DE1191575B - Verfahren zur Polymerisation von AEthylen - Google Patents

Verfahren zur Polymerisation von AEthylen

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DE1191575B
DE1191575B DE1960C0021290 DEC0021290A DE1191575B DE 1191575 B DE1191575 B DE 1191575B DE 1960C0021290 DE1960C0021290 DE 1960C0021290 DE C0021290 A DEC0021290 A DE C0021290A DE 1191575 B DE1191575 B DE 1191575B
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Germany
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ethylene
catalyst
polymerization
pressure
aluminum chloride
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DE1960C0021290
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English (en)
Inventor
Heinrich Hopff
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Compagnie de Saint Gobain SA
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Compagnie de Saint Gobain SA
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F110/00Homopolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond
    • C08F110/02Ethene

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Transition And Organic Metals Composition Catalysts For Addition Polymerization (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)

Description

  • Verfahren zur Polymerisation von Äthylen Es ist bekannt, daß Äthylen durch Aluminiumalkyle und gewisse aktivierende Stoffe, die zuweilen als Co-Katalysatoren bezeichnet werden, in Polymere von erhöhtem Molekulargewicht überführt werden kann. Ferner ist aus der deutschen Patentschrift 874 215 bekannt, daß feste Äthylenpolymere durch Polymerisierung des Äthylens in Gegenwart eines Katalysators, der aus einer Mischung von Aluminiumchlorid und Titantetrachlorid, gegebenenfalls unter Zusatz von Metallen, die befähigt sind, die Chlorwasserstoffsäure zu binden, wie z. B. Aluminiumpulver, erhalten werden können.
  • Die als Katalysatoren vorgeschlagenen Aluminiumalkyle sind an der Luft entflammbare Flüssigkeiten, deren Handhabung besondere Vorsichtsmaßnahmen und damit verbundene Komplikationen bedingt.
  • Ferner zeigt sich, wenn als Katalysator Mischungen von Aluminiumchlorid und Titantetrachlorid verwendet werden, daß neben den festen Polymeren ein erheblicher Anteil an niedrigen Polymeren von ölartiger Konsistenz entsteht, die durch Auswaschen derselben mittels organischer Lösungsmittel von den festen Stoffen getrennt werden müssen.
  • Durch die Arbeiten von Ipatieff (Journal Am. Chem. Soc., 58, 1936, S. 915) ist bekanntgeworden, daß das wasserfreie Aluminiumchlorid mit Äthylen in einem anteiligen Verhältnis von etwa 10 Mol Äthylen auf 1 Mol Aluminiumchlorid eine flüssige Verbindung bildet, welche als solche als Katalysator verwendet, lediglich zu flüssigen Polymeren des Äthylens führt.
  • Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Polymerisation von Äthylen in Gegenwart eines aus Aluminiumchlorid, Titantetrachlorid und Aluminiumpulver hergestellten Katalysators, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysator ein Gemisch aus einem durch Reaktion von wasserfreiem Aluminiumchlorid und Äthylen im Molverhältnis von 1: 10 bis 1: 20 gebildeten, von gleichzeitig entstandenen öligen Äthylenpolymeren befreiten Komplex, einer geringen Menge Titantetrachlorid und einer geringen Menge pulverförmigen Aluminiums verwendet wird.
  • Durch das Verfahren gemäß der Erfindung werden die genannten Nachteile vermieden, und es wird die Möglichkeit geschaffen, sowohl unter diskontinuierlicher wie unter kontinuierlicher Arbeitsweise ohne gleichzeitiges Entstehen von niedrigen Polymeren von ölartiger Konsistenz feste Polymere des Äthylens zu erhalten. Der für die Katalysatorherstellung verwendete Komplex wird dadurch hergestellt, daß, vorzugsweise unter einem mäßigen Druck in der Größenordnung von 20 bis 100 Atmosphären, wasserfreies Aluminiumchlorid mit Äthylen in einem anteiligen Verhältnis von 1 Mol Aluminiumchlorid zu 10 bis 20 Mol Äthylen in Reaktion gebracht wird. Der derart erhaltene Komplex wird von den kleinen anteiligen Mengen an ölartigen Polymeren, welche sich gleichzeitig wie dieser Komplex selbst bilden, getrennt. Zur Bildung des Katalysators wird diesem Komplex eine geringe Menge Titantetrachlorid sowie eine kleine Menge Aluminiumpulver, welches befähigt ist, die Chlorwasserstoffsäure zu binden, zugesetzt.
  • Bei der Vorbereitung des Katalysators ist es wichtig, die Vorsichtsmaßnahme zu beachten, daß die pastenförmige Masse, welche den Komplex des Aluminiumchlorids und des Äthylens bildet, von den niedrigen Polymeren des Äthylens von ölartiger Konsistenz befreit wird. Mit dieser pastenförmigen Masse kann ohne jede Gefahr umgegangen werden. Durch Zusatz kleiner Mengen Titantetrachlorid und einer kleinen Menge Aluminiumpulver zwecks Bindung der Chlorwasserstoffsäure wird eine Mischung erhalten, die einen Katalysator bildet, welcher es ermöglicht, das Äthylen ausschließlich zu festen Polymeren zu polymerisieren.
  • Die Katalysatormischung, die in dieser Weise hergestellt wird, besteht vorteilhafterweise aus einem Komplex von pastenförmiger Konsistenz, der 1 Mol Aluminiumchlorid und 1 bis 6 Mol Äthylen enthält und dem als aktivierender Stoff 2 Mol Titantetrachlorid sowie als die Chlorwasserstoffsäure bindender Stoff 1,5 Grammatom Aluminiumpulver zugesetzt sind.
  • Das katalytische Gemisch bewirkt die Polymerisation des Äthylens zu einem Polymeren von hohem Molgewicht, das von 20 000 bis zu 100 000 und mehr gehen kann.
  • Die Polymerisationsreaktion kann entweder unter Atmosphärendruck oder einem mäßigen überdruck in der Größenordnung von 20 bis 100 Atmosphären, insbesondere von 30 bis 60 Atmosphären, durchgeführt werden. Die Abführung der Reaktionswärme kann in einfacher Weise durch die zugegebenen Mengen an Katalysator und an Äthylen geregelt werden.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Zusatz an organischen Lösungsmitteln im allgemeinen nicht erforderlich ist.
  • Das Verfahren kann kontinuierlich in einem mehrere Meter langen druckwiderstandsfähigen Rohr, in welchem eine Transportschnecke umläuft, durchgeführt werden. Der Katalysator und das Äthylen werden an dem einen Ende dieses Rohres eingeführt. Nach Erwärmung in dieser Einführungszone beginnt die Polymerisation. Der mittlere Teil des Rohres wird zwecks Abführung der Reaktionswärme gekühlt, der letzte Teil des Rohres dagegen zweckmäßig mittels eines Heizmantels auf eine Temperatur von 120 bis 150° C erwärmt, um das Abziehen des festen Polymeren aus der Vorrichtung im Zustand einer weichen fließfähigen Masse zu ermöglichen. Das Polymere wird anschließend gekühlt und in kleine Stücke zerkleinert oder auch in die Form eines Films überführt, worauf die Rückstände an Katalysator, die für die Stabilität des Endproduktes schädlich sein würden, z. B. durch Waschen mit Wasser, gegebenenfalls unter Zusatz von verdünnten Säuren und von Netzmitteln, entfernt werden. Es ist auch möglich, die Katalysatorrückstände durch Abfiltrieren unter Druck und Erhitzen abzuscheiden.
  • Das rohe Polymerisationsprodukt des Äthylens, das gemäß der Erfindung erhalten wird, bildet eine Masse von gelber bis brauner Färbung. Es wird durch Waschen mit Wasser praktisch farblos und ist dann unmittelbar für die verschiedenen Verwendungszwecke benutzbar.
  • Beispiel 1 Katalysatorherstellung Der katalytische Komplex aus Äthylen und Aluminiumchlorid, der das Ausgangsmaterial für die Herstellung des Katalysators bildet, wird in folgender Weise hergestellt: In einem Autoklav mit einem Fassungsvermögen von 0,41 werden 13 g wasserfreies Aluminiumchlorid und darauf eine Menge an Äthylen gegeben, die ausreicht, um eine Drucksteigerung bis auf 70 Atmosphären herbeizuführen, nämlich 45 g Äthylen. Darauf wird durch Erhitzung des Autoklav auf 40 bis 50° C die Reaktion eingeleitet. Nach 4 Stunden sind 29 g des Äthylens absorbiert, was einem Verhältnis von 1 Mol Aluminiumchlorid auf 10 Mol Äthylen in dem derart gebildeten Komplex entspricht. Der Druck fällt dann auf 15 Atmosphären ab. Nachdem anschließend der Druck auf den Außendruck zurückgeführt und der Autoklav geöffnet worden ist, finden sich in diesem eine pastenförmige Masse von rotbrauner Farbe und oberhalb derselben niedrige Polymere des Äthylens von ölartiger Konsistenz. Diese niedrigen Polymeren werden durch Dekantieren abgetrennt.
  • Zu 10 g des verbleibenden Komplexes werden 10 g Titantetrachlorid und 1 g Aluminiumpulver gegeben. Diese Mischung bildet den wirksamen Katalysator, welcher es ermöglicht, ausschließlich feste Äthylenpolymere zu erhalten. Er ist ein stabiler, leicht zu handhabender Stoff, der, ohne seine Wirksamkeit zu verlieren, aufbewahrt werden kann.
  • Der Katalysator kann für die Polymerisation von Äthylen sowohl unter diskontinuierlicher wie unter kontinuierlicher Arbeitsweise verwendet werden.
  • Polymerisation In einen Autoklav von 1/21 Inhalt werden 10,5 g des auf die angegebene Weise hergestellten Katalysators gegeben. Darauf wird Äthylen zugegeben, bis der Druck in dem Autoklav auf 60 Atmosphären angestiegen ist. Hierfür sind 38 g Äthylen erforderlich. Anschließend wird auf 70° C erhitzt und die Reaktion ausgelöst. Der Druck wird durch Zugabe von neuen Mengen an Äthylen in aufeinanderfolgenden Portionen auf 60 Atmosphären gehalten. Nach einer Reaktionsdauer von 16 Stunden wird der Autoklav druckentlastet. Nach seinem Öffnen findet sich in ihm pulverförmiges Polyäthylen von gelber Farbe in einer Menge von 121 g. Bei dieser Art der Durchführung des neuen Verfahrens bildet sich überhaupt kein flüssiges Polymerisat. Das Molekulargewicht des festen Erzeugnisses beträgt (nach dem Verfahren von Staudinger bestimmt) in Lösung in Dekahydronaphthalin etwa 50000.
  • Beispiel 2 In diesem Falle wird ein druckwiderstandsfähiges Rohr von 5 m Länge und 5 mm lichtem Durchmesser verwendet. Im Inneren dieses Rohres befindet sich eine Transportschnecke, die sich in einem Abstand von 1 bis 2 mm von der Innenwand des Rohres dreht. An dem einen Ende des Rohres wird diesem kontinuierlich eine pastenförmige Mischung des durch Zusatz von 2 Mol Titantetrachlorid und 1,5 Grammatom Aluminiumpulver zu einer Menge des Komplexes Aluminiumchlorid-Äthylen, der durch Zusatz vnn 15 Mol Äthylen zu 1 Mol Aluminiumchlorid unter vorheriger Abscheidung der flüssigen Äthylenpolymeren erhalten wurde, eingeführt. Ferner wird in das Rohr kontinuierlich Äthylen unter einem Druck von 60 Atmosphären gegeben. Das Gewichtsverhältnis des eingeführten Katalysators zu dem Äthylen beträgt 10 bis 50 Gewichtsteile Katalysator auf 1000 Gewichtsteile Äthylen. Die Drehzahl der Transportschnecke wird so eingestellt, daß sich eine Verweilzeit des Aufgabegutes in der Vorrichtung von bis 2 Stunden Dauer ergibt. Um den Polymerisationsvorgang auszulösen, wird die Aufgabezone des Rohres auf eine Temperatur von 60° C erwärmt. In dem mittleren Bereich des Rohres wird die Reaktionswärme durch Kühlung mittels Wassers abgeführt. Das Austrittsende des Rohres wird durch äußere Erhitzung auf der Erweichungstemperatur des Polyäthylens von zwischen 120 und 150° C gehalten. Das gebildete feste und infolge der Erhitzung des Rohrendes erweichte feste Polymerisat wird kontinuierlich durch einen Hahn abgezogen und einem Kalander zugeführt, der es in die Form eines Films überführt. Dieser Film wird fortlaufend in ein Wasserbad, dem gegebenenfalls Chlorwasserstoffsäure und ein Netzmittel zugesetzt wird, eingeführt. Beim Verlassen dieses Bades wird der Film abgeschnitten und wie üblich in kleine Stücke zerlegt.

Claims (6)

  1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Polymerisation von Äthylen in Gegenwart eines aus Aluminiumchlorid, Titantetrachlorid und Aluminiumpulver hergestellten Katalysators, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysator ein Gemisch aus einem durch Reaktion von wasserfreiem Aluminiumchlorid mit Äthylen im Molverhältnis von 1:10 bis 1:20 gebildeten, von gleichzeitig entstandenen öligen Äthylenpolymeren befreiten Komplex, einer geringen Menge Titantetrachlorid und einer geringen Menge pulverförmigen Aluminiums verwendet wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Katalysator verwendet wird, der auf 1 Mol Aluminiumchlorid 1 bis 6 Mol Äthylen, 2 Mol Titantetrachlorid und 1,5 Grammatom Aluminiumpulver enthält.
  3. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Katalysator verwendet wird, der einen aus Aluminiumchlorid und Äthylen bestehenden, durch Erhitzen der Ausgangsstoffe auf eine Temperatur von 40 bis 50° C unter einem Druck von 70 Atmosphären hergestellten Komplex enthält.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerisation des Äthylens mittels des Katalysators diskontinuierlich durch Erhitzen des Äthylens auf eine Temperatur von 70° C in Anwesenheit des Katalysators unter Aufrechterhaltung eines Drucks von 60 Atmosphären während der Gesamtdauer der Polymerisationsreaktion durchgeführt wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerisation des Äthylens mittels des Katalysators kontinuierlich erfolgt, während die Mischung von Äthylen und Katalysator ein druckwiderstandsfähiges Rohr passiert, durch welches das Material während des Polymerisationsvorganges mittels einer Transportschnecke hindurchtransportiert wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß unter Verwendung von 10 bis 50 Gewichtsteilen Katalysator auf 1000 Gewichtsteile Äthylen der Druck während des Polymerisationsvorganges auf 60 Atmosphären gehalten wird und die Verweilzeit des Reaktionsgemisches in dem Rohr zwischen 1 und 2 Stunden beträgt, wobei der mittlere Teil des Rohres gekühlt und das Ende des Rohres, an dem das gebildete Polymere austritt, bis zur Erweichungstemperatur des Polyäthylens, d. h. auf 120 bis 150° C, erhitzt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 874 215.
DE1960C0021290 1959-04-24 1960-04-25 Verfahren zur Polymerisation von AEthylen Pending DE1191575B (de)

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FR793043A FR1234172A (fr) 1959-04-24 1959-04-24 Perfectionnement à la polymérisation de l'éthylène

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DE1191575B true DE1191575B (de) 1965-04-22

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE874215C (de) * 1943-12-18 1953-04-20 Basf Ag Verfahren zur Herstellung von festen Polymerisaten aus AEthylen oder aethylenreichenGasen

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE874215C (de) * 1943-12-18 1953-04-20 Basf Ag Verfahren zur Herstellung von festen Polymerisaten aus AEthylen oder aethylenreichenGasen

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CH392892A (fr) 1965-05-31
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