DE1442814B - Process for producing an olefin polymerization catalyst - Google Patents
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Description
Chromoxydtra'gcrkatalysatoien sind in ihrer Eignung, Olefine, insbesondere Äthylen, zu wertvollen Testen Polymeren zu polymerisieren, bekannt. Jedoch weisen bestimmte Polymerisationsverfahren, bei denen ein chromoxydhnltiger Katalysator verwendet wird, eine Neigung auf, ein Polymeres mit einem Molekulargewicht zu erzeugen, das höher ist als es für bestimmte Zwecke gewünscht wird. Derartige Polymere mit hohem Molekulargewicht zeigen einen entsprechend niedrigen Schmelzindex, der ein MaU für die Auspreßbarkeit oder Verarbeitbarkeit des Polymeren darstellt. Ein Beispiel für ein derartiges Verfahren ist das Teilchenform - Polymerisationsverfahren (Umsetzung in einem Nichtlösungsmittel unterhalb des Erweichungspunktes des Polymeren), das wirtschaftlich ·5 reizvoll ist, bei dem sich jedoch Polymere von ungeeignetem oder unerwünschtem Molekulargewicht ergeben.Chromium oxide support catalysts are in their suitability Olefins, especially ethylene, are valuable Testing polymers to polymerize is known. However, certain polymerization processes in which a chromium oxide-like catalyst used tends to be a polymer having a molecular weight to produce that is higher than is desired for certain purposes. Such polymers with high molecular weight show a correspondingly low melt index, which is a measure of the extrudability or processability of the polymer. An example of such a procedure is that Particle Shape - Polymerization Process (Reaction in a non-solvent below the softening point of the polymer), which is economically attractive, but in which polymers of unsuitable or undesirable molecular weight.
Der Schmelzindex ist allgemein eine Funktion des Molekulargewichts des Polymeren. Es gibt keinen optimalen Schmelzindex, da der Endzweck des polymeren Materials spezifische Eigenschaften erfordert. Beispielsweise erfordert ein Polyäthylen Tür Rohre einen Schmelzindex, der relativ niedrig ist, während ein Tür Flaschenfabrikation oder Tür Dekorationszwecke geeignetes Polyäthylen einen etwas höheren Schmelzindex erfordert. Infolgedessen ist ein Polyäthylenpolymerisationsverfahren, bei dem Polymere von variierendem, jedoch geregeltem Schmelzindex erzeugt werden, von besonderem Wert. Dies ist besonders wichtig, falls das Verfahren andere wichtige Eigenschaften, wie z. B. hohe Produktivität oder vereinfachter und wirtschaftlicher Arbeitsgang, aufzeigt.The melt index is generally a function of the molecular weight of the polymer. There is no optimum melt index as the end use of the polymeric material requires specific properties. For example, a polyethylene door tube requires a melt index that is relatively low while A door bottle production or door decoration purposes suitable polyethylene a slightly higher Melt index required. As a result, a polyethylene polymerization process is in which polymers of varying but controlled melt index are produced are of particular value. This is especially important if the process has other important properties, such as e.g. B. high productivity or simplified and economical operation.
Aus der französischen Patentschrift 1 190 591 ist es bereits bekannt, daß zur Herstellung von Polymerisationskatalysatoren Chromoxyd auf Kieselsäuregele aufgebracht wird, wobei man ein Gel verwendet, das einen mittleren Porendurchmesser von wenigstens 65 Λ und eine Oberfläche von wenigstens 450 m2/g aufweist, und daß anschließend die Masse bei Temperaturen bis zu 815° C aktiviert wird. Dieses Verfahren unterscheidet sich grundsätzlich von dem der vorliegenden Erfindung. So ist in der französischen Patentschrift ein Katalysatorträger mit einer Oberfläche von mindestens 450 m2/g, einem Porendurchmesser von mindestens 65 A, vorzugsweise von 75 bis 150 A, und bei der Behandlung des Katalysators eine Aktivierungstemperatur von 230 bis 8150C, vorzugsweise von 400 bis 6200C, beschrieben.From French patent specification 1 190 591 it is already known that chromium oxide is applied to silica gels for the production of polymerization catalysts, using a gel which has an average pore diameter of at least 65 and a surface area of at least 450 m 2 / g, and that then the mass is activated at temperatures up to 815 ° C. This method is fundamentally different from that of the present invention. In the French patent, for example, a catalyst support with a surface area of at least 450 m 2 / g, a pore diameter of at least 65 Å, preferably from 75 to 150 Å, and an activation temperature of 230 to 815 ° C., preferably of from 230 to 815 ° C., during the treatment of the catalyst 400 to 620 0 C, described.
In der deutschen Auslegeschrift 1051004 wird in Spalte 3/4 als bevorzugter Träger für einen mit Chromoxyd imprägnierten Olefinpolymerisationskatalysator ein Gemisch oder eine Verbindung aus Siliciumdioxyd und Aluminiumoxyd beschrieben, wobei ausgeführt wird, daß ein Siliciumdipxydträger SS mit kleiner Oberfläche und großen Poren besser wirksam ist als ein Träger, der eine extrem große Oberfläche und geringe Porengröße besitzt.In the German Auslegeschrift 1051004 in Column 3/4 as a preferred support for a chromium oxide impregnated olefin polymerization catalyst a mixture or a compound of silicon dioxide and aluminum oxide described, wherein it is stated that a silicon dipoxide carrier SS with a small surface area and large pores is more effective than a carrier with an extremely large one Surface and small pore size.
Es war aber aus diesen Patentschriften nicht zu entnehmen, daß sowohl Tür die Aktivierungstempcratur wie auch für die Porendurchmesser- und Oberflächengröße ein spezifischer, enger, sehr kritischer Bereich existiert, innerhalb dessen ein besonders hoher Schmelzindex des Polymeren erhalten wird. Polymere mit hohem Schmelzindcx weisen ein niedrigeres Molekulargewicht auf, und solche Polymerisate sind leichter strangpreßbar und verarbeitbar. Ks ist ein besonderer Vorteil, daß mit dein ertindungsgemäß herstellbaren Katalysator direkt solche leicht verarbeiIbaren Polymere hergestellt werden können, ohne daß cine Nachbehandlung der Polymeren z. B. durch Pyrolyse notwendig ist.However, it could not be inferred from these patents that there is a specific, narrow, very critical range for the activation temperature as well as for the pore diameter and surface size within which a particularly high melt index of the polymer is obtained. High melt index polymers have a lower molecular weight and such polymers are easier to extrude and process. Ks is a particular advantage that with the catalyst that can be prepared according to the invention, such easily processable polymers can be prepared directly without the need for post-treatment of the polymers, for. B. is necessary by pyrolysis.
Das crfiiidiingsgcmäßc Verfahren zur Herstellung eines Olcfinpolymerisalionskatalysators durch Aufbringen von Chrojnoxyd in an sich bekannter Weise auf ein Kieselsäuregel und anschließende Aktivierung besteht darin, daß ein Kieselsäuregel verwendet wird, das eine Dichte von weniger als etwa 0,2 g/ml, einen Porendurchmesser von 200 bis 500 A und eine Oberfläche von 250 bis 350 m2/g aufweist, und daß anschließend das erhaltene Produkt bei 870 bis 935°C aktiviert wird.The crfiiidiingsgc accordingc method for the preparation of an olefin polymerisalion catalyst by applying chroynoxide in a manner known per se to a silica gel and subsequent activation consists in that a silica gel is used which has a density of less than about 0.2 g / ml, a pore diameter of 200 to 500 Å and a surface area of 250 to 350 m 2 / g, and that the product obtained is then activated at 870 to 935 ° C.
Es wurde gefunden, daß Polymere, die in Gegenwart des erfindungsgemäß herstellbaren Katalysators hergestellt-wurden, weit höhere Schmelzindexc besitzen als Polymere, die in Anwesenheit ähnlicher Katalysatoren, die gemäß den bisher bekannten Verfahren erhalten wurden, hergestellt worden sind.It has been found that polymers which have been produced in the presence of the catalyst which can be produced according to the invention Much higher melt index than polymers that, in the presence of similar catalysts, obtained according to the previously known methods.
Ein hochreines Kieselsäuregel mit einer ölabsorption von etwa 300 kg/100 kg ist besonders als Träger des Chromoxydkatalysators gemäß der Erfindung geeignet.A high purity silica gel with an oil absorption of about 300 kg / 100 kg is particularly useful as a carrier of the chromium oxide catalyst according to the invention.
Das Produkt aus Kieselsäure-Chromoxyd mit einem Gehalt von 0,01 bis 50 und vorzugsweise 0,5 bis 5,0 Gewichtsprozent Chrom (Cr) kann durch übliche Maßnahmen, z. B. Imprägnierung und andere Verfahren, wie sie im einzelnen in der USA.-Patentschrift 2 825 721 beschrieben sind, hergestellt werden. Die Aktivierung des Chromoxydkatalysators wird gewöhnlich bei Temperaturen von etwa 538 bis 11000C und vorzugsweise von etwa 650 bis 9300C durchgerührt.The product of silica-chromium oxide with a content of 0.01 to 50 and preferably 0.5 to 5.0 percent by weight of chromium (Cr) can be prepared by conventional measures, e.g. B. Impregnation and other processes as detailed in U.S. Patent 2,825,721. The activation of the Chromoxydkatalysators is usually stirred at temperatures of about 538-1100 0 C and preferably from about 650 to 930 0 C.
Der erfindungsgemäß erhältliche Katalysator ist zur Verwendung bei der Polymerisation von Olefinen mit C2 bis C8 einschließlich Monoolefinen mit bis zu 8 Kohlenstoffatomen und keiner Verzweigung näher an der Doppelbindung als in der 4-Stellung, Diolefinen, z. B. Butadien und Isopren, konjugierten Diolefincn und Copolymeren davon, wie z. B. Äthylen-Butylcn und Athylen-Propylen, geeignet. Er ist besonders brauchbar Tür die Polymerisation von Äthylen bei der bekannten Teilchenform- oder Suspensionsart des Polymerisationsverfahrens.The catalyst obtainable according to the invention is for use in the polymerization of olefins with C 2 to C 8 including monoolefins with up to 8 carbon atoms and no branching closer to the double bond than in the 4-position, diolefins, e.g. B. butadiene and isoprene, conjugated diolefins and copolymers thereof, such as. B. ethylene-butylene and ethylene-propylene, suitable. It is particularly useful for the polymerization of ethylene in the known particulate or suspension type of polymerization process.
Die folgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung.The following examples serve to further illustrate the invention.
Eine Menge von 40 g Davison-»Syloid 244«-Kicselsäuregel mit einer Oberfläche von etwa 250 m2/g, einem Porenvolumen von etwa 2,2 cni3/g und einem Porendurchmesser von etwa 350 A wurde mit 160 ml wäßriger Lösung mit einem Gehalt an 0,786 g gelöstem CrO3 imprägniert. Die erhaltene Aufschlämmung wurde bis 1490C getrocknet, bis zu einer Teilchengröße entsprechend einer Maschenzahl je Quadratzentimeter von 576 bis 1600 verkleinert und hei 8520C 5 Stunden aktiviert. Der Katalysator enthielt 1% Chrom.An amount of 40 g of Davison "Syloid 244" cicelic acid gel with a surface area of about 250 m 2 / g, a pore volume of about 2.2 cni 3 / g and a pore diameter of about 350 Å was mixed with 160 ml of aqueous solution with a Content of 0.786 g of dissolved CrO 3 impregnated. The slurry obtained was dried to 149 0 C, reduced to a particle size corresponding to a number of stitches per square centimeter 576-1600 and hei 852 0 C activated for 5 hours. The catalyst contained 1% chromium.
Ein Anteil von 0,0844 g des wie vorstehend hergestellten Katalysators wurde in einen mit Rührer versehenen rostfreien Stahlreaktor von 1,3 I zusammen mit 454 g n-Pentan gegeben. Das Reaktionsgefäß wurde geschlossen, die Temperatur auf 99° C eingestellt, und es wurde ausreichend Äthylen eingeleitet, um einen Druck, von 3t,6 kg/cm2 aufrechtzuerhalten. Nach 80 Minuten wurde die Athylcnzufulir unter-A 0.0844 g portion of the catalyst prepared as above was placed in a 1.3 liter stainless steel reactor equipped with a stirrer along with 454 g of n-pentane. The reaction vessel was closed, the temperature adjusted to 99 ° C., and sufficient ethylene was passed in to maintain a pressure of 3 tons, 6 kg / cm 2 . After 80 minutes the supply of ethylene was stopped.
brochcn, das Reaktionsgcfiiß geöffnet, um die flüchtigen Bestandteile abzublasen, und das Teilchenformpolymere über Nacht in einem Ofen bei vermindertem Druck getrocknet. Die Ausbeute an Polymcrem betrug 104,5 g, was einer Ausbeute von 1240 g PoIymcres/g Katalysator entspricht. Das Polymere besaß den Hochbelastungsschinelzindex von 8,5.- ■brochcn, the reaction vessel opened to the volatile Blow off ingredients and place the particulate polymer in an oven at reduced pressure overnight Print dried. The yield of polymer cream was 104.5 g, which corresponds to a yield of 1240 g polymer cream / g Catalytic converter. The polymer had a high load shinel index of 8.5
Verschiedene weitere Polymerisationsansätze wurden durchgeführt, wobei die Katalysatorbasis und die Aktivationstcmpcraluren geändert wurden. Mit Ausnahme dieser Änderungen wurden die weiteren Ansätze in praktisch identischer Weise, wie sie vorstehend beschrieben wurde, durchgerührt. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt.Various other polymerization approaches were carried out, the catalyst base and the Activation parameters have been changed. With the exception of these changes, the other approaches were carried out in a practically identical manner to that described above. The results are summarized in the following table.
454 g Pcntan als Verdünnungsmittel — 31,6kg'cnr Reaktionsdruck 1300 ml Reaktionsgefäß — 99 C Reaktionstemperatur454 g of Pcntane as a diluent - 31.6 kg'cnr reaction pressure 1300 ml reaction vessel - 99 C reaction temperature
10
U10
U
Nr.approach
No.
temperatur
CCatalyst activation
temperature
C.
Minutenreaction time
Minutes
8/g*>yield
8 / g *>
des Polymeren1)High-stress sea melt index
of the polymer 1 )
A, Oberfläche 250 m2/g)ger, 1.0 ° / 0 chromium
A, surface 250 m 2 / g)
Siliciumdioxyd—Aluminiumoxid, 1,25% Chrom (angenäherter Porendurchmesser 70 A, Oberfläche 5IOm2/g)Silicon dioxide — aluminum oxide, 1.25% chromium (approximate pore diameter 70 A, surface area 5IOm 2 / g)
7070
9090
150150
150150
975975
10601060
900900
380380
Siliciumdioxyd, 1,0% Chrom (angenäherter Porendurchmesser 190 Ä, Oberfläche 250m2/g)Silicon dioxide, 1.0% chromium (approximate pore diameter 190 Å, surface 250m 2 / g)
649
760649
760
9090
7575
3050
23303050
2330
*) Gramm Gesamtkatalysalor.
') ASTM-D 1238.*) Grams of total catalyst.
') ASTM-D 1238.
1,2
2,5
2,8
2.61.2
2.5
2.8
2.6
1,4
2,61.4
2.6
Aus den Werten ergibt sich, daß der aus »Syloid 244« hergestellte Katalysator ein Polyäthylen von hohem Schmelzindex ergibt.The values show that the catalyst made from "Syloid 244" is a high polyethylene Melt index results.
Das in den Katalysator gemäß der Erfindung einverleibte Chromoxyd soll vorzugsweise mindestens einen Teil des ι Chroms im 6wertigen Zustand enthalten. The chromium oxide incorporated in the catalyst according to the invention should preferably be at least some of the ι chromium contained in the 6-valent state.
Der Porendurchmesser, wie er vorstehend angegeben wurde, wurde wie folgt bestimmt: Es wurde die Standard-BET-Öberfläche gemessen. Das Porenvolumen wurde dann gemäß dem Verfahren von W. B. I η η e s, Analytical Chemistry, 28, 332 (1956), gemessen und der Porendurchmesser dann aus der folgenden Gleichung bestimmt:The pore diameter, as indicated above, was determined as follows: It was the standard BET surface area was measured. The pore volume was then determined according to the method of W. B. I η η e s, Analytical Chemistry, 28, 332 (1956), measured and the pore diameter then from the determined by the following equation:
,. , Porenvolumen (in cm3/g) ■ 4 · 10* Porendurchmcsser (in A) = ,. , Pore volume (in cm 3 / g) ■ 4 x 10 * pore diameter (in A) =
Eine Reihe von Versuchen wurde durchgeführt, bei denen Äthylen zu einem festen Polymerisat bei 104"C und 24atü polymerisiert wurde. Die Reaktionszeit in jedem Versuch betrug zwischen 70 und 90 Minuten. Die Katalysatoren wurden durch Niederschlagen von Chromoxyd auf einem hochreinen Siliciumdioxyd (weniger als 0,1 Gewichtsprozent Alu- 6s miniumoxyd) mit einer Oberflächenzonc von etwa 350 m2/g, einem Porendurchmesscr von etwa 200 A und einer Schüttdichte von etwa 0,15 g pro MinuteA series of experiments was carried out in which ethylene was polymerized to a solid polymer at 104 "C and 24atü. The reaction time in each experiment was between 70 and 90 minutes , 1 percent by weight aluminum oxide) with a surface area of about 350 m 2 / g, a pore diameter of about 200 Å and a bulk density of about 0.15 g per minute
hergestellt. Jeder Katalysator enthielt etwa 2 Gewichtsprozent Chrom. Jeder Katalysator wurde in praktisch wasserfreier Luft während 5 Stunden aktiviert, und die Aktivierungstemperatur wurde variiert, um den .Effekt der Aktivierungstemperatur auf die Katalysatorproduktivität und den Schmelzindex des Polymerisats zu zeigen. Die Katalysatorkonzenträtion in der Reaktjonsmischung betrug 0.06 g pro 3,3 kg n-Pentan. Äthylen wurde in einer Geschwindigkeit von 8 Gewichtsprozent, bezogen auf n-Pentan, zugeführt. Es wurden die folgenden Resultate erhalten:manufactured. Each catalyst contained about 2 weight percent chromium. Each catalyst was in activated practically anhydrous air for 5 hours, and the activation temperature was varied, the .Effect of the activation temperature on the catalyst productivity and the melt index of the To show polymer. The catalyst concentration in the reaction mixture was 0.06 g per 3.3 kg n-pentane. Ethylene was fed at a rate of 8 percent by weight based on n-pentane. The following results were obtained:
Die obigen Daten zeigen, daß, wenn die Aktivicrungstcmpcratur von 538 auf 649 C steigt, ein signifikanter Anstieg des Sclimclzindcxes des erhaltenen Polymerisats erhalten wurde. Der Anstieg setzte sich fort, wenn die Aktivieiimgstcnipcratur weiter auf 935'C anstieg, darüber aber begann der Schmelzindcx wieder abzufüllen.The above data show that when the activation temperature rises from 538 to 649 C, a significant increase in the intensity of the obtained Polymer was obtained. The increase continued as the level of activity continued to rise 935 ° C rose, but above this the melting index began to fill again.
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