem Komplex besteht, der leicht aus dem Aluminiumtriäthylätherat hergestellt werden kann und keinen Ätherrest enthält. Das Verfahren liefert — bezogen auf die anwesende Aluminiummenge — größere Ausbeuten an Polymerisat als Aluminiumtriäthylätherat unter ähnlichen Polymerisationsbedingungen. Als Katalysatorsystem wird eine Mischung aus einer Verbindung eines Metalls der Gruppen IVabis Villa des Periodischen Systems und einer festen Komplexverbindung verwendet, die durch Reaktion eines Alkalimetalls mit Aluminiumtriäthylätherat erhalten worden ist.The aim of the present invention is to provide a process for the polymerization of olefinically unsaturated hydrocarbons of the formula CH 2 = CHR, where R is hydrogen, alkyl, cycloalkyl or aryl, and of polyolefins with conjugated double bonds, in which one component of the catalyst system consists of a Complex, which can easily be prepared from the aluminum triethyl etherate and contains no ether residue. The process gives - based on the amount of aluminum present - greater yields of polymer than aluminum triethyl etherate under similar polymerization conditions. The catalyst system used is a mixture of a compound of a metal from groups IV to Villa of the Periodic Table and a solid complex compound obtained by reacting an alkali metal with aluminum triethyl etherate.
Verfahren zur PolymerisationPolymerization process
und Mischpolymerisationand interpolymerization
von endständig olefinisch ungesättigtenof terminally olefinically unsaturated
KohlenwasserstoffenHydrocarbons
und von Polyolefinenand of polyolefins
mit konjugierten Doppelbindungenwith conjugated double bonds
Anmelder:Applicant:
The Distillers Company Limited,
Edinburgh (Großbritannien)The Distillers Company Limited,
Edinburgh (Great Britain)
Vertreter: Dr. W. Schalk, Dipl.-Ing. P. Wirth,Representative: Dr. W. Schalk, Dipl.-Ing. P. Wirth,
Dipl.-Ing. G. E. M. DannenbergDipl.-Ing. G. E. M. Dannenberg
und Dr. V. Schmied-Kowarzik, Patentanwälte,and Dr. V. Schmied-Kowarzik, patent attorneys,
Frankfurt/M., Große Eschenheimer Str. 39Frankfurt / M., Große Eschenheimer Str. 39
Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 17. August 1956Claimed priority:
Great Britain 17 August 1956
Irene Marianne Watt, geb. Cohen,
Epsom, Surrey (Großbritannien),
ist als Erfinder genannt wordenIrene Marianne Watt, née Cohen,
Epsom, Surrey (UK),
has been named as the inventor
Die neue wesentliche Komponente des Katalysatorsystems, für dessen Herstellung kein Schutz begehrt wird, ist der feste Reaktionskomplex des Alkalimetalle mit dem Aluminiumtriäthylätherat. Diese Reaktion geht leicht von statten und wird durchgeführt, indem das Alkalimetall, vorzugsweise in einer Form mit großer Oberfläche, mit dem Aluminiumtriäthylätherat in einem inerten Verdünnungsmittel erhitzt wird.The new essential component of the catalyst system, for the manufacture of which no protection is sought is the solid reaction complex of alkali metals with aluminum triethyl ether. These Reaction is easy to take place and is carried out by adding the alkali metal, preferably in a form with a large surface area, with the aluminum triethyl etherate in an inert diluent is heated.
Ein geeignetes Verfahren zur Durchführung der Reaktion besteht darin, daß das Alkalimetall und das Aluminiumtriäthylätherat in einem inerten Verdünnungsmittel, z. B. einem Kohlenwasserstoff, wie Petroläther, der einen solchen Siedepunkt hat, daß die Durchführung der Reaktion unter Rückflußbedingungen möglich ist, erhitzt wird. Geeignete Reaktionsgeschwindigkeiten werden erhalten, indem die Reaktionsmischung auf einer Temperatur zwischen 50 und 1500C gehalten wird.A suitable method for carrying out the reaction is that the alkali metal and the aluminum triethyl etherate in an inert diluent, e.g. B. a hydrocarbon, such as petroleum ether, which has a boiling point such that the reaction can be carried out under reflux conditions is heated. Suitable reaction rates are obtained by subjecting the reaction mixture is maintained at a temperature between 50 and 150 0 C.
Es kann irgendein Alkalimetall verwendet werden, jedoch wird die Verwendung von Natrium bevorzugt.Any alkali metal can be used, but the use of sodium is preferred.
Der durch Reaktion des Natriums und Aluminiumtriäthylätherats gebildete Komplex ist bei Zimmer-The complex formed by the reaction of sodium and aluminum triethyl etherate is
909 650/564909 650/564
3 43 4
temperatur, ζ. B. 20° C, ein kristalliner fester Körper z. B. Stickstoff oder Argon, zum Durchspülen destemperature, ζ. B. 20 ° C, a crystalline solid body z. B. nitrogen or argon, for purging the
und hat gegenüber dem Aluminiumtriäthyl als Poly- Polymerisationsgefäßes verwendet werden. Die Kata-and has to be used as a poly polymerization vessel compared to aluminum triethyl. The cata-
merisationskatalysator den Vorteil, daß er in trocke- lysatorsysterne und/oder ihre Komponenten werdenmerization catalyst has the advantage that it is in dryer systems and / or their components
ner Luft nicht pyrophor ist. Die Reaktionskomplexe durch Umsetzung mit Sauerstoff, Kohlendioxyd oderis not pyrophoric in air. The reaction complexes by reaction with oxygen, carbon dioxide or
der anderen Alkalimetalle besitzen ähnliche Eigen- 5 Wasser zerstört. Es findet daher nur eine geringeof the other alkali metals have similar water properties. It therefore finds only a small one
schäften. oder gar keine Polymerisation statt, falls einer derstocks. or no polymerization at all, if one of the
Die Bildung des festen Komplexes aus Alkali- Stoffe im Überschuß anwesend ist. Kleine MengenThe formation of the solid complex from alkali substances is present in excess. Small amounts
metallen und Aluminiumtriäthylätherat wird durch von Sauerstoff, Kohlendioxyd oder Wasser werdenmetals and aluminum triethyl etherate will be replaced by oxygen, carbon dioxide or water
eine Abscheidung von Aluminium begleitet, das leicht durch Umsetzung mit einem Teil des Katalysator-accompanied by a deposition of aluminum, which can easily be reacted with part of the catalyst
durch Abdekantieren des geschmolzenen Produktes io systems oder seiner Komponenten entfernt, und derremoved by decanting the molten product io systems or its components, and the
entfernt werden kann. Auch überschüssiges Alkali- nach dieser Reaktion verbliebene unzerstörte Kataly-can be removed. Even excess alkali, undestroyed catalyst remaining after this reaction
metall kann auf diese Weise entfernt werden. Wäh- sator leitet die Polymerisation in üblicher Weise ein.metal can be removed this way. Water initiates the polymerization in the usual way.
rend der Reaktion wird Äther frei, der aus der Reak- Am zweckmäßigsten wird die PolymerisationAt the end of the reaction, ether is released, and that from the reaction is most conveniently the polymerization
tionsmischung entfernt werden muß. durchgeführt, wenn die Reaktionskomponenten intion mixture must be removed. carried out when the reaction components in
Das zur Herstellung des festen Komplexes vcr- 15 einem inerten flüssigen Medium gut dispergiert sind,That for the preparation of the solid complex are well dispersed in an inert liquid medium,
wendete Verhältnis von Natrium zu Aluminium- besonders, wenn das zu polymerisierende Monomereapplied ratio of sodium to aluminum- especially when the monomer to be polymerized
triäthylätherat ist nicht wesentlich, denn Überschuss!- normalerweise ein Gas ist. Zweckmäßigerweise ist dasTriethyl etherate is not essential because excess! - is normally a gas. Appropriately this is
ges Ätherat kann vom nicht flüchtigen, festen inerte flüssige Medium ein Lösungsmittel für wenig-the non-volatile, solid, inert liquid medium can become a solvent for little
Produkt durch Destillation und überschüssiges Alkali- stens eine der zur Bildung des KatalysatorsystemsProduct due to distillation and excess alkalinity is one of the factors that lead to the formation of the catalyst system
metall durch Abdekantieren entfernt werden. Um die 20 miteinander reagierenden Verbindungen und für denmetal can be removed by decanting. Around the 20 reacting compounds and for the
Höchstausbeute an Produkt bei einem Mindestverlust zu polymerisierenden Kohlenwasserstoff. BeispieleMaximum yield of product with a minimum loss of hydrocarbon to be polymerized. Examples
von Ausgangsmaterial zu erhalten, beträgt das be- für geeignete flüssige Medien sind aliphatische, cyclo-of starting material is the most suitable liquid media are aliphatic, cyclo-
vorzugte molare Verhältnis von Alkalimetall zu Alu- aliphatische und hydrierte aromatische Kohlenwasser-preferred molar ratio of alkali metal to aluminum aliphatic and hydrogenated aromatic hydrocarbons
miniumtriäthylätherat etwa 3 :4. stoffe, z. B. Pentan, Hexan, Cyclohexan, Tetrahydro-Minium triethyl etherate about 3: 4. fabrics, e.g. B. pentane, hexane, cyclohexane, tetrahydro
Das erfindungsgemäße Verfahren wird unter mil- 25 naphthalin, Decahydronaphthalin und MischungenThe process according to the invention is carried out using mil-naphthalene, decahydronaphthalene and mixtures
den Temperatur- und Druckbedingungen in einer derselben. Die verwendete Lösungsmittelmenge kannthe temperature and pressure conditions in one of them. The amount of solvent used can
Weise durchgeführt, wie sie bei den Verfahren unter beträchtlich variiert werden und soll so bemessenCarried out in a manner that varies considerably in the procedures below and is intended to be so sized
Verwendung der bekannten Katalysatorsysteme aus sein, daß die endgültige Gewinnung des Polymeri-Be using the known catalyst systems that the final recovery of the polymer
zwei Komponenten in den obengenannten Literatur- sates erleichtert wird,two components in the above-mentioned literature is facilitated,
stellen angegeben ist. 30 Die erfindungsgemäß verwendeten Katalysator-places is indicated. 30 The catalyst used according to the invention
Die im erfmdungsgemäßen Verfahren verwendeten systeme können genügend wirksam sein, um die PolyVerbindungen der Metalle der Gruppen IVa bis merisation bei normaler Zimmertemperatur oder Villa des Periodischen Systems (vgl. H. Remy, niedriger, z.B. 10° C, einzuleiten Die Polymerisa-Lehrbuch der anorganischen Chemie, 7. Auflage, tionsgeschwindigkeit wird gewöhnlich durch Er-Bd. 1, 1954, S. 10) sind die gleichen wie die bisher 35 höhung der Temperatur der Reaktionsmischung geverwendeten und in der Technik beschriebenen Ver- steigert. Die Verwendung von Temperaturen oberhalb bindungen für die Polymerisation von a-Olefinen. etwa 150° C ist jedoch normalerweise nicht wün-Bevorzugte Metalle sind Titan, Zirkonium und Vana- sehenswert. Es ist zu bemerken, daß oberhalb dieser dium, von welchen das erstere das am leichtesten Temperatur die Gefahr besteht, daß die Wirkung des erhältliche ist und die besten Ergebnisse liefert. Es 40 Katalysatorsystems verringert oder sogar zerstört sind viele verschiedene Verbindungen dieser Metalle wird.The systems used in the process according to the invention can be sufficiently effective to remove the poly compounds of the metals of groups IVa to merization at normal room temperature or Villa of the Periodic Table (cf. H. Remy, lower, e.g. 10 ° C, to initiate the Polymerisa textbook der inorganic Chemie, 7th edition, tion speed is usually by Er-Vol. 1, 1954, p. 10) are the same as the previously used increase in the temperature of the reaction mixture and auctioned as described in the art. The use of temperatures above bonds for the polymerization of α-olefins. however, about 150 ° C is usually not wün-preferred Metals are titanium, zirconium and vanas worth seeing. It should be noted that above this dium, of which the former is the easiest temperature there is a danger that the action of the is available and gives the best results. It reduces or even destroys the 40 catalyst system are many different compounds these metals will be.
als Komponenten für Katalysatorsysteme vorgeschla- Das Verfahren, durch das das erfindungsgemäßproposed as components for catalyst systems The process by which the invention
gen worden, und von diesen werden im erfindungs- hergestellte Polymerisat aus der Reaktionsmischunghave been gen, and of these in the invention-produced polymer from the reaction mixture
gemäßen Verfahren ähnliche Ergebnisse erzielt. Bei- gewonnen und in seine endgültige Form aufgearbeitetproduces similar results according to the procedure. Acquired and processed into its final form
spiele sind Acetate, Acetylacetonate, Oxyhalogensalze, 45 wird, ist unwesentlich. Es ist jedoch vorteilhaft,games are acetates, acetylacetonates, oxyhalogen salts, 45 will is insignificant. However, it is beneficial
z. B. Oxychloride, Halogenkomplexe, z.B. die Metall- während der Aufarbeitung ein Waschen mit einerz. B. oxychloride, halogen complexes, e.g. the metal during work-up a washing with a
fluoridkomplexe, und frisch ausgefällte Oxyde oder Mineralsäure zur Entfernung metallischer Verunreini-fluoride complexes, and freshly precipitated oxides or mineral acids to remove metallic impurities
Hydroxyde. Die geeignetsten Verbindungen sind die gungen durchzuführen. Das Verfahren kann absatz-Hydroxides. The most suitable connections are to make the connections. The procedure can be
Halogenide der Metalle, und die bevorzugten Verbin- weise oder kontinuierlich durchgeführt und durchHalides of the metals, and the preferred compounds, or carried out continuously and by
düngen sind Titantetrachlorid, Titantrichlorid und 50 seine Verwendung hochwertige Polymerisate erhaltenfertilizers contain titanium tetrachloride, titanium trichloride and high-quality polymers
Titandichlorid. werden.Titanium dichloride. will.
Das zur Bildung des Katalysatorsystems verwen- Es ist besonders geeignet zur Polymerisation vonThat used to form the catalyst system is particularly suitable for the polymerization of
dete Verhältnis des Alkalimetall-Aluminiumtriäthyl- Äthylen und Propylen. Besondere Beispiele für anderedete ratio of the alkali metal aluminum triethyl ethylene and propylene. Special examples for others
ätherat-Komplexes zu den Metallverbindungen kann geeignete Monomere sind n-Buten-1, n-Penten-1 undetherate complex to the metal compounds can be suitable monomers are n-butene-1, n-pentene-1 and
stark variieren. Es wird jedoch die Verwendung 55 n-Hexen-1. Mischpolymerisate solcher Verbindungenvary greatly. However, it will use 55 n-hexene-1. Copolymers of such compounds
eines molaren Überschusses des Komplexes bevor- untereinander oder mit anderen mischpolymerisier-a molar excess of the complex before- with each other or with other co-polymerized
zugt. Als molarer Anteil des Reaktionskomplexes baren Kohlenwasserstoffen können ebenfalls durchadmitted. As a molar proportion of the reaction complex, hydrocarbons can also be used
wird eine solche Menge des Komplexes angesehen, die das erfindungsgemäße Verfahren gebildet werden.an amount of the complex is considered to be such that the process according to the invention is formed.
1 Grammatom Aluminium enthält. Typische polymerisierbare und mischpolymerisier-Contains 1 gram atom of aluminum. Typical polymerizable and copolymerizable
Die Herstellung des Katalysatorsystems durch 60 bare Polyolefine mit konjugierten Doppelbindungen
Mischen des Alkalimetall-Aluminiumtriäthylätherat- sind Butadien-1,3, Isopren und Piperylen.
Komplexes mit der Metallverbindung und die an- Das folgende Beispiel veranschaulicht eine Ausschließende
Polymerisation werden vorzugsweise in führungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Abwesenheit von molekularem Sauerstoff, Kohlendioxyd und Wasser durchgeführt. Am zweckmäßig- 65 BeispielThe preparation of the catalyst system using 60 bare polyolefins with conjugated double bonds mixing the alkali metal aluminum triethyl etherate are 1,3-butadiene, isoprene and piperylene.
Complex with the metal compound and the following example illustrates exclusive polymerization are preferably carried out in the process of the invention.
In the absence of molecular oxygen, carbon dioxide and water. Using the practical example
sten werden alle Reaktionen in einer inerten Atmo- Unter einer Stickstoffatmosphäre werden 17 Gesphäre oder in einer Atmosphäre des zu polymerisie- wichtsteile Natriumdraht in Petroläther (Siedebereich renden Kohlenwasserstoffs durchgeführt, falls dieser 100 bis 120° C) gepreßt und 188 Gewichtsteile Aluein Gas ist. Vor Zugabe der verschiedenen Kompo- miniumtriäthylätherat zugefügt. Man erhitzt die uenten der Reaktionsmischung kann ein inertes Gas, 70 Mischung 2 Stunden unter Rückfluß und läßt dannMost of the reactions are carried out in an inert atmosphere. Under a nitrogen atmosphere there are 17 spheres or in an atmosphere of the sodium wire to be polymerized by weight in petroleum ether (boiling range Renden hydrocarbon carried out, if this 100 to 120 ° C) pressed and 188 parts by weight of Aluein Gas is. Triethyl etherate was added before the various components were added. You heat them up uenten the reaction mixture can be an inert gas, 70 mixture under reflux for 2 hours and then leaves
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---|---|---|---|
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