DE1260148B - Verfahren zur Herstellung von festem kristallinem Polyaethylen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von festem kristallinem Polyaethylen

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DE1260148B
DE1260148B DEE24252A DEE0024252A DE1260148B DE 1260148 B DE1260148 B DE 1260148B DE E24252 A DEE24252 A DE E24252A DE E0024252 A DEE0024252 A DE E0024252A DE 1260148 B DE1260148 B DE 1260148B
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Germany
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hydrate
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water
mixture
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DEE24252A
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English (en)
Inventor
Isidor Kirshenbaum
Peter Lucchest
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ExxonMobil Technology and Engineering Co
Original Assignee
Exxon Research and Engineering Co
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Publication date
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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F10/00Homopolymers and copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond

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  • Transition And Organic Metals Composition Catalysts For Addition Polymerization (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. α.:
C08f
Deutsche Kl.: 39 c - 25/01
Nummer: 1260148
Aktenzeichen: E 24252IV d/39 c
Anmeldetag: 29. Januar 1963
Auslegetag: 1. Februar 1968
Die Verwendung sogenannter Fischer-Katalysatoren, die aus Aluminiummetall, Aluminiumchlorid und Titantetrachlorid bestehen, zur Polymerisation von Äthylen zu festen kristallinen Polymeren ist bekannt. Es ist auch bekannt, daß man größere Mengen Aluminium verwendet, um die Wirksamkeit des Katalysators und die Ausbeuten an festem Polymeren zu erhöhen. Trotz erhöhter Aluminiumkonzentrationen besteht jedoch immer noch der Wunsch nach einer weiteren Verbesserung des Verfahrens und nach Herstellung eines Polyäthylens, das dadurch, daß der Schmelzindex herabgesetzt und das Molekulargewicht heraufgesetzt wird, zur Blasverformung geeignet ist. !
Die USA.-Patentschrift 2 899 413 beschreibt ein katalytisches Polymerisationsverfahren von α-Olefinen, wobei Katalysatorgemische aus metallischem Aluminium, Aluminiumchlorid, Titantetrahalogeniden oder -tetraalkoxyderivaten mit Zusätzen an Alkalifluoriden zur Anwendung gelangen. Die Polymerisationsgeschwindigkeit, bezogen auf Katalysatormenge, und die Molekulargewichte der erhaltenen Polymerisate lassen bei diesem bekannten Verfahren jedoch noch zu wünschen übrig.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von festem kristallinem Polyäthylen durch Polymerisation von Äthylen in Gegenwart eines Gemisches aus Aluminium, Aluminiumchlorid und Titantetrachlorid als Katalysator sowie eines weiteren anorganischen Salzes in einer Menge von 0,05 bis 1,25 Millimol je Gramm des Katalysatorgemisches und in Anwesenheit von 5 bis 1000 Volumina, bezogen auf das Gesamtvolumen des Katalysatorgemisches, eines inerten aliphatischen oder cycloaliphatischen Kohlenwasserstoffs als Verdünnungsmittel, das Spuren eines aromatischen Kohlenwasserstoffs enthalten kann, bei einer Temperatur von 70 bis 1000C und einem Druck von 7 bis 35atü, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man als weiteres anorganisches Salz ein anorganisches Salzhydrat verwendet, das erst bei einer Temperatur von 1000C oder darüber mindestens 30 Gewichtsprozent seines gebundenen Wassers abgibt.
Das Polymerisationsverfahren gemäß vorliegender Erfindung, das in Gegenwart von anorganischen Salzhydraten durchgeführt wird, erfordert gegenüber dem Verfahren der USA.-Patentschrift 2 899 413 eine geringere Reaktionszeit, wobei die Katalysatorausbeute (Gramm Polymerisat je Gramm Katalysator je Stunde) zwei- bis dreimal so hoch ist. Darüber hinaus sind die Schmelzindizes der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Polymeren Verfahren zur Herstellung von festem
kristallinem Polyäthylen
Anmelder:
Esso Research and Engineering Company,
Elizabeth, N. J. (V. St. A.)
Vertreter:
Dr. W. Beil, A. Hoeppener
und Dr. H. J. Wolff, Rechtsanwälte,
6230 Frankfurt-Höchst, Adelonstr. 58
Als Erfinder benannt:
Isidor Kirshenbaum, Westfield, N. J;
Peter Lucchest, Newark, Ni J. (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 12. Februar 1962
(172755)
vergleichsweise wesentlich niedriger und somit ihre Molekulargewichte beträchtlich höher.
Überraschenderweise werden die Herabsetzung des Schmelzindexes und die Erhöhung des Molekulargewichts durch Verwendung von Hydratsalzen erreicht, obwohl man bisher annahm, daß die Zugabe von Wasser das Molekulargewicht des Produktes herabsetzt. Tatsächlich ruft die Verwendung einer Wassermenge, die der durch die erfindungsgemäß zugesetzten Hydratsalze freigesetzten Menge entspricht, eine sehr starke Verminderung der Katalysatoraktivität hervor und ergibt noch nicht einmal vergleichbare Verbesserungen.
Das mit den erfindungsgemäß verwendeten Salzhydraten hergestellte Polyäthylen hat ein Molekulargewicht von 200 000 bis 400 000 (bestimmt an Hand der Viskositätszahl unter Anwendung der Chiangschen Gleichung nach J. Polymer Sc, Bd. 36 [1959], S. 91) und einen Schmelzindex von 0,1 bis 0,8 im Vergleich zu Molekulargewichten von etwa 120 000 bis 180 000 oder weniger und Schmelzindizes von 1 bis 5 oder mehr in den Fällen, wo keine Hydrate verwendet werden. Es erwies sich ferner, daß die erfindungsgemäß hergestellten Polyäthylene eine höhere Izod-Kerb-Schlagfestigkeit aufweisen als Polyäthylene, die ohne Verwendung von Hydraten hergestellt wurden.
Die Katalysatorbestandteile werden im allgemeinen im Verhältnis von 0,3 bis 3 Mol, vorzugsweise 0,5
709 747/559
bis 2 Mol, AlCl3 und 1 bis 12 Mol, vorzugsweise 1 bis 3 Mol, Aluminium je Mol TiCl4 verwendet.
Die Bestandteile des Katalysators werden vorzugsweise so gemischt, daß man feinzerteiltes Aluminiumpulver mit mindestens einem. Teil des Aluminiumchlorids in innige Berührung bringt und dieses Gemisch anschließend mit dem Tetrachlorid des Übergangsmetalls mischt.
Diese drei Katalysatorbestandteile werden dann in einem inerten aliphatischen oder cycloaliphatischen Kohlenwasserstoffverdünnungsmittel, z. B. einem gerad- oder verzweigtkettigen, 5 bis 15 Kohlenstoffatome enthaltenden aliphatischen Kohlenwasserstoff, der nur die Elemente Kohlenstoff und Wasserstoff enthält, dispergiert. Die verwendete Menge an Verdünnungsmittel beträgt zwischen 5 und 1000 Volumen Verdünnungsmittel je Gesamtvolumen der Katalysatorbestandteile Al, AlCl3 und TiCl4, vorzugsweise 10 bis 500 Volumen Verdünnungsmittel je Volumen Katalysator. Eine Spur aromatisches Verdünnungsmittel, wie Benzol oder Alkylbenzol, kann jedoch neben dem aliphatischen Verdünnungsmittel enthalten sein.
Als anorganische Salzhydrate, die erfindungsgemäß verwendet werden, kommen solche Salzhydrate in Frage, die erst bei einer Temperatur von 1000C oder darüber hinaus mindestens 30 Gewichtsprozent des gebundenen Wassers abgeben. Hydrate, bei denen der genannte Mindestteil des gebundenen Wassers schon bei tieferen Temperaturen freigesetzt wird, sind nicht geeignet, da sie die Wirksamkeit des Katalysators sehr stark herabsetzen und sie in manchen Fällen sogar fast vollständig vernichten und oft auch nicht
ίο das geeignete Polymere ergeben. Beispiele von geeigneten Hydraten (Typ A) und nicht verwendbaren Hydraten (Typ B) sind in der Tabelle I zusammengestellt. Als Zersetzungstemperaturen sind Werte angegeben, die aus Standard-Nachschlagwerken, wie »Handbook of Chemistry and Physics« und »A Comprehensive Treatise on Inorganic and Theoretical Chemistry« von M e 11 ο r, entnommen sind. Die Zersetzungstemperatur von BaCl2 · 2H2O wird beispielsweise im »Handbook of Chemistry and Physics«,
ao 37. Aufl. (1955-1956), S. 478-479, Chemical Rubber Publishing Co., mit 1130C angegeben. Salze, die den aufgestellten Anforderungen entsprechen, lassen sich leicht ermitteln.
Tabelle I Zersetzungstemperatur, 0C
113
152
114
~110
38
73
57
48
40 bis 50
~60
Typ A
BaCl2 · 2H2O
MnSO4 -H2O
Cu(NO3), · 3H2O
AlCl3 · 6H2O
Typ B
SnCl2 · 2H2O
Na3PO4 · 12H2O
Ni(NOa)2 · 6H2O
MgSO4 · 7H2O
Ca(NO3), · 4H2O
CuSO4 · 5H2O
Das anorganische Salzhydrat wird in einer Menge von 0,05 bis 1,25 mMol Hydrat je Gramm Katalysator-Komponenten-Gemisch, d. h. je Gramm des Gesamtgewichts der vereinigten Komponenten Al, AlCl3 und TiCl4, verwendet. Der tatsächlich bevorzugte Konzentrationsbereich hängt von der Anzahl und der Geschwindigkeit der aus dem Hydrat freigesetzten Wassermoleküle ab. Der bevorzugte Bereich liegt also bei BaCl2-2H2O höher als bei AlCl3-6H2O und niedriger als bei MnSO4 · H2O. Wird als Hydrat BaCl2 · 2H2O und der Al/AlCyTiClrKatalysator in einem Molverhältnis von 3/1/1 verwendet, so beträgt die bevorzugte Hydratkonzentration 0,65 bis 0,95 Millimol je Gramm Gesamtkatalysator.
Die Hydrate können dem Katalysator zugesetzt werden, nachdem dieser z. B. in einer Kugelmühle ■vermählen oder in dem Verdünnungsmittel dispergiert worden ist, oder sie können kontinuierlich in das Reaktionsgefäß eingeführt werden.
Es ist wichtig hervorzuheben, daß von dem Katalysator bei der Umsetzung verhältnismäßig geringe Mengen verwendet werden können, so daß die Entaschung vereinfacht wird. Bei Verwendung von Al/AlCl3/TiCl4-Katalysator in einem Molverhältnis von 3/1/1 oder 3/1/2 werden auf diese Weise vorzugsweise Katalysatormengen von nur 1 bis 2 g je Liter Verdünnungsmittel verwendet.
Die Umsetzung selbst wird bevorzugt durchgeführt, indem man einen Teil des Katalysators mit 100 bis 500 Teilen eines der genannten Kohlenwasserstoffverdünnungsmittel in das Reaktionsgefäß bringt und in dieses 20 bis 60 g Äthylen je Gramm Katalysator einspritzt. Das Reaktionsgemisch wird auf eine Temperatur von 70 bis 1100C, vorzugsweise 80 bis 1000C, bei einem Druck von 7 bis 35 atü erhitzt. Während der Umsetzung kann weiteres Äthylen zugefügt werden. Nach Abschluß der Umsetzung wird das feste Polymerisat mit etwa einer gleichen Menge eines 1 bis 6 Kohlenstoffatome enthaltenden Alkohols, wie Äthylalkohol oder Isopropylalkohol, ausgefällt. Das ausgefällte Produkt wird dann mit weiterem
Alkohol gewaschen.
Beispiel 1
In der nachstehenden Tabelle Π ist eine Reihe von Polymerisationsversuchen aufgeführt, die mit verschiedenen erfindungsgemäß verwendeten anorganischen Salzhydraten durchgeführt wurden. Tabelle III enthält die Ergebnisse mit verschiedenen anorganischen Salzen, die nicht geeignet sind, da das Wasser schon bei außerordentlich tiefen Temperaturen freigesetzt wird. In allen Fällen wurde die Polymerisation 1 Stunde lang bei 900C und 7 atü in n-Heptan durchgeführt.
Tabelle II
Hydrate
Molverhältnis von Al/AlCl/TiCl*
Zusatzmittel
g/g Katalysator
mMol/g Katalysator
Polymeres
g/g Katalysator je Stunde
Schmelzindex bei 1900C
Molgewicht · 10~3
3/1/1
BaCl2 · 2H2O 0,212 0,87
37,8 0,37 270
3/1/2
BaCl2 · 2H2O 0,224 0,92
30 0,17 320
3/1/2
CuNO3 - 3H2O 0,226
0,93
30,2
0,38
270
Tabelle III (Vergleichsversuche)
3/1/1
AlCl3 · 6H2O 0,024 0,062
45,2 0,89 220
to σ> ο
Hydrate
Molverhältnis von Al/AlCl3/TiCl4
Zusatzmittel
g/g Katalysator
mMol/g Katalysator
Polymeres
g/g Katalysator je Stunde
Schmelzindexbeil90°C
Molgewicht · 10~3
3/1/2
SnCl2 · 2H2O 0,144 0,64
9,4 0,08 430
3/1/2
Na3PO4 · 12H2O 0,059 0,16
4,3 0,12 380
3/1/2
Ni(NO3)2 · 6H2O 0,090 0,31
11,5 0,17 350
3/1/2
MgSO4 · 7H2O 0,016 0,07
0,5
3/1/2
Ca(NOs)2 · 4H2O
0,110
0,47
15,5
0,16
360
3/1/2
CuSO4 · 5H2O 0,093 0,37
8,1 0,03 570
3/1/2
CuAc2 · H2O 0,372 1,86
10,8 0,12 380
3/1/2
MgCl2 · 6H2O 0,063 0,31
14,5 0,07 450
Weitere Vergleichsversuche:
Bei einer Reihe von Versuchen, die wie die Versuche des Beispiels 1 durchgeführt wurden, bei denen jedoch kein Hydrat verwendet wurde, wies das Polymerisat Schmelzindizes von 1,2 bis 2,5 oder mehr auf, was Molekulargewichten von 160 000 bis 135 000 entspricht.
Beispiel 2
In einem Versuch, der wie die Versuche des Beispiels 1 durchgeführt wurde und in dem ein Katalysator mit einem Al/AlClg/TiC^-Molverhältnis von 3/1/2 und MnSO2-2H2O als Hydrat verwendet wurde, wies das erhaltene Polyäthylen einen Schmelzindex von 0,1 und ein Molekulargewicht von 400 000 auf.
In den obigen Beispielen wurde das Hydrat im Gemisch mit dem Katalysator zugeführt. Bei Verwendung eines Hydrats vom Typ A lagen die Molekulargewichte im gewünschten Bereich bei zufriedenstellenden Polymerisatausbeuten., Bei Verwendung eines Hydrats vom Typ B betrugen die Polymerisatausbeuten V2 bis 1I10 von denen mit den Hydraten vom Typ A. Wurde kein Hydrat verwendet, war das Molekulargewicht zu gering.
Beispiel 3
Es wurden Vergleichsversuche durchgeführt, um den Einfluß einer Wasserzugabe in Form eines anorganischen Salzhydrats mit der Zugabe von freiem
ίο Wasser zu vergleichen. Diese Versuche wurden bei 90°C und einem Gesamtdruck von 7 atü durchgeführt. Ein Katalysator mit einem Molverhältnis von Al/AlCl3/TiCl4 wie 3/1/1 wurde in einer Menge von 1,44 g je Liter n-Heptan verwendet. Die Wasserzugabe erfolgte auf verschiedene Weise. In einem Versuch (A) wurde das freie Wasser zusammen mit dem Katalysator zugefügt. Im Versuch (B) wurde das freie Wasser mit der Äthylenbeschickung und in den Versuchen C und D wurde erfindungsgemäß gebundenes Wasser
ao in Form von BaCl2 · 2H2O mit dem Katalysator zugefügt. Die Tabelle IV zeigt die Ergebnisse der Versuche.
; Tabelle IV
Eine Hydratzugabe entspricht nicht einer H2O-Zugabe
Versuch .
(Vergleichsversuch)
(Verglelchsversuch)
Zusatzmittel
Art der Zugabe ,
Zugefügte Menge an freiem oder
gebundenem Wasser Milligramm
H2O je Gramm Katalysator
Polymerisatausbeute
Gramm Polymeres je Gramm
in 1 Stunde
Schmelzindex bei 190° C
Molekulargewicht · 10~3
Wasser
mit dem. Katalysator
4,9 ;
<5
2,6 150 Wasser
mit der
Beschickung
12
2,8
125
BaCl2 · 2H2O
als Hydrat mit
dem Katalysator
43
0,35
300
BaCl2 · 2H2O
als Hydrat mit dem Katalysator
31
41 0,44 260
Die Versuche zeigen den schädlichen Einfluß von freiem Wasser im Gegensatz zum anorganischen Hydrat. Obgleich in Form des erfindungsgemäß zugesetzten Hydrats mehr potentiell verfügbares Wasser zugefügt wurde als freies Wasser, verringert die Zugabe von freiem Wasser die Ausbeuten im Vergleich zu einer Zugabe des Hydrates.

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Verfahren zur Herstellung von festem kristallinem Polyäthylen durch Polymerisation von Äthylen in Gegenwart eines Gemisches aus Aluminium, Aluminiumchlorid und Titantetrachlorid 60 als Katalysator sowie eines-weiteren anorganischen Salzes in einer Menge von 0,05 bis 1,25 Millimol je Gramm des Katalysatorgemisches und in Anwesenheit von 5 bis 1000 Volumina, bezogen auf das Gesamtvolumen des Katalysatorgemisches, eines inerten aliphatischen oder cycloaliphatischen Kohlenwasserstoffs als Verdünnungsmittel, das Spuren eines aromatischen Kohlenwasserstoffs enthalten kann, bei einer Temperatur von 70 bis 1000C und einem Druck von 7 bis 35atü, dadurch gekennzeichnet, daß man als weiteres anorganisches Salz ein anorganisches Salzhydrat verwendet, das erst bei einer Temperatur von 1000C oder darüber mindestens 30 Gewichtsprozent seines gebundenen Wassers abgibt.
    In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 899 413.
    709 747/559 1.68 ι Bundesdruckerei Berlin
DEE24252A 1962-02-12 1963-01-29 Verfahren zur Herstellung von festem kristallinem Polyaethylen Pending DE1260148B (de)

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