DE1520532C - Process for the preparation of solid ethylene polymers and polymerization catalyst for use in this process - Google Patents
Process for the preparation of solid ethylene polymers and polymerization catalyst for use in this processInfo
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Description
Es ist bekannt, normalerweise feste, thermoplastische Polymere herzustellen, indem Äthylen und/oder andere 1-Olefine in Gegenwart eines Katalysators polymerisiert werden, welcher als hauptsächlich wirksame katalytische Bestandteile Chromoxyd und mindestens eines der Oxyde Siliciumdioxyd, Aluminiumoxyd, Zirkoniumoxyd und Thoriumoxyd enthält, wobei mindestens ein Teil des Chroms in dem Katalysator bei der anfänglichen Berührung mit dem Kohlenwasserstoff im sechswertigen Zustand vorliegt. Ublicherweise wird die katalytische Polymerisation bei einer Temperatur im Bereich von 38 bis 260° C, am besten im Bereich von 66 bis 1900C, durchgeführt. Die erhaltenen Polymeren sind zur Herstellung von geformten Gegenständen, Fäden und Folien wertvoll. Einzelheiten dieses Verfahrens sind aus der USA.-Patentschrift 2 825 721 zu entnehmen. Bei diesem Verfahren läßt jedoch die Produktivität des Katalysators zu wünschen übrig; auch ist der Schmelzindex des erhaltenen Polymerisats etwas zu hoch. -It is known to produce normally solid, thermoplastic polymers by polymerizing ethylene and / or other 1-olefins in the presence of a catalyst which contains chromium oxide and at least one of the oxides silicon dioxide, aluminum oxide, zirconium oxide and thorium oxide, at least some of the chromium in the catalyst is in the hexavalent state upon initial contact with the hydrocarbon. Usually, the catalytic polymerization is conducted at a temperature in the range of 38 to 260 ° C, preferably in the range 66-190 0 C is performed. The polymers obtained are useful in the manufacture of shaped articles, threads and films. Details of this process can be found in U.S. Patent 2,825,721. In this process, however, the productivity of the catalyst leaves something to be desired; the melt index of the polymer obtained is also somewhat too high. -
Es ist weiterhin bekannt, bei der Polymerisation von Olefinen mit den genannten Chromoxyd-Träger-Katalysatoren Aluminiumtrialkyle als Aktivatoren zuzusetzen. Hierdurch wird zwar die Produktivität des Katalysators gesteigert, jedoch fällt die Polymerisatdichte stark ab, was sehr nachteilig ist, und der Schmelzindex wird lediglich geringfügig herabgesetzt. It is also known in the polymerization of olefins with the said chromium oxide supported catalysts Add aluminum trialkyls as activators. This increases productivity of the catalyst increased, but the polymer density drops sharply, which is very disadvantageous, and the melt index is only slightly reduced.
Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren zur Herstellung von festen Äthylenpolymerisaten durch Polymerisation von Äthylen, allein oder zusammen mit kleineren Anteilen höherer Olefine, in Kohlenwasserstoffen als Reaktionsmedium und in Gegenwart von Katalysatoren aus Chromoxyd und mindestens einem der Oxyde Siliciumdioxyd, Aluminiumoxyd, Zirkoniumdioxyd und Thoriumdioxyd als Träger sowie metallorganischen Verbindungen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß als metallorganische Verbindung eine Organozinkverbindung der allgemeinen Formel ZnR2, in der R ein Wasserstoffatom' oder einen Alkyl-, Cycloalkyl- oder Arylrest oder eine Kombination dieser Reste mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen bedeutet und wobei mindestens einer der Reste R einen der genannten Kohlenwasserstoffreste darstellt, in einer Menge von 0,1 bis 15 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht von Chromoxyd und Siliciumdioxyd, Aluminiumoxyd, Zirkoniumdioxyd und/oder Thoriumdioxyd, verwendet wird.The invention now relates to a process for the production of solid ethylene polymers by polymerizing ethylene, alone or together with smaller proportions of higher olefins, in hydrocarbons as the reaction medium and in the presence of catalysts made from chromium oxide and at least one of the oxides silicon dioxide, aluminum oxide, zirconium dioxide and thorium dioxide as Carrier and organometallic compounds, which is characterized in that the organometallic compound is an organozinc compound of the general formula ZnR 2 , in which R is a hydrogen atom or an alkyl, cycloalkyl or aryl radical or a combination of these radicals with 1 to 20 carbon atoms and where at least one of the radicals R represents one of the hydrocarbon radicals mentioned, is used in an amount of 0.1 to 15 percent by weight, based on the total weight of chromium oxide and silicon dioxide, aluminum oxide, zirconium dioxide and / or thorium dioxide.
Wie die weiter unten folgenden Vergleichsversuche zeigen, werden bei der Verwendung der genannten Organozinkverbindungen an Stelle von Aluminiumtrialkylen bei hoher Produktivität Polymerisate mit höherer Dichte und geringerem Schmelzindex erhalten. · '. ·As the comparative tests below show, when using the mentioned Organozinc compounds instead of aluminum trialkyls with high productivity with polymers higher density and lower melt index. · '. ·
Es wurde gefunden, daß die Menge der zugesetzten Zinkverbindung sorgfältig innerhalb des genannten Bereichs eingestellt werden muß, da, falls eine größere Menge an dieser Verbindung zugesetzt wird, die Aktivität und Produktivität des Chromoxyd-Polymerisationskatalysators eher vermindert als gesteigert wird. Gemäß dem Verfahren der Erfindung liegt die Menge der Zinkverbindung im Bereich von 0,1 bis 15 Gewichtsprozent, bezogen'auf das Gesamtgewicht der genannten Oxyde. Die anzuwendende optimale Menge innerhalb dieses Bereiches hängt bei einem speziellen Polymerisationssystem in gewissem Ausmaß von den angewandten Reaktionsbedingungen, den spezifischen Eigenschaften des Katalysators und von der Zusammensetzung des Monomerenausgangsmaterials, das zur Polymerisation verwendet wird, ab. Das Optimum kann leicht lediglich durch Routineuntersuchungen gemäß der vorliegenden Lehre bestimmt werden.It has been found that the amount of the zinc compound added must be carefully controlled within the aforesaid range, since if a larger amount of this compound is added, the activity and productivity of the chromium oxide polymerization catalyst are decreased rather than increased . According to the process of the invention, the amount of zinc compound is in the range from 0.1 to 15 percent by weight, based on the total weight of the oxides mentioned. The optimum amount to be used within this range depends to a certain extent in a particular polymerization system on the reaction conditions used, the specific properties of the catalyst and on the composition of the monomer starting material which is used for the polymerization. The optimum can easily be determined only by routine examinations according to the present teaching.
. Es sei noch auf die USA.-Patentschrift 2 944 099 verwiesen, in welcher die Verwendung von bestimmten Metallalkylen, Metallarylen u. dgl. zur Aktivierung eines Chromoxydkatalysators in einem aus einem halogenierten Kohlenwasserstoff bestehenden Polymerisationsmedium beschrieben ist. Es war jedoch völlig unerwartet,' daß in einem Kohlenwasserstoffmedium, in welchem der Chromoxydkatalysator bereits hoch aktiv ist, die hohe Aktivität noch erheblich gesteigert werden kann. Weiterhin war nicht zu erwarten, daß, um einen derartigen Anstieg zu erhalten, eine geregelte kleine Menge einer Organozinkverbindung erforderlich sein würde.. Reference is also made to US Pat. No. 2,944,099, in which the use of certain Metal alkyls, metal aryls and the like for activating a chromium oxide catalyst in one of one halogenated hydrocarbon existing polymerization medium is described. It was, however completely unexpected that in a hydrocarbon medium, in which the chromium oxide catalyst is already highly active, the high activity is still considerable can be increased. Furthermore, it was not to be expected that in order to obtain such an increase, a regulated small amount of an organozinc compound would be required.
Unter dem Ausdruck »Kohlenwasserstoffmedium« ist ein Polymerisationssystem zu Verstehen, in welchem die Reaktionsteilnehmer und gegebenenfalls das Verdünnungsmittel praktisch ausschließlich aus Kohlenwasserstoffen bestehen und sämtliche anderen Arten von Verbindungen mit Ausnahme des Oxydkatalysators und der Zinkverbindung nur als unbedeutsame Verunreinigungen vorliegen.The term "hydrocarbon medium" means a polymerization system in which the reactants and optionally the diluent consist almost exclusively of hydrocarbons and all other types of compounds with the exception of the oxide catalyst and the zinc compound only as insignificant Impurities are present.
Gemäß dem Verfahren der Erfindung verwendbare Zinkverbindungen sind Dimethylzink, Diäthylzink, Di-n-propylzink, Diisopropylzink, Di-n-butylzink, Din-amylzink, die Diisoamy!zinkverbindungen, Din-hexylzink, Di-n-octylzink und Di-n-dodecylzink. Ebenfalls verwendbar gemäß dem Verfahren der Erfindung sind Dicyclopentylzink, Dicyclohexylzink, Dimethylcyclopentylzink, Dimethylcyclohexylzink, Diphenylzink, die Ditoluylzinkverbindungen, die Dixylylzinkverbindungen, Di - (2 - hexyltetradecyl) - zink, Di-(4-cyclohexyloctyl)-zink, Di-(2-butylcyclohexyl)-zink, Di-(2,4,8-trimethylhexadecyl)-zink, Di-(phenyltetradecyl)-zink, Di-(2-[2,3,5-tributylphenyl]-äthyl)-zink, Dibenzylzink oder Di-(4,6-dicyclopentyldecyl)-zink. Im allgemeinen werden auf Grund ihrer leichteren Verfügbarkeit die Dialkylzinkverbindungen verwendet. Jedoch ist es auch erfindungsgemäß möglich, Methylzinkhydrid, Äthylzinkhydrid, n-Butylzinkhydrid, Phenylzinkhydrid, Cyclohexylzinkhydrid, 2-Methylcyclopentylzinkhydrid, 3-Butylphenylzinkhydrid, 8-Phenoctylzinkhydrid oder lO-Phenyltetradecylzinkhydrid zu verwenden.Zinc compounds which can be used according to the method of the invention are dimethyl zinc, diethyl zinc, Di-n-propyl zinc, diisopropyl zinc, di-n-butyl zinc, din-amyl zinc, the Diisoamy! zinc compounds, Din-hexylzinc, Di-n-octyl zinc and di-n-dodecyl zinc. Also usable according to the method of Invention are dicyclopentylzinc, dicyclohexylzinc, dimethylcyclopentylzinc, dimethylcyclohexylzinc, Diphenyl zinc, the ditoluyl zinc compounds, the dixylyl zinc compounds, Di- (2-hexyltetradecyl) -zinc, di- (4-cyclohexyloctyl) -zinc, di- (2-butylcyclohexyl) -zinc, Di (2,4,8-trimethylhexadecyl) zinc, di (phenyltetradecyl) zinc, di (2- [2,3,5-tributylphenyl] ethyl) zinc, Dibenzyl zinc or di (4,6-dicyclopentyldecyl) zinc. Generally because of their lighter weight Availability which uses dialkyl zinc compounds. However, it is also possible according to the invention Methyl zinc hydride, ethyl zinc hydride, n-butyl zinc hydride, phenyl zinc hydride, cyclohexyl zinc hydride, 2-methylcyclopentyl zinc hydride, 3-butylphenyl zinc hydride, 8-phenoctyl zinc hydride or 10-phenyltetradecyl zinc hydride to use.
Als Oxydkatalysator wird bevorzugt ein Chrom-» oxyd - Siliciumdioxyd - Aluminiumoxyd - Katalysator oder ein Chromoxyd-Siliciumdioxyd-Katalysator wegen der sehr hohen Aktivität, die diese speziellen Katalysatoren entwickeln, verwendet. Die Herstellungl dieser Katalysatoren ist im einzelnen in der USA.-. Patentschrift 2 825 721 beschrieben. Im allgemeinen liegt der Chromgehalt dieser Katalysatoren bei 0,5 bis 10 Gewichtsprozent.The preferred oxide catalyst is a chromium oxide - silicon dioxide - aluminum oxide catalyst or a chromium oxide-silicon dioxide catalyst because of the very high activity that these special catalysts develop. The preparation of these catalysts l is described in detail in the USA.-. U.S. Patent 2,825,721. In general, the chromium content of these catalysts is 0.5 to 10 percent by weight.
Ebenfalls ist es erfindungsgemäß möglich, einen Chromöxydkatalysator zu verwenden, dessen Träger (Siliciumdioxyd, Siliciumdioxyd-Aluminiumoxyd oder Aluminiumoxyd) mit Fluoriden, wie Fluorwasserstoff, hydratisiertem Aluminiumfluorid oder einem Ammoniumfiuosilikat, zur Steigerung der Polymerisationsaktiyität erhitzt worden ist. .It is also possible according to the invention to use a chromium oxide catalyst, its support (Silicon dioxide, silicon dioxide-aluminum oxide or aluminum oxide) with fluorides, such as hydrogen fluoride, hydrated aluminum fluoride or an ammonium fluorosilicate, to increase the polymerization activity has been heated. .
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist nicht nur die Herstellung von Homopolymeren des Äthylens möglich, sondern auch die Copolymerisation vonAccording to the process according to the invention is not only the production of homopolymers of ethylene possible, but also the copolymerization of
Äthylen mit kleineren Anteilen höherer Olefine, wie z. B. Propylen, 1-Buten, 2-Buten, Isobutylen, 1-Penten, 1-Hexen, 4-Methyl-l-penten, 1-Octen, 1-Decen und 1-Dodecen. Allgemein kann das Comonomere irgendein aliphatisches Monoolefin mit 3 bis 12 Kohlenstoffatomen je Molekül sein. Im allgemeinen liegt die Menge des angewandten höheren Olefincomonomeren im Bereich von 1 bis 25 Gewichtsprozent, bezogen auf Comonomeres plus Äthylen. Am besten liegt die Menge des Comonomeren zwischen 2 und 15 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtolefine. üblicherweise besteht das bevorzugte olefinische Comonomere aus einem 1-Olefin wegen der höheren Reaktionsfreudigkeit dieser Olefine.Ethylene with smaller proportions of higher olefins, such as. B. propylene, 1-butene, 2-butene, isobutylene, 1-pentene, 1-hexene, 4-methyl-1-pentene, 1-octene, 1-decene and 1-dodecene. Generally, the comonomer can be any aliphatic monoolefin having from 3 to 12 carbon atoms be per molecule. In general, the amount of higher olefin comonomer employed will be range in the range from 1 to 25 percent by weight, based on comonomer plus ethylene. Preferably the amount of comonomer is between 2 and 15 percent by weight, based on the total olefins. usually the preferred olefinic comonomer is from a 1-olefin because of the higher reactivity of these olefins.
Die Reaktion wird gemäß dem Verfahren der Erfindung im allgemeinen in an sich bekannter Weise im Temperaturbereich von 38 bis 260° C und am besten — da die Polymerisatausbeuten am höchsten in diesem Bereich sind — zwischen 66 und 180° C durchgeführt.The reaction is carried out according to the method of Invention in general in a manner known per se in the temperature range from 38 to 260 ° C and on best - since the polymer yields are highest in this range - between 66 and 180 ° C accomplished.
Wie bereits gesagt, wird in Gegenwart eines Kohlenwasserstoffs als Verdünnungsmittel, üblicherweise eines solchen, der unter den Reaktiorisbedingungen flüssig und inert ist und der gegenüber dem Katalysator keine schädlichen Einflüsse zeigt, polymerisiert. Geeignete Verdünnungsmittel sind Kohlenwasserstoffe mit 3 bis 12 Kohlenstoffatomen. Auf Grund ihrer Inertheit werden im allgemeinen Paraffine, Cycloparaffine oder Aromaten gewählt. Die Aromaten werden weniger bevorzugt ■ als die beiden anderen Kohlenwasserstoffreihen, da sie oder die sie häufig begleitenden Verunreinigungen anscheinend die Aktivität des Katalysators vermindern. Bevorzugte Verdünnungsmittel sind Propan, η-Butan, Isobutan, n-Pentan, Isopentan, η-Hexan, n-Heptan, 2,2,4-Trimethylpentan, Cyclopentan, Cyclohexan, Methylcyclohexan, n-Dodecan und Mischungen davon. Durch die vorstehend aufgeführten flüssigen Verdünnungsmittel wird auch die Entfernung der Reaktionswärme erleichtert. Der Druck liegt im allgemeinen im Bereich zwischen 0 und 1,41 atü und muß lediglich ausreichend sein, um das Verdünnungsmittel in der flüssigen Phase zu halten, d. h. liegt vorzugsweise bei 3,5 bis 53 atü.As stated earlier, in the presence of a hydrocarbon diluent, usually one which is liquid and inert under the reaction conditions and that towards the catalyst shows no harmful effects, polymerizes. Suitable diluents are hydrocarbons with 3 to 12 carbon atoms. Because of their inertness, paraffins and cycloparaffins are generally used or aromatics selected. The aromatics are less preferred than the other two Hydrocarbon series, since they or the impurities that often accompany them appear to reduce the activity of the catalytic converter. Preferred diluents are propane, η-butane, isobutane, n-pentane, isopentane, η-hexane, n-heptane, 2,2,4-trimethylpentane, Cyclopentane, cyclohexane, methylcyclohexane, n-dodecane, and mixtures thereof. Through the Liquid diluents listed above also facilitate removal of the heat of reaction. The pressure is generally in the range between 0 and 1.41 atmospheres and only has to be sufficient be to keep the diluent in the liquid phase, d. H. is preferably from 3.5 to 53 atm.
Falls die Reaktionstemperatur weniger als etwa 106° C beträgt, kann sich das Polymere als Suspension in dem Reaktionsgemisch bilden. Bei höheren Temperaturen bildet sich das Polymere in den meisten Fällen als Lösung in dem Verdünnungsmittel in der Reaktionszone. If the reaction temperature is less than about 106 ° C, the polymer can form as a suspension form in the reaction mixture. In most cases, the polymer forms at higher temperatures as a solution in the diluent in the reaction zone.
Das Kontaktieren der Monomeren mit dem Katalysator kann nach irgendeiner bekannten Verfahrenstechnik der Feststoffkatalyse bewirkt werden. Ein sehr bequemes Arbeitsverfahren besteht darin, den Oxydkatalysator in dem flüssigen Verdünnungsmittel zu suspendieren und das Reaktionsgemisch zu rühren, wodurch der Katalysator als Feststoffsuspension in dem "flüssigen Verdünnungsmittel gehalten wird. Andere bekannte katalytisch^ Kontaktierungsverfahren können ebenfalls angewandt werden, beispielsweise das Festbettverfahren, das Fließbettverfahren, das Gravitationsbettverfahren u. ä.Contacting the monomers with the catalyst can be carried out by any known technique the solid catalysis are effected. A very convenient working method is to use the Suspending oxide catalyst in the liquid diluent and stirring the reaction mixture, whereby the catalyst is held as a solid suspension in the "liquid diluent. Others known catalytic contacting methods can also be used, for example the fixed bed process, the fluidized bed process, the gravitational bed process and the like.
Die gemäß dem Verfahren der Erfindung verwendete Organozinkverbindung wird vorzugsweise in die Reaktionszone in Form eines von dem Öxydkatalysator getrennten Stromes zugegeben. Sie kann vorher mit dem Chromoxydkatalysator vermischt werden, jedoch wird in diesem Fall bevorzugt, daß die Zinkverbindung in Abwesenheit des Monomeren nicht mehr als einige Minuten in Kontakt mit dem Chromkatalysator verbleibt. Eine Berührung der Zinkverbindung mit dem Chromoxydkatalysator während längerer Zeiträume in Abwesenheit des umzusetzenden Monomeren scheint einen Abfall der Aktivität des Katalysators zu ergeben, ι . . .The organozinc compound used according to the method of the invention is preferred added to the reaction zone in the form of a separate stream from the oxide catalyst. she can are previously mixed with the chromium oxide catalyst, but in this case it is preferred that the zinc compound in the absence of the monomer in contact with the for no more than a few minutes Chromium catalyst remains. Contact of the zinc compound with the chromium oxide catalyst during prolonged periods in the absence of the monomer to be reacted there appears to be a decrease in the To give activity of the catalyst, ι. . .
Im allgemeinen ist wünschenswert, daß die Reaktionsteilnehmer und das Verdünnungsmittel praktisch · wasserfrei und frei von Katalysatorgiften, wie Schwefelverbindungen, Kohlenmonoxyd und Sauerstoff, sind. Viele Halogenverbindungen sind Katalysatorgifte. Falls kleine Mengen Feuchtigkeit oder anderer Katalysatorgifte nicht vor der Polymerisationsreaktion. entfernt werden, sollte die Menge der angewandten Organozinkverbindung gesteigert werden, wobei die Menge der von dieser Verbindung durch Verunreinigungen, wie Wasser, zersetzten Mengen in Betracht zu ziehen ist, so daß sich eine ausreichende Menge innerhalb des obengenannten Bereichs zur Steigerung der Aktivität des Chromoxydkatalysator.s ergibt, nachdem sämtliche Feuchtigkeit oder andere vorhandene Verunreinigungen völlig mit der zugeführten Menge der Organozinkverbindung reagiert hat. Außer der Steigerung der Polymerisatausbeute bzw. der Erhöhung der Produktivität des Katalysators bringt das Verfahren der Erfindung erhebliche weitere Vorteile mit sich, wie bereits angedeutet wurde und durch Vergleichsversuche noch gezeigt wird. So ergibt in vielen Fällen der Zusatz der ZinkverbindungIn general, it is desirable that the reactants and the diluent practically anhydrous and free from catalyst poisons such as sulfur compounds, Carbon monoxide and oxygen, are. Many halogen compounds are catalyst poisons. If small amounts of moisture or other catalyst poisons not before the polymerization reaction. removed, the amount of the applied organozinc compound should be increased, whereby the Amount of this compound decomposed by impurities such as water into consideration is to be drawn so that there is a sufficient amount within the above range to increase the activity of the chromium oxide catalyst after all moisture or other existing Has completely reacted impurities with the added amount of the organozinc compound. Apart from the increase in the polymer yield and the increase in the productivity of the catalyst the method of the invention brings with it considerable further advantages, as has already been indicated and is shown by comparative tests. So in many cases the addition of the zinc compound results
jo eine Abnahme des Schmelzindex, was die Durchführung der Polymerisationsreaktion bei etwas höherer Temperatur erlaubt, um einen gegebenen Polymerenschmelzindex zu erreichen, als es der Fall sein würde ohne die Zink verbindung. Auf Grund dieser Verbesserung ergibt sich ein Ablauf aus dem Reaktionsgefäß mit einer verminderten Viskosität, wodurch die Wärmeübertragung, Zentrifugierung und Filtrierung erleichtert wird. Darüber hinaus wird der Schmelzindex gesenkt und die Produktivität gesteigert, ohne daß eine Abnahme der Dichte des Polymeren diese Erscheinung begleitet. Ein entsprechender Abfall des Schmelzindex wird ebenfalls in vielen Fällen erreicht, wenn Äthylen mit höheren Olefinen copolymerisiert wird.jo a decrease in the melt index, what the implementation allowed the polymerization reaction to take place at a slightly higher temperature, around a given polymer melt index than it would be without the zinc compound. Because of this improvement results in a drain from the reaction vessel with a reduced viscosity, whereby heat transfer, centrifugation and filtration are facilitated. In addition, the Melt index lowered and productivity increased without a decrease in the density of the polymer accompanies this phenomenon. A corresponding drop in the melt index will also occur in many cases achieved when ethylene is copolymerized with higher olefins.
Unter dem Ausdruck »Ausbeute« oder »Produktivität«, wie er hier verwendet wird, ist die Gesamtmenge an festem. Polymerem oder Copolymerem zu verstehen, welches durch ein gegebenes Gewicht des Oxydkatalysators während des Reäktionszeitraumes erzeugt wird. Diese Produktivität oder Ausbeute wird ausgedrückt in Kilogramm Polymerem je Kilogramm zusammengesetztem Oxydkatalysator, ausschließlich der Zinkverbindung.Under the term "yield" or "productivity" as used herein is the total amount on solid. Polymer or copolymer to understand which by a given weight of the oxide catalyst during the reaction period is produced. This productivity or yield is expressed in kilograms of polymer per Kg of composite oxide catalyst, excluding the zinc compound.
In einer Reihe von Ansätzen wurde Äthylen zu festem Homopolymerem polymerisiert, indem es mit einem Chromoxyd-Siliciurndioxyd-Aluminiumoxyd-Katalysator mit 2,5, Gewichtsprozent Chrom kon-In a number of approaches, ethylene has been polymerized into solid homopolymer by using it with a chromium oxide-silicon dioxide-aluminum oxide catalyst with 2.5 percent by weight chromium
taktiert wurde. Die Grundlage des Katalysators bestand aus einem Siliciumdioxyd-Aluminiumoxyd-GeI mit etwa 12 Gewichtsprozent Aluminiumoxyd. Der chromoxydhaltige Katalysator wurde durch Erhitzen in einem Strom trockener Luft bei 538° C während 5 Stunden aktiviert. Ein mit einem motorgetriebenen Rührer versehenes Reaktionsgefaß aus rostfreiem Stahl wurde zuerst erwärmt und mit trockenem Stickstoff durchgespült, und dann wurdenwas tacted. The basis of the catalyst consisted of a silica-alumina gel with about 12 weight percent aluminum oxide. The chromium oxide-containing catalyst was obtained by heating activated in a stream of dry air at 538 ° C for 5 hours. One with a motor-driven Stainless steel reaction vessel fitted with a stirrer was first heated and with purged with dry nitrogen, and then were
0,02 bis 0,04 Gewichtsteile des Chromoxydkatalysators in Suspension in 340 Gewichtsteilen Cyclohexan in das Reaktionsgefäß eingebracht. Dann wurde Zinkdiäthyl in den in der nachfolgenden Tabelle angegebenen Mengen zugesetzt. Das Reaktionsgefäß wurde dann unmittelbar verschlossen, und Äthylen wurde dem Reaktionsgefäß während eines Reaktionszeitraumes von einer Stunde zugeführt, wobei ein Druck innerhalb des Reaktionsgefäßes von 31,6 atü aufrechterhalten wurde. Am Ende der Reaktionszeit wurde, das als Verdünnungsmittel dienende Cyclohexan aus dem Reaktionsgemisch verflüchtigt und das Polymere isoliert. Die erzielten Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle zusammen mit denjenigen eines Vergleichsversuchs aufgeführt, bei welchem kein Diäthylzink vorhanden war, während die anderen Bedingungen praktisch die gleichen waren.0.02 to 0.04 parts by weight of the chromium oxide catalyst introduced into the reaction vessel in suspension in 340 parts by weight of cyclohexane. then Zinc diethyl was added in the amounts given in the table below. The reaction vessel was then immediately capped and ethylene was added to the reaction vessel for a Reaction period of one hour supplied, with a pressure within the reaction vessel of 31.6 atm was maintained. At the end of the reaction time, the diluent was used Cyclohexane volatilized from the reaction mixture and the polymer isolated. The achieved Results are listed in the table below together with those of a comparative experiment, in which no diethyl zinc was present, while the other conditions were practically the same were.
Diäthylzink, Gewichtsprozent, bezogen auf Chrom-Diethyl zinc, percent by weight, based on chromium
oxyd-Siliciumdioxyd-Aluminiumoxyd Oxide-Silica-Aluminum Oxide
Reaktionstemperatur, 0C Reaction temperature , 0 C
Produktivität, Kilogramm Polymeres je KilogrammProductivity, kilograms of polymer per kilogram
Katalysator catalyst
Dichte*), g/cm3 Density *), g / cm 3
Schmelzindex**) Melt index **)
0***)
1400 ***)
140
1480
0,963
1,031480
0.963
1.03
6
1406th
140
2510
• 0,962
0,362510
• 0.962
0.36
12 14012 140
1730 0,963 0,271730 0.963 0.27
*) ASTM-Methode D 1505-57T mit der Ausnahme, daß die Probe wie folgt vorkonditioniert wurde: Die Proben wurden hergestellt
durch Preßformen von Tabletten des Äthylenpolymeren zu einem Streifen von etwa 36,7 cm2 und 0,79 bis 12,7 mm Dicke. Es wurde
eine Presse vom Typ »Pasadena« (Modell P 325, Pasadena Hydraulics, Inc.) verwendet. Die Streifen wurden bei einem Druck von
1410 kg/cm2 und 166° C geformt. Die Wärmezufuhr wurde dann abgestellt, und Leitungswasser wurde durch das Formkühlsystem
geleitet. Der Streifen wurde auf 93° C mit einer Geschwindigkeit von 13° C/Minute und dann auf 66" C so rasch als möglich abgekühlt,
indem die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwassers gesteigert wurde. Der Streifen wurde dann aus der Form entnommen und
24 Stunden bei Raumtemperatur stehengelassen. Kleine Stücke des Streifens, z. B. Würfel von etwa 6,3 mm, wurden zur Dichtebestimmung
abgeschnitten. Diese Stücke wurden überprüft, um sicher zu sein, daß sie keine Oberflächenfehler oder Hohlräume enthielten,
in denen Luft eingeschlossen werden könnte, falls sie in eine Flüssigkeit eingetaucht werden. Die Dichte wurde dann, wie
bei der ASTM-Methode vorgeschrieben, bestimmt. Als Suspendierflüssigkeiten wurden Äthanol und Wasser verwendet.
**) ASTM-Methode D-1238-57 T, Bedingung E. .*) ASTM method D 1505-57T with the exception that the sample was preconditioned as follows: The samples were produced by compression molding tablets of the ethylene polymer into a strip of about 36.7 cm 2 and 0.79 to 12.7 mm Thickness. A "Pasadena" press (Model P 325, Pasadena Hydraulics, Inc.) was used. The strips were molded at a pressure of 1410 kg / cm 2 and 166 ° C. The heat was then turned off and tap water was passed through the mold cooling system. The strip was cooled to 93 ° C. at a rate of 13 ° C./minute and then to 66 "C. as quickly as possible by increasing the flow rate of the cooling water. The strip was then removed from the mold and allowed to stand at room temperature for 24 hours Small pieces of the strip, e.g., cubes about 6.3 mm, were cut to determine density, and these pieces were checked to be sure they did not contain surface defects or voids in which air could become trapped if they were The density was then determined as prescribed by the ASTM method, using ethanol and water as suspending liquids.
**) ASTM method D-1238-57 T, condition E..
***) Vergleichsversuch. .***) Comparison test. .
Aus den vorstehenden Werten ergibt sich, daß 6% Diäthylzink, bezogen auf den Oxydkatalysator, einen Anstieg der Produktivität des Katalysators von 65 bis 70% ergeben, während ein geringerer Anstieg bei Zusatz von 12% Diäthylzink sich einstellte.The above values show that 6% diethyl zinc, based on the oxide catalyst, give an increase in the productivity of the catalyst of 65 to 70%, while a smaller increase when 12% diethyl zinc was added.
Weiterhin ergibt sich aus den Werten, daß ein Abfall des Schmelzindex erreicht wird, ohne eine signifikante Änderung der Dichte des Polymeren zu bewirken.Furthermore, it follows from the values that a drop in the melt index is achieved without a cause a significant change in the density of the polymer.
B e i s ρ i e 1 .2B e i s ρ i e 1 .2
Äthylen wurde zu festem Homopolymerem gemäß dem allgemeinen Verfahren nach Beispiel 1 polymerisiert. In diesem Fall betrug jedoch der Chromgehalt des Oxydkatalysators Q,70 Gewichtsprozent, und der Katalysator war bei 7040C 5 Stunden lang aktiviert worden. Das Chromoxyd wurde auf mikrosphäroidalem Siliciumdioxyd an Stelle von Siliciumdioxyd-Aluminiumoxyd getragen. Es wurden folgende Ergebnisse erhalten:Ethylene was polymerized to solid homopolymer according to the general procedure of Example 1. In this case, however, was the chromium content of Oxydkatalysators Q, 70 weight percent, and the catalyst was activated for 5 hours at 704 0 C. The chromium oxide was carried on microspheroidal silica in place of silica-alumina. The following results were obtained:
Diäthylzink, Gewichtsprozent, bezogen aufDiethyl zinc, percent by weight based on
• Chromoxyd-Siliciumdioxyd • Chromium oxide-silicon dioxide
Reaktionstemperatur, 0C...Reaction temperature, 0 C ...
Produktivität, Kilogramm
Polymeres je Kilogramm
Katalysator Productivity, kilograms
Polymer per kilogram
catalyst
Dichte density
Schmelzindex Melt index
*) Vergleichsversuch.*) Comparison test.
1,5
137,71.5
137.7
24902490
0,170.17
0,5 140,50.5 140.5
2710 0,962 0,372710 0.962 0.37
Aus den vorstehenden Werten ergibt sich die signifikante Verbesserung, die bezüglich der Produktivität eines Chromoxydkatalysators auf Siliciumdioxyd-Basis, der praktisch kein Aluminiumoxyd enthält, erzielbar ist.From the above values, there is a significant improvement in terms of productivity a chromium oxide catalyst based on silicon dioxide, which practically does not contain aluminum oxide contains, is achievable.
Beiat
spsp
ι el. 3ι el. 3
Feste Copolymere von Äthylen und I-Buten wurden gemäß dem allgemein im Beispiel 2 beschriebenen Verfahren erhallen. Die Ergebnisse sind in folgender Tabelle zusammengefaßt, worin die: l'rozciHaiipabcn des 1-Buten auf das Gesamtgewicht von Äthylen plus 1-Buten bezogen sind. Die Katalysatoraktivierungstcmperatur betrug 538' C während 5 Stunden.Solid copolymers of ethylene and 1-butene were prepared according to those generally described in Example 2 Procedure. The results are in the following Table summarized in which the: l'rozciHaiipabcn des 1-butene are based on the total weight of ethylene plus 1-butene. The catalyst activation temperature was 538 ° C for 5 hours.
<>5<> 5
Fortsetzungcontinuation
Produktivität, Kilogramm
Polymeres je Kilogramm
Katalysator Productivity, kilograms
Polymer per kilogram
catalyst
Dichte density
Schmelzindex '. Melt index '.
1180 0,949 0,271180 0.949 0.27
1550 0,950 0,15.1550 0.950 0.15.
beute an 1 -Buten-Äthylen-Copolymerem, die mit einem Chromoxydkatalysator erzielbar ist, verbessert.booty of 1-butene-ethylene copolymers with a chromium oxide catalyst is achievable, improved.
Es wurden weitere Copolymerisationsansätze, wie im Beispiel 5 beschrieben, durchgeführt, wobei die Aus den Vorstehenden Werten ergibt'sich, daß die io Katalysatoraktivierungstemperatur 7049C betrug. Es Anwesenheit geringer Mengen Diäthylzink die Aus- wurden folgende Ergebnisse erzielt:An additional Copolymerisationsansätze as described in Example 5, carried out using the stop, that the catalyst activation temperature was io the foregoing values ergibt'sich 704 9 C. In the presence of small amounts of diethyl zinc, the following results were obtained:
Diäthylzink, %, bezogen
aus Chromoxyd-Siliciumdioxyd Diethyl zinc,% based
from chromium oxide-silicon dioxide
Reaktionstemperatur, °CReaction temperature, ° C
1-Buten in der Olefinbeschickung, Gewichtsprozent 1-butene in the olefin feed, weight percent
Produktivität, Kilogramm
Polymeres je Kilogramm
Katalysator ...........Productivity, kilograms
Polymer per kilogram
Catalyst ...........
Dichte....... ■.:...Density ....... ■.: ...
Schmelzindex Melt index
*). Vergleichsversuche.*). Comparative experiments.
138,9■ ο ·)
138.9
140,00 *)
140.0
137,710
137.7
139,45
139.4
139,43 '
139.4
140,03
140.0
136,11
136.1
0,948
0,693200
0.948
0.69
0,948
0,793050
0.948
0.79
0,956
0,131125.
0.956
0.13
0,950
0,241600
0.950
0.24
0,949
0,442890
0.949
0.44
0,950
0,402490
0.950
0.40
0,949
0,393790
0.949
0.39
Γ 141,6Γ 141.6
4,04.0
4150 0,947 0,904150 0.947 0.90
Aus den obigen Werten ergibt sich wiederum der Einfluß des Zusatzes unterschiedlicher Mengen von Diäthylzink bei einem speziellen Polymerisationssystem. So senken 10% Diäthylzink, bezogen auf den Oxydkatalysator, die Produktivität ebenso, wie es bei 5 und 3% der Fall war. Hingegen steigerte 1% Diäthylzink die Ausbeute bis zu etwa 4000 kg je Kilogramm Katalysator. Bei Ausbeuten in dieser Größenordnung kann das Polymere aus dem Reaktionsablauf ohne irgendeine Filtrierungs- oder Zentrifügierungsstufe zur Entfernung des Katalysators ge-Wonnen werden, da hier nur 1 Gewichtsteil Katalysator in etwa 4000 Gewichtsteilen Polymerem vorhanden ist. Für viele Zwecke, für welche das Poly mere eingesetzt werden kann, ist diese Menge anorganischen Materials oder Asche tragbar, so' daß der Katalysator in dem Polymeren verbleiben kann, wodurch sich eine Verbilligung der Herstellungskosten durch Vermeidung einer Katalysatorentfernungsstufe ergibt.The above values again show the influence of adding different amounts of Diethyl zinc in a special polymerisation system. So 10% lower diethyl zinc, based on that Oxide catalyst, productivity as was the case with 5 and 3%. In contrast, 1% increased Diethyl zinc yields up to about 4000 kg per kilogram of catalyst. With yields in this The polymer can be of the order of magnitude out of the reaction process without any filtration or centrifugation step to remove the catalyst, since only 1 part by weight of catalyst is used here is present in about 4000 parts by weight of polymer. For many purposes for which the poly mere can be used, this amount of inorganic material or ash is portable, so 'that the catalyst can remain in the polymer, which leads to a reduction in production costs by avoiding a catalyst removal step.
B e i s ρ i e 1 5B e i s ρ i e 1 5
In diesem Beispiel ist die Verwendung von Din-butylzink beschrieben. Die Copolymerisation von Äthylen und 1-Buten wurde wie im Beispiel 4 durchgeführt mit der Ausnahme, daß die Aktivierungstemperatur 593°C betrug. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengefaßt:In this example is the use of Din-butylzinc described. The copolymerization of ethylene and 1-butene was carried out as in Example 4 with the exception that the activation temperature was 593 ° C. The results are in the summarized in the following table:
Dibütylzink, %, bezogen auf Chrorhoxyd-Siliciumdioxyd Dibutyl zinc,%, based on chromium oxide-silicon dioxide
Reaktionstemperatur, ° C ·...'. Reaction temperature, ° C ... '.
1-Buten in der Olefinbeschickung, % ...1-butene in the olefin feed,% ...
Produktivität, Kilogramm Polymeres je Kilogramm Katalysator Productivity, kilograms of polymer per kilogram of catalyst
Dichte . Density.
Schmelzindex Melt index
*) Vergleichsversuch.*) Comparison test.
Aus den vorstehenden Werten ergibt sich, daß DL-ri-butylzink die Produktivität des Chrompxydkatalysators verbessert. Es ist ersichtlich, daß die Produktivität nach Zugabe von 0,78 Gewjchtsprozent Di-n-butyizink steigt und durch ein Maximum bei etwa 3 Gewichtsprozent geht. Bei einer weiteren Steigerung der Menge des Dibutylzinks ergab sich ein Abfall der Produktivität. .From the above values, it can be seen that DL-ri-butylzinc increases the productivity of the chromium oxide catalyst improved. It can be seen that the productivity after the addition of 0.78 percent by weight Di-n-butyizinc goes up and goes through a maximum at about 3 weight percent. With another Increasing the amount of dibutyl zinc resulted in a decrease in productivity. .
Die gemäß' dem Verfahren der Erfindung hergestellten Polymeren können aus dem Reaktionsgemisch nach Verfahren isoliert gewonnen werden, wie sie dem Fachmann geläufig sind.Those prepared according to the process of the invention Polymers can be isolated from the reaction mixture by methods such as are familiar to the person skilled in the art.
5,05.0
140,0140.0
3,63.6
1640 0,949 0,181640 0.949 0.18
VergleichsversucheComparative experiments
Der durch das Verfahren der Erfindung erzielte technische Fortschritt gegenüber dem aus der USA.-Patentschrift 3 037 008 bekannten Verfahren ergibt sich aus der folgenden Tabelle, in der die Ergebnisse von Vergleichsversuchen zusammengefaßt sind.The technical progress achieved by the method of the invention over that from the USA patent specification 3 037 008 known method is shown in the following table, in which the results are summarized by comparative experiments.
In der Versuchsgruppe t)EF werden die Resultate,-die mit Diäthylzink als Cokatalysator erhalten werden (F), den Ergebnissen gegenübergestellt, die bei Blindversuch (D) bzw. mit Triäthylaluminium (E) erhalten werden. .In the test group t) EF the results, -die can be obtained with diethylzinc as cocatalyst (F), compared with the results obtained in the blind test (D) or with triethylaluminum (E). .
109637/123109637/123
In., die Tabelle sind Vergleichsversuche mit anderen Tetrabutylzinn und Triäthylbor, mit aufgenommen.In., The table are comparative tests with others Tetrabutyltin and triethylboron, with added.
1010
metallorganischen Verbindungen, nämlichorganometallic compounds, namely
Homopolymerisation von ÄthylenHomopolymerization of ethylene
Polymerisationszeit: 1 Stunde fester Katalysator: Chromoxyd auf Träger. Druck: 31,6atü. Verdünnungsmittel: CyclohexanPolymerization time: 1 hour solid catalyst: chromium oxide on support. Pressure: 31.6 at. Diluent: cyclohexane
Temperaturreaction
temperature
Die Ergebnisse lassen erkennen, daß die Verwendung von Diäthylzink zu besseren Ergebnissen führt als die Verwendung von Triäthylaluminium oder der genannten anderen metallorganischen Verbindungen.The results indicate that the use of diethyl zinc leads to better results than the use of triethylaluminum or the other organometallic compounds mentioned.
Um die Wirkung dieser Cokatalysatoren beurteilen zu können, müssen alle Ergebnisse eines Versuchsansatzes in Betracht gezogen werden. In order to be able to assess the effect of these cocatalysts, all results of an experimental approach must be taken into account.
Aus obiger Tabelle geht hervor, daß bei Verwendung von Diäthylzink (F) die Produktivität, bezogen auf den Vergleichsversuch (D), bei dem kein Metallalkyl verwendet wird, gesteigert wird; die-Polymerisatdichte wird, verglichen mit Versuchen D und E, eindeutig erhöht; verglichen mit Vergleichsversuch D wird der Schmelzindex von 0,48 auf 0,38 herabgesetzt.The table above shows that when using diethyl zinc (F) the productivity, based on the comparative experiment (D), in which no metal alkyl is used, is increased; the polymer density is clearly increased compared to tests D and E; compared with comparative test D, the melt index is from 0.48 to 0.38 degraded.
Die Kombination dieser Versuchsergebnisse läßt erkennen, daß das Diäthylzink dem Triäthylaluminium und ebenso auch den beiden übrigen metallorganischen Verbindungen eindeutig überlegen ist. Es muß nämlich hervorgehoben werden, daß eine Erhöhung der Polymerisatdichte von großer Wichtigkeit ist, da sie erkennen läßt, daß ein mehr lineares und'weniger verzweigtes Polymerisat vorliegt, welches wiederum eine größere Zugfestigkeit und eineh höheren Erweichungspunkt aufweist. Ebenso bedeutet eine Abnahme des Schmelzindex ein wesentliches und wichtiges Merkmal, da dann die Fließeigehschaften herabgesetzt sind, was zu einem steiferen Polymerisat führt. · : The combination of these test results shows that diethyl zinc is clearly superior to triethylaluminum and also to the two other organometallic compounds. It must be emphasized that an increase in the polymer density is of great importance, since it shows that a more linear and less branched polymer is present, which in turn has a greater tensile strength and a higher softening point. A decrease in the melt index is also an essential and important feature, since the flow properties are then reduced, which leads to a stiffer polymer . · :
Somit kann festgestellt werden, daß lediglich Versuch F, bei dem Diäthylzink eingesetzt wurde, alle drei erwünschten Effekte in erwünschter Weise beeinflußt. Mit Triäthylaluminium ist dies nicht der Fall, da in diesem Falle zwar die Produktivität gesteigert wird, die Polymerisatdichte jedoch stark abfällt und der Schmelzindex lediglich geringfügig auf 0,42 herabgesetzt wird. Daraus ergibt sich, daß das erfindungsgemäße Verfahren zu überraschenden technischen Vorteilen führt.Thus it can be stated that only experiment F, in which diethyl zinc was used, influenced all three desired effects in a desired manner. This is not the case with triethylaluminum, since in this case productivity is increased, but the polymer density drops sharply and the melt index is only slightly reduced to 0.42. It follows that the process according to the invention leads to surprising technical advantages.
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