DE1251533B - Process for the production of olefin polymers - Google Patents
Process for the production of olefin polymersInfo
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- C08F10/00—Homopolymers and copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond
Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
C08fC08f
Int. Cl.:Int. Cl .:
Deutsche Kl.: 39cr-25/01German class: 39cr-25/01
Nummer: 1 251 533Number: 1 251 533
Aktenzeichen: H 42697 IV d/39 cFile number: H 42697 IV d / 39 c
Anmeldetag: 25. Mai 1961Filing date: May 25, 1961
Auslegetag: 5. Oktober 1967Open date: October 5, 1967
C03F 10-00&C03F 10-00 &
Es ist bekannt, beim Verfahren zur Herstellung von Polyolefinen nach Ziegler, bei dem metallorganische Verbindungen der I. bis III. Gruppe und Verbindungen der IV. bis VIII. Nebengruppe des Periodischen Systems als Katalysatorkomponenten verwendet werden, die Molgewichte der erhaltenen Produkte dadurch zu regulieren, daß man mit wechselnden Verhältnissen der Katalysatorkomponenten arbeitet. Eine Erhöhung des metallorganischen Anteils, insbesondere des Aluminiumalkyls, bewirkt dabei eine Erhöhung des mittleren Molgewichts, und umgekehrt. Im allgemeinen wird so vorgegangen, daß man die beiden Komponenten jeweils im bestimmten Verhältnis miteinander reagieren läßt und dann unmittelbar das so erhaltene Gemisch zur Polymerisation einsetzt. Je nach dem eingestellten Verhältnis der beiden Katalysatorkomponenten lassen sich z. B. Äthylenpolymerisate mit Molekulargewichten von unter 20000 bis über 3000000 einstellen. Die Menge des verwendeten Katalysators ist von Einfluß auf den Verlauf der Polymerisation derart, daß bei relativ geringen Mengen die Polymerisation bei Erhöhung des Molgewichts langsamer verläuft, während man bei höheren Katalysatormengen einen schnelleren Verlauf der Polymerisation unter Bildung niedrigerer Molgewichte erhält. Bei der Fraktionierung solcher Polymerisate stellt sich heraus, daß mehrere Maxima in der Polymerverteilung, besonders ausgeprägt zwei festzustellen sind und somit ein breites Molgewichtsspektrum erhalten wird.It is known in the process for the production of polyolefins according to Ziegler, in the organometallic Compounds of I. to III. Group and compounds of the IV. To VIII. Subgroup of the periodic System are used as catalyst components, the molecular weights of the products obtained thereby to regulate that one works with changing ratios of the catalyst components. An increase the organometallic component, in particular the aluminum alkyl, causes an increase in the medium molecular weight, and vice versa. The general procedure is to use the two Components react with each other in a certain ratio and then immediately so resulting mixture is used for the polymerization. Depending on the set ratio of the two catalyst components can be z. B. Ethylene polymers with molecular weights of less than 20,000 to over Set 3000000. The amount of catalyst used has an influence on the course of the Polymerization in such a way that, in the case of relatively small amounts, the polymerization occurs with an increase in the molecular weight The course of the polymerization is slower, while higher amounts of catalyst result in a faster course of the polymerization with the formation of lower molecular weights. In the fractionation of such polymers provides it turns out that there are several maxima in the polymer distribution, two particularly pronounced and thus a wide range of molecular weights is obtained.
Die bei der technischen Durchführung solcher Verfahren in Anwendung kommenden Mengen an
Übergangsmetallverbindung sind im allgemeinen ziemlich hoch und betragen erfahrungsgemäß meist
mehrere Gramm je Liter, mindestens aber etwa 1 g/l des zur Polymerisation verwendeten Lösungsmittels.
Es sind zwar auch Verfahren bekannt, die mit weniger als 1 g Lösungsmittel je Liter arbeiten. Alle diese
Verfahren haben aber eine geringe Ausbeute an Polymerisat, bezogen auf eingesetzte Übergangsmetallverbindung,
und es ist im allgemeinen erforderlich, das Polymerisat zur Entfernung der Katalysatorreste
besonderen Aufarbeitungsmaßnahmen zu unterwerfen. Beispielsweise kann dies durch Behandeln mit
methanohscher Salzsäure erfolgen oder auch allgemein durch Behandlung mit anorganischen oder organischen
Säuren oder Alkalien. Besondere technische Bedeutung hat ein Verfahren, bei dem die Wäsche des Polymerisats
mit Alkoholen, wie beispielsweise Propanol, erfolgt, die gegebenenfalls auch in Kohlenwasserstoffen
gelöst angewendet werden können. Es ist auch möglich, derartige Alkoholwäschen mit Wasserwäschen zu
Verfahren zur Herstellung von
OlefinpolymerisatenThe amounts of transition metal compound used in the technical implementation of such processes are generally quite high and experience has shown that they are usually several grams per liter, but at least about 1 g / l of the solvent used for the polymerization. Processes are also known which work with less than 1 g of solvent per liter. However, all these processes have a low yield of polymer, based on the transition metal compound used, and it is generally necessary to subject the polymer to special work-up measures in order to remove the catalyst residues. For example, this can be done by treatment with methane hydrochloric acid or generally by treatment with inorganic or organic acids or alkalis. A process in which the polymer is washed with alcohols, such as propanol, for example, which can optionally also be used in solution in hydrocarbons, is of particular industrial importance. It is also possible to process alcohol washes of this type with water washes
Olefin polymers
Anmelder:Applicant:
Hibernia-ChemieHibernia chemistry
Gesellschaft mit beschränkter Haftung,Company with limited liability,
Gelsenkirchen-BuerGelsenkirchen-Buer
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Dr. Fritz Gude,Dr. Fritz Gude,
Dr. Dietrich Schlüter, Wanne-EickelDr. Dietrich Schlüter, Wanne-Eickel
kombinieren. Alle diese Verfahren haben den Nachteil, daß sie die Herstellung des Polymerisats mit ganz erheblichen Kosten belasten, wobei vielfach auch die erzielbaren Effekte nicht groß genug sind.combine. All of these processes have the disadvantage that they completely reduce the production of the polymer burden considerable costs, and often the achievable effects are not great enough.
Weiterhin ist es auch bekannt, als Übergangsmetallverbindungskomponente Gemische von TiCl4 und VOCl3 einzusetzen. Der Einsatz erfolgt aber in erheblich größeren Mengen, so daß auf eine besondere Aufarbeitung des Polymerisats nicht verzichtet werden kann. Außerdem sind die erzielten Raum-Zeit-Katalysatorausbeuten wesentlich schlechter als die des erfindungsgemäßen Verfahrens.It is also known to use mixtures of TiCl 4 and VOCl 3 as the transition metal compound component. However, they are used in considerably larger amounts, so that a special work-up of the polymer cannot be dispensed with. In addition, the space-time catalyst yields achieved are significantly poorer than those of the process according to the invention.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von Olefinpolymerisaten durch Polymerisation oder Mischpolymerisation von Olefinen in Gegenwart von Lösungsmitteln, einem Katalysatorsystem aus Titantetrachlorid, Vanadinoxychlorid und einer metallorganischen Verbindung eines Metalls der I. bis III. Gruppe des Periodischen Systems und gegebenenfalls von Wasserstoff, dadurch gekennzeichnet, daß man die Polymerisation in Gegenwart eines Katalysatorsystems durchführt, das aus einem durch Reduktion eines Gemisches von TiCl4 und VOCl3 mit einem Aluminiumtrialkyl, gegebenenfalls in an sich bekannter Weise in BF3-Atmosphäre, erhaltenen unlöslichen Niederschlag in Mengen von 600 bis 5 mg/1 und einer metallorganischen Verbindung eines Metalls der I. bis III. Gruppe des Periodischen Systems in Mengen von wenigstens 100 mg/1 des zur Polymerisation angewandten Lösungsmittels besteht.The invention therefore relates to a process for the preparation of olefin polymers by polymerization or copolymerization of olefins in the presence of solvents, a catalyst system composed of titanium tetrachloride, vanadium oxychloride and an organometallic compound of a metal from I. to III. Group of the periodic system and optionally hydrogen, characterized in that the polymerization is carried out in the presence of a catalyst system which is obtained from a reduction of a mixture of TiCl 4 and VOCl 3 with an aluminum trialkyl, optionally in a manner known per se in a BF 3 atmosphere , obtained insoluble precipitate in amounts of 600 to 5 mg / 1 and an organometallic compound of a metal of I. to III. Group of the Periodic Table in amounts of at least 100 mg / 1 of the solvent used for the polymerization.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren erzielt man sehr gute, für ein großtechnisches Verfahren brauch-The method according to the invention achieves very good, for a large-scale industrial process,
709 650/402709 650/402
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bare Raum-Zeit-Ausbeuten. Die Polymerisate weisen des Lösungsmittels erfolgen, oder man kann nach der ein schmales Molgewichtsspektrum auf, was sich im Polymerisation das Lösungsmittel mit Wasserdampf Gegensatz zu den bekannten Polymerisaten insbeson- abtreiben. Bei einer solchen Arbeitsweise wird dann dere in einer höheren Reißfestigkeit, Dehnung und die metallorganische Verbindung in eine unlösliche Kerbschlagzähigkeit bemerkbar macht. Ferner ist bei 5 Verbindung übergeführt, das Aluminiumalkyl beiVerzicht auf besondere Aufarbeitungsmaßnahmen der spielsweise in Aluminiumhydroxyd, die dann als Halogenidgehalt niedrig. Füllstoff im Polymerisat verbleiben kann. In einembare space-time yields. The polymers can be made of the solvent, or one can after a narrow molecular weight spectrum, which is what polymerizes the solvent with water vapor In contrast to the known polymers in particular drive off. In such a way of working then more in a higher tear strength, elongation and the organometallic compound in an insoluble Noticeable impact strength. Furthermore, the compound is converted in the case of 5, the aluminum alkyl in the case of waiver on special work-up measures, for example in aluminum hydroxide, which then as Low halide content. Filler can remain in the polymer. In one
Zweckmäßig arbeitet man in Abwesenheit solcher solchen Fall empfiehlt sich zweckmäßig die Verwen-Stoffe,
die den Polymerisationsablauf stören können, dung von Aluminiumtrialkylen als Katalysatorkomwie
beispielsweise Sauerstoff und Wasser. Um etwaige io ponente, da dann bei der Hydrolyse mit Wasser keine
Spuren dieser Verunreinigungen zuverlässig zu be- Salzsäure entstehen kann, wodurch bei der Aufseitigen
wird die metallorganische Katalysatorkom- arbeitung Korrosionen auftreten können,
ponente in Mengen von wenigstens 0,1 g/l des zur Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird als
Polymerisation verwendeten Lösungsmittels ange- Übergangsmetallkomponente ein Gemisch aus TiCl4
wendet. Bei der erfindungsgemäßen Arbeitsweise 15 und VOCl3 in verschiedenen Mengenverhältnissen
werden die Molekulargewichte der Polymerisate ver- zueinander verwendet, welches vor dem Einsatz in die
hältnismäßig hoch. Man kann durch bekannte Mittel, Polymerisation einer gesonderten Reduktion, z. B.
wie z. B. Zusatz von Wasserstoff bei der Polymeri- mit Aluminiumtriäthyl im Molverhältnis Übergangssation
oder durch thermische Behandlung des Poly- metallverbindung zu Aluminiumalkyl von 1:4, untermerisats
das Molgewicht auf die gewünschte Höhe bei 20 worfen wird. Zur Polymerisation wird dann nur der
gleichbleibender Ausbeute bringen. hierbei angefallene unlösliche Anteil verwendet.It is expedient to work in the absence of such a case, it is advisable to use substances which can disrupt the course of the polymerization, such as trialkyls of aluminum, such as oxygen and water, as catalyst. To avoid any io components, since no traces of these impurities can be reliably formed during hydrolysis with water.
component in amounts of at least 0.1 g / l of the solvent used as the polymerization in the process according to the invention. A mixture of TiCl 4 is used as the transition metal component. In the procedure according to the invention and VOCl 3 in different proportions, the molecular weights of the polymers are used relative to one another, which is relatively high before use. One can, by known means, polymerize a separate reduction, e.g. B. such as B. addition of hydrogen in the polymer with aluminum triethyl in the molar ratio transition station or by thermal treatment of the poly metal compound to aluminum alkyl of 1: 4, undermerisats the molecular weight is thrown to the desired level at 20. Only the constant yield will then lead to the polymerization. insoluble fraction accrued here is used.
Durch die Erfindung ist es möglich geworden, bei Vorteilhaft ist auch die Aktivierung des KatalysatorsThe invention has made it possible, and activation of the catalyst is also advantageous
den sehr geringen Mengen an TiCl4 und VOCl3, die dadurch, daß man ihn in an sich bekannter Weise mitthe very small amounts of TiCl 4 and VOCl 3 , which are obtained by using it in a manner known per se
zur Anwendung gelangen, von umständlichen Auf- Bortrifluorid behandelt.come to use, treated by cumbersome boron trifluoride.
arbeitungsmaßnahmen für das Polymerisat abzusehen. 25 Im übrigen entsprechen die Bedingungen für dieforeseen work measures for the polymer. 25 Otherwise, the conditions for the
Insbesondere kann die Alkoholwäsche ganz entfallen, Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens denIn particular, washing with alcohol can be dispensed with entirely, while the method according to the invention can be carried out
wenn nicht auf extrem hohe Reinheit des Produkts sonst beim Ziegler-Verfahren üblichen Methoden.
Wert gelegt wird. Im Polymerisat verbleiben dann nur
sehr geringe Mengen an Übergangsmetallverbindung,if not for extremely high purity of the product, otherwise usual methods for the Ziegler process.
Value is placed. Then only remain in the polymer
very small amounts of transition metal compound,
ebenso ist der Chlorgehalt sehr niedrig. Bei der dann 30 Beispiele
sehr vereinfachten Aufarbeitung kann man beispielsweise so vorgehen, daß die Aluminiumalkylverbindung Die Durchführung der einzelnen Polymerisationszusammen
mit dem Lösungsmittel abgedampft wird versuche ist aus der nachstehenden Tabelle ersichtlich,
und dann anschließend, gegebenenfalls nach Zusatz an Die Mengenangaben für TiCl4 und VOCl3 beziehen
frischem Aluminiumalkyl, entsprechend dem Ver- 35 sich auf die Mengen, die vor Einsatz zur Polymerisabrauch
bei der Reaktion, unmittelbar einer weiteren tion einer gesonderten Reduktion mit Aluminium-Verwendung,
z. B. der Polymerisationsreaktion, züge- triäthyl unterworfen würden. Die Reduktion erfolgte
führt wird. Die Trennung des Polymerisats vom bei —300C. Bei Zugabe von BF3 erfolgte die Reduk-Lösungsmittel
kann bei unlöslichen Kunststoffen, wie tion unter BF3-Atmosphäre, in den übrigen Fällen
Polyäthylen, Polypropylen, Poly-«-butylen, zunächst 40 unter Stickstoff.the chlorine content is also very low. Then 30 examples
A very simplified work-up can be done, for example, in such a way that the aluminum alkyl compound is evaporated off together with the solvent experiments can be seen from the table below, and then subsequently, if necessary after addition of the amounts for TiCl 4 and VOCl 3 refer to fresh aluminum alkyl, according to the relation to the amounts which, before use for polymerisation in the reaction, immediately a further tion of a separate reduction with the use of aluminum, z. B. the polymerization reaction, would be subjected to triethyl. The reduction is carried out leads. The separation of the polymer from was carried out at -30 0 C. Upon addition of BF 3, the reductive-solvent may be in insoluble plastics, such as BF tion under 3 atmosphere, in other cases, polyethylene, polypropylene, poly - «- butylene, initially 40 under nitrogen.
durch Abnutschen, Zentrifugieren oder eine andere Nach Beendigung der Polymerisation kann das geeignete bekannte Methode geschehen. Dies gilt Polymerisat wie folgt aufgearbeitet werden: Bei den insbesondere dann, wenn bei Temperaturen über Versuchen 1 bis 6 wurde das Lösungsmittel vom Raumtemperatur filtriert wird. Das Lösungsmittel Polymerisat durch Abnutschen getrennt. Die Benzinin der Aluminiumalkylverbindung kann von diesen 45 lösung wurde dann in einen Dünnschichtverdampfer Polymerisatanteilen mit Hilfe von Dünnschichtver- oder eine Vakuumkammer gegeben. Dort wurde das dampfern, durch Eindüsen in eine Vakuumkammer Benzin, das zugleich als Schleppmittel für die Alumi- oder eine andere geeignete Operation, wie beispiels- niumalkylverbindung diente, abgezogen und im Kreisweise eine thermische Behandlung der einzudampfen- lauf zur Polymerisation nach Zusatz der verbrauchten den Lösung bei großer Oberfläche, erfolgen. Lösliche 50 Aluminiumalkylmengen zurückgeführt. Das abge-Polymere, z. B. Äthylen-Propylen-Copolymere, werden trennte Polymerisat war nach Trocknung unmittelbar nach der Polymerisation, zweckmäßig nach Ablassen verwendungsfähig. Bei Bedarf könnte es noch einer des Überdrucks, durch Aufheizen im Lösungsmittel zusätzlichen Reinigung mit Alkoholen od. dgl. unterauf etwa 100 bis 2C0°C auf ein ausreichend bewegliches worfen werden.by suction filtration, centrifugation or another After completion of the polymerization, this can suitable known method happen. This applies polymer to be worked up as follows: At the especially when at temperatures above experiments 1 to 6, the solvent was from Room temperature is filtered. The solvent polymer separated by suction filtration. The gasoline woman The aluminum alkyl compound can then solution of this 45 in a thin film evaporator The polymer proportions are given with the aid of thin-film or a vacuum chamber. There it was steam, by injecting gasoline into a vacuum chamber, which at the same time acts as an entrainer for the aluminum or another suitable operation, such as, for example, the nium alkyl compound, was removed and a thermal treatment was carried out in a cycle to evaporate the run for polymerization after the addition of the consumed the solution with a large surface. Soluble 50 amounts of aluminum alkyl recycled. The ab polymer z. B. ethylene-propylene copolymers, separated polymer was immediately after drying after polymerization, usable after draining. If necessary, there could be another one the overpressure, by heating in the solvent, additional cleaning with alcohols or the like about 100 to 2C0 ° C on a sufficiently movable throw.
Gel gebracht. Das Aufheizen kann gegebenenfalls 55 Bei den Versuchen 7 und 8 wurde die Benzinlösung, unter dem Eigendruck des siedenden Lösungsmittels gegebenenfalls unter Druck, auf eine Temperatur erfolgen. Anschließend kann eine Filtration durch zwischen 110 und 2000C aufgeheizt. Bei Produktion eine Filterkerze erfolgen, oder die Abtrennung wird mit niedrigem ^r^-Wert konnte man im unteren durch Eindüsen in eineJVakuumkammer durchgeführt. Bereich dieser Temperaturspanner bleiben, während Bei dieser Filtration bleibt die Übergangsmetall- 60 Produkte mit höherem ?jre,2-Wert im oberen Temperakomponente bereits zum großen Teil in der Filterkerze, turbereich behandelt wurden. Dadurch kam es zur von wo sie gegebenenfalls mit dem Lösungsmittel in Bildung einer Lösung bzw. eines beweglichen Gels, das Polymerisationsgefäß zurückgespült wird. Die weitere Behandlung erfolgte wie bei den vorstehendBrought gel. In experiments 7 and 8, the gasoline solution was carried out under the autogenous pressure of the boiling solvent, if necessary under pressure, to a temperature. Filtration can then be carried out through between 110 and 200 ° C. A filter candle can be used during production, or the separation is carried out with a low ^ r ^ value in the lower part by injecting it into a vacuum chamber. This temperature range remains, while the transition metal 60 products with a higher? Re , 2 value in the upper temperature component have already been treated for the most part in the filter candle area. As a result, the polymerization vessel was flushed back from where it is possibly flushed back with the solvent to form a solution or a mobile gel. Further treatment was as for the above
Will man das Lösungsmittel vor der Rückführung beschriebenen Versuchen im DünnschichtverdampferIf you want to use the solvent before recycling, the experiments described in the thin-film evaporator
zur Polymerisation oder vor einer anderen Verwen- 65 bzw. in einer Vakuumkammer. Im unteren Teil wurdefor polymerization or before another use 65 or in a vacuum chamber. In the lower part was
dung von den in ihm enthaltenen metallorganischen dann das Polymerisat abgezogen, das dann beiThe polymer is then deducted from the organometallic contained in it, which is then used in
Verbindungen, insbesondere Aluminiumalkylen, reini- besonderen Anforderungen noch weiter behandeltCompounds, especially aluminum alkyls, are treated further with special requirements
gen, so kann dies durch eine einfache Wasserwäsche wurde.gen, so this can be done by a simple water wash.
mittelDilution
middle
(D lot
(D
vor der ReduktionVOCl 3 + TiCl 4
before the reduction
(g/l
Lösungs
mittel)lot
(g / l
Solution
middle)
Verbindung
I. bis III. Gruppe
(2. Katalysator
komponente)Organometallic
link
I. to III. group
(2nd catalyst
component)
(g/l
Lösungs
mittel)lot
(g / l
Solution
middle)
an Polyyield
to poly
Katalysator
ausbeute (g)
Zeit (h) ·
Raum (1) ·Space-time
catalyst
yield (g)
Time (h)
Room (1)
verhältnisamounts
relationship
(kg)merisat
(kg)
metallver
bindung (g/l)Transition
metallver
binding (g / l)
60:40 MolprozentVOCl 3 , TiCl 4
60:40 mole percent
monochloridAl diethyl
monochloride
80:20 MolprozentVOCl 3 , TiCl 4
80:20 mole percent
40:60 MolprozentVOCl 3 , TiCl 4
40:60 mole percent
60:40 MolprozentVOCl 3 , TiCl 4
60:40 mole percent
50:50 Molprozent
BF3 VOCl 3 , TiCl 4
50:50 mole percent
BF 3
50:50 Molprozent
BF3 VOCl 3 , TiCl 4
50:50 mole percent
BF 3
50:50 Molprozent
BF3 VOCl 3 , TiCl 4
50:50 mole percent
BF 3
Propylen
50:50 VolumEthylene—
Propylene
50:50 volume
50:50 Molprozent
BF3 VOCl 3 , TiCl 4
50:50 mole percent
BF 3
Propylen
50:50 VolumEthylene—
Propylene
50:50 volume
Claims (3)
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 017 791, 1 049 584, 616, 1097 137;Considered publications:
German Auslegeschriften Nos. 1 017 791, 1 049 584, 616, 1097 137;
französische Patentschriften Nr. 1 158 804,1 203 779, 1204167;Austrian Patent No. 207 562;
French Patent Nos. 1,158,804, 203,779, 1204167;
britische Patentschriften Nr. 799 850, 846 731.Belgian Patent Nos. 543 082, 554 271, 350;
British Patent Nos. 799 850, 846 731.
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