DE1520961A1 - Verfahren zur Polymerisation von endstaendige Vinylgruppen enthaltenden Olefinen und Katalysator zur Durchfuehrung dieses Verfahrens - Google Patents
Verfahren zur Polymerisation von endstaendige Vinylgruppen enthaltenden Olefinen und Katalysator zur Durchfuehrung dieses VerfahrensInfo
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Description
- Verfahren zur Pnlymerination Yon endetändige Vinylgruppen enthaltenden Oletinen und Katalynator zur Durchführung diesen Verfahrens.
- ------------------ ------- M-#" Die Erfind=g bezieht sich auf die Polymerisation von endständig@ Vinylgruppen enthaltenden Olefin*en zu normal erweist, festen Polyworen und Usbesondere auf ein neute Katalysatoreyntem mit besondere guten Wirkungen bei dieser Polfflrination* roste nomopollmreo=d Copoly»re ena endetUdige Vinylgmpp'4n enthaltenden01etineng wie ÄtWIen Und Propylen, worden ix großem Umfang Yorwandet und haben eieh-mf Grund ihrer außergewöhnlichen,guten Chemischen und PhYsikalißchen 11,igenachaften für Kunatotoffgegeretändet Pilme, inribesondere Etuf dem Vcrpaakunzu-L)ei-#tor,utud für 11asern allgemein durchgeuetzt. Es ist ein Ziel der Erfindung, oinen außergewöhnlich wirksamen Katalyoutor zur Hervtellung von derar,tigen Polymeren zu schaffen.
- Erfindungegemäß werden endetändige Vinylgruppen enthaltende Olefinmonomere zu normalerweise festen Polymeren dadurch polymerisiert, daß man die Polymorisation In der flüseigen Phas4 mit einem Katalysatorsyntem durchfUhrt, das a) eine kleinere Menge eines Oxyde den Kolybdäns in einer unter der höchsten Wertigkeit liegenden Vortigkeitentufe auf einen Aluminiumoxyd mit großer Oberfläche Ua Träger, das vor der Verwendung mit einem Halegenwannerstatt in der Dampfphane bei einer Temperatur von etwa 150 bis 50000 in Berührung gebracht wurde, und b) metallinehen-Satriung Lithium oder Caleium enthält.
- Die er:findungegeaäge uNydrohalogenterunge"-Behand'l-mg echeint hauptsächlich in Verbindung.mit den Alung-niuanydträger anwendbar zu sein. Die Entfernung von 14olybdärthalegeniden und -oxyhalogentden tue den behandelten Katalysator durch Sublimieren oder durch Waschen mit einer Erdölfraktion (Naghtha) beeinträchtigt die Katalleatoraktivität, nicht wesentlich. 39 bestehen jedoch auffallende Beslehungen zwischen den Träger",derä Nolybdänoxyd und den als Proto.t#r verwendeten Natriume Lithium oder Caleium.- Auf diese lierkmle aoll weiter untennoch nbher eingegangen verden" So ist es beispielsweise von waaentlicher Bedeutungf_daß die m
Notalloxydkomponente den Yatalynatoroyeterm Malybdän ist, der 6. Gruppe dee rerlode,#,iu,-retemg .Andere Vietalley(Moeller, 'tInni-ge.nie Chemistrylle Wileye 1952? Es ist ferner nötig, daß die mittlere Vertigkeit den Mo#ybdänn unter 6,0 liegt (durch DichromattitratIon in 50 %iger-,Hns04). Dieser Umstand wird im folgenden ale 138tijtt unter.-'aibr' höchsten Wertigkeitff oder als "niedriger-ale sechavortlg" bezeichnet. Nach der Literatur kann hydrafeniertes sechs- vortigeo Mglybdänoxyd in gewieaex Umfang durch Aluminium- alkyle in seiner Wirkung geoteigert werden und sechavertiges Chromoxyd soll in Abwesenheit von Promotoren durch Behandlung mit elementaren Halegenen hinsichtlich seiner Wirksamkeit - Sehließliöh ist es von groPer Bedeutung, daß sich das Molybdän auf einem #lurAiniumoxyd mi# großer Oberfläche als Träger befindet, Der Träger kann aus Aluminiumoxyd bestehen oder dieses enthalteno Andere Trägere z.B. Siliciumdioxyd, die bieher als mchr oder weniger äquivalente Stoffe be- schrieben vwdon, liefern dagegen keine befriedigenden Ergebnieaeg wenn nie in Verbindung mit Promotoreng wie Hatriumg verwendet werden, Natrium# Lithium oder Calolum stehen ale Promatoren oder Bestandteil den Katalynatorayetome mit dem Malybdänoxyd auf Aluainiumoi#yd in einer Bgziehuugv die bei den anderen Metallen der Gruppe 1 uud 2 nicht zu beobachten ist. So.führt beiepielaweiae.Kalium während der Polymerieation zur Bildung
von übermäßig großen Mengen von Petten und Ölen mit niedrigem und Kubidium Molekulargewicht und Cäsium verursachen Nebenreaktionen, die - Die eingehende Uhtereüohung der Hydrobalagenierung hat zur ,Entdeckung einer Reihe vort.,interensanteng bisher jed.och ungeklärten Phänomenen gefUhrt. Während man zunächst ännehmen konnte# daß ein Teil des HolybdiLnoxyde durch Sublimieren aus den fertigen Katalysator entfernt worden mUnet# hat sich Uberranchendertitise eine derartige Entfernung als urüaötig erwieneai vielmehr ist en offenbar der Aluminiumoxydträger, der durch die Hydrohalogenierung an mieten beeinflußt wird, Auch die Hydrohalogenierungutemperaturen beeinfluagen die Katglyaatoraktivität4 Der Temperaturbereich für eine wirkseme Hydrohalegenierung liegt zwischen etwa 150 und 500oC, vor#-zugeweise zwischen etwa 200 und 30000. Bei Temperaturen von merklich unter 150cC tritt praktisch keine merkliche Aktivitätesteigerung ein und bei Temperaturen von beträchtlich Uber 500 0 Op z.B. von 70000t fällt die Aktivität deutlich abe
Es hat sich ferner als sehr vorteilhaft erwieseng die Polymorisation unter den Bedingungen der sogenannten Löaungapolymeriaation durchzuführei#, doch kann d« hydrohalog.eniei'te Molybdänoxyd auf. Aluminiumoxyd in Gegenwart von Promotoren sowohl für die Uaunge- als auch die Suspensiona*polymerieation eingesetzt worden. Bei der Hemopolymorioation von Äthylon wird beispielsweise bei Temperaturen von 0 bis etwa 95*0 das Polyxere in Porz eines unverschmolzeuen puft-Miaertigen Nateriale gebildet. Dies wird als "Suapensioite"- oder OPIL11ungem- #olymerieation bazeichnet. Bei Temperaturen von über etwa 11000 bis zu etwa 30000, insbesondere wenn ein praktioch inerten Reaktionn- mediu* bei der Polymorination tnitvervondet iiirdg (dies ist in Verbind=S mit höheren Monomeren als Ithylen nicht nötig) löst sich das Pollmert in dem Beaktionägewiseh Endetändige Vinylgruppen enthaltende Olefinmonomre,.dte it Gegenvart den erfindup ,gegenäßen Iatalltatöreystein zu normalerweise feeten ]Polyntren poly»riiaiuz%t werden eind manoclefine und Diolefine der iormel REC:CH2t worin R Wasserstoff oder eine#Alkyl-,Alkonyl- oder Ar#1gruppe oder Geminehe solcher Gruppen bedeUtet. Bevoizugte Ausgänge- stoffe sind die endetändige Vinylgmp#en enthaltenden Olefine mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen ink KolokUlt wobei nolche mit 2 bis 4 KohlenstoUatomen technisch zur Zeit am intereaaanteaten sind. Wdon verwendbairen Auagangsetoffen gehören u.a. Äthylen, P#Qpylen_, Hepten-(1), Oeten-(1), Dodteen:-(1)'". tetritdooon«P(1)# Hexa-docen-(1) oder Oemieche daraus* Beielptele tUr leoalkylgthylenet d16 ala'Bestudteils der Ausg'angssto:t:#O für die Polymerisation verwendet worden -k-Unneni sind 3-Methylbuten, 4-Methylpenteng 5-Methylboxen und ihre mit Gemische untereinander sowl«lormalen In.-1-Otellunß ungeaättigten Alkenen., Auch'Aryloleflne können verwendet, - Die Alkenmonomeren könneri-mit damit enpolymeriaierbaren Comonamereng wie Aryläthyleneng z.B. Styrolg und im Arylrest durch Halogen oder Alkylreste aubstituierten Styrolen mischpolymoriaiert werden. Zu weiteren brauchbaren Comono-;. meren gehören konjugierte Diene# wie Butad:Len" Ieopren, Ohloro pren, Piporylen und Cyclopentadien. Schließleih'seien noch Tetrafluoräthylen, Perfluorvinylohlorid und ähnäche Verbindungen in diesem Zusammenhang erwähnt.
- Auch Verbindungen# wie Norbornylen, 4-Vinyl-cyclohexen und Vinyloyclohexan stellen nach dem erfindungegemäßen Verfahren polymerielerbare Ausgangealkene dar.
Das erfindungegewäße Verfabren ist jedoch offensichtlich zur Zeit besondere bedeutsam fUlr dfe Umwandlung voü normalerweise gaetörnigene :Üa 1.-Stellung-Ungeßättigten Alkeneng allein oder in Verbindung mit geeigneten Comonome.:ren, unter Bildung von normalerweise festen, waeheartigen bder säheri harzartigen Materialien, wie sie @ich für teahniWW und handelaübliche Kunstatoffe eignen# i.B. für die Umwandlung von Äthylen zu harzartigen Polyäthylenen,von Äthylen-Propylen-Gemiechen zu,barzartigen Copoly.meren mit Dichten von etwa 0,92-bie 0997 g/cm3 (24/4001 von oder bei o Verfahren der Erdölraffination eehaltene * eulhalten. Gemischei Va-säert aaueratoffhaltige Verbindungen, wie keit ist vorzu.alleise ein normalerweige flüssiger, gesättigter auch aliphatiocher oder aromatiecher Kohlenwasseratoff, kann jadoiv Die Polymorisation wird mit Vorteil bei einer Temperatur von etwa 0 bis 300*Ct insbesondere bei Uber etwa 11000, durch- geführt. Die jeweil* » booten geeignete ToaWratur hängt weitgehend von dem jeweils verwendeten Katalysator ab* Wenn die Polymorteation bei verhUtniongßig hohen Temperaturen (110 bis 30000) durobgeführt wird und inebeeondere, jedoch nicht ausschließlich, wenn da* einen Kohlenwußeretort enthalte da= liegen die meisten ]Poly»r»a in den Reaktioneaexiseh *Iß plüv84gkeiten oder oxydgehalt liegt gewöhnlich * bei einem Gewichtaverhältnie von Molybdänoxyd zu dem Allurtiniumoxydträger von etwa 1t20 bin etwa 1:19 mA.. bei etwa 1s104 In den meinten PUlen beträgt der Solybdänoxydgehält etwa 5 bin 35 Gevioh't e-% den fortigens 1 d aus Kolybdänoxyd und Aluain r er bentehenden Katalyeatorn, Wem en ageh zweckmäßig ist j- reinen Aluainiumoiqd tUr* 4a Träger z.u verwenden" no könntü in , mmeheil Pällen klei oder sogar größere Mengen an46rer ßtoffe, wie Silioiü"i#oxydt Zii,kandi#oxydv Titandioxyd oder Cobaltoxyd, zugqigen sein# vorm HydroheIngenierung vor der Oxydationg zwischen der Oxydation 2 er und der %%ktion, nach Reduktioneder während der Oxydation Reduktion durchgefUhrt werden. Die lialogen- bis zu 100 9o' Halogenwasserstoff betrageni waboi der Uhge ein es Teil vorzugsweise/weder oxydierenA#noch reduzierenden Gas - Als Halogenwaso.erstoff können ChlorwaDaerstoff, Bromwasseratoffl Iodwasserstoff und Fluorwassoratoff, jeweils für sich aliein oder im-Gemieehv verwendet werden. Es-iot bekannt, daß Fluorwaneeratoff mit Aluminiumoxyd sowie mit den'Oxyden' der meisten übergangsachwermetalle unter Bildung flUchtiger Verbindungen reagiert, die in der Gaophaae aus der Behandlungeanne abgeführt werden, Das HalogenwaaBeratoffbehandlungsmittel und das gegebenentelle als Verdünnungamittel verwendete inerte#GaB ist offenbar an
wirksanieten, wenn es unter Ausschluß von Feuchtigkeit ange- dies wandt wird, doch ist ' nicht unbedingt erforderlich. Die - Wird der Katalysator entweder vor oder nach der erfindungegemäßen Halogenwaeserstoffbehandlung oxydiert, dann kann die Oxydation bei-etwa 300 bis 600oC, vorzugsweise, etwa 400 bis550 0 09 z.B. bei 450 bis 52500, während etwa 0901 bis 20 Stunden oder mehr, inebenoridere etwa 1 bis 2 Stunden, durchgoführt werden. Der Saueratoffpartialdruck kann zwischen 0,01 und 10 Atmosphären oder darüber liegen, wobei sowohl reiner als auch verdünnter Sauerstoff geeignet ist. Das Caleiniere*n in Luft bei Atmoophärendruck ist sowohl einfaoh durchzuführen ala auch gut wirksam..
- Die Reduktion einen osle4nierten Molybdänoxydkatalyeatorn zu einem unter den Höchstwert liegenden Vertigkeitezifflandkann mit jedem beliebigen reduzierenden Gas, z.B. Wasserstoff, Cot 802 oder einem Kohlenwas nerotoff bei Temperaturen im Bereich von etwa 300 bis 6o0'00, vorzugsweise bei 400 bi a 50000, während etwa 0j01 bis 20 Stunden# z.Be 0925 bis 190 Stundenv erfolgen. Zeitt Temperatur und Reduktionamittel-werden so aufeinander abgestimmtg daß die e"eckmäßige durchschnittliche Valanzatufe der Übergängenetalloxydkomponente erreicht wird, was eich durch einen einfachen Vorversuch ohne weitere's ermitteln läßt, Wie bereite erwähnt, kann die erfindungegemäße lialogenwasserstoffbahandlung entweder vor oder nach der Oxydation oder -vor oder nach der Reduktion-angewandt werden. Pür den Fallt daß keine Oxydation oder ki".!r&v Reduktion oder keine von beiden angewandt wirdp ka= die Halogenwaseerotoffbehandlung zu jedem beliebigen Zeitpunkt durchgeführt werden. Offenbar reagiert der Halogenwasserstoff in irgendeiner Weise mit dem Aluminiumoxyd und womöglich auch mit dem Molybdänoxyd in der Weise, daß eine beträchtliche Ilalogenidinenget z.B. 091 bis etwa 6 Gewichts-%, auf dem Katalysator abgelagert wird. Gleichzeitig tritt eine unvermeidbare Vere"-#.,chtiß=g eines Teils des Molybdänoxyde ein, vermutlich in Porm einee Halogenide oder Oxyhalogenide, die etwa 0i01 bie bezogen auf den gesamten Katalysator.. betragen kann# Halogenwaseerstoffverlunte in dem Behandlungegae oder dementsprechend die Gegenwart von Molybdän in dem austretenden Gankönnen als Maß für das Portechreiten der erfindungegemäßen Behandlung gewertet werden.
- Der wie oben beschrieben behandelte Katalysator kann diz!ektg voezu,gDweiae nach Zerkleinerung auf eine Teilchengrößet die SiebUfnungen von etwa 250 bio 74 Milcron (60 bis 200 mesh) entapricht, fUr die werdend Es ist zweckmäßig, den behandelten Katalysator unter Ausschluß von Luft zu halten, wie dies auch für andere Katalysatoren vom Indiana-Typ Üblich ist.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung, ohne sie den zu beschränken. Bei den iW**Beispielen beriehteten Versuchen 2e FUr eine Ä#tliyienpolymer#'#-.7stion wird, trockenen# vom Sau-eratofjLjvj#-t-i,l,t befreites# decärboxylierteg "geruchlo(3ea für Praktisch die gleich* Arbeitsweise wirdYdie Propylenhoma- Copolymeren werden ? Benehiekungen verwendet : zuMehitein als Gemisch derComonomeren undvieachickung für die WeiterfUrt#aS - Das folgende Beiapiel#;-erl:fttert«dte AnweYdung, der Brtindung auf die einen durch metällteehee Natrium in seiner Wirkm" veret&LZkten Aluminiumoxyd-Katalzeutor. Als Aktivierungenittel werdeK NO1 und EBr verwendete, Der Katalysator ist ein durch genteinanne fy*olbildiiiig mit Alüminiumoxyd erhaltener, nominell 10 bia 11 % Mo0 3 enthaltender Katalysator (Harslinei 1101 P). Vor de#,z,# Verwendung wird er in einem Luft- oder Sauerstoffstrom in einem Dreh-
ofen 1 bis 2 8tunden bei Atmoap12ärendruck bei 5004a oalcin&ert bei-#400 - 500 0 und dann 0925 bin 1,0 Stunden mit einem Wasa 0 _IN #joE#O,8"üo#Auf - Zur Aktivieruhg wird ein Strom von etwa 25 % waagerfreiem Halogenwasseratoff in Argon, 0v25 bis 3,0 Stunden, wie in der Tabelle angegeben, bei 150 bie 450*C Uber den Katalysator geleitet, um den gewünschten Halagangehalt auf dem fertigen Katalysator zu erhalten.
- Die Polymorizationabedingungen sind wie-,tolgt: 70 atü'#Y-600 peig) Äthylendruck, 275 bis 28000, 300 9 geruchloneo Testbenzi ni 001 g dieporgiertea Uatrium als Promotor und 1,0 g Katalysator. Es werden die in der folgenden Tabelle I wiedergegebenen Ergebnisse erhalten.. Beispiel 2 In diesem Beispiel #iird die Anwendung der Erfindung auf die Copolymerisation von Äthylen und Propylen erIguterte Der Katalysator wird wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt.
- Die Reaktionabedingungen sind folgendeZ Die Anfangebeachinkung besteht äu's 50 Mnl-% Äthylen u nd 5 0 Mol-Prozent Propylen, die zur Aufrechterhaltung der Polymerisation eingesetzte Beachielmng besteht aus Äthylen und der Druck beträgt 70-atü. Perner worden verwendett 300 g geruchloaii Taatbenzinv 0,1 g diapergierten Natrium und 1i0 g Katalysator.
- Be werden die in der-folgendön Täbelle Il aufgefUhrten Ergebnisse erzielt. Die Dichte dea Corolymeren von 0,94 ent3pricht etwa 5 14o1-55 Propylen.
- Aus den voratehenden Angaben int eroichtlich, daß erfindungogemäß aktivierte Katalysatoren gegenüber den bekannten Indiana-Oxyd-Katalysatoren eino beträchtlich erhöhte Aktivität besitzen. Die Steigerung der Polymeriaationsgeschwindigkeit liegt häufig bei einem Faktor von 2 bin 4 oder darüber. Hieraue ergibt nichi daß durch die Erfindung oin in starkem Maße verbesserter Katalysator für die OlefinpolymericatIon genchaffen wird.
Claims (2)
- P a t e n t a n a p r Q o h e ----------------------------- (l. erfahren zur Polymerisation von endetttudig'e Vinylgrüppen enthaltenden Olefinen zu normaerweise fetten Polyxerent dadurch gekennzeichnet, daß man diese 01,6fine in der flüssigen Phase mit einem Katalysatorajetem in Berührung bringtp'dao a) eine geringere Menge de* Oxyde des Bolybd"a in einer unter dem Ubehetwort liegenden Wertigkeit auf einem Aluminiumoxyd mit großer Oberfläche ale Träger, dan voi, der Verwendung mit eineia halagenwarinerstoff in der Dampfphaso bei einer Temperatur im Bereich von etwa 150 bis 50000 in Berührung gebracht wurdet und b) metallisches Natriujip Lithium oder Caleium enthiLlt.
- 2. Verfahren nach Anspruch 19 dadurch gekennzeichnet, daß man_ als eine endetändige Vinylgruppe enthaltendes Olefin' Äthylen oder Äthylen und Propylen verwendet. 3. Verfahren nach Anspruch 19 dad urch-gekannzeichnetg daß man als Aluminiumoxydträger-eit großer Oberfläche ein Material, verwendet, das hauptsächlich aus y- oder it -Aluminiumoxy4 .besteht. 4. Verfahren nach Anspruch-19 dadurch gekennzeichnet# daß das Malybdänoxyd etwa 5 bis 35 Gewichte--di, der Oxyde ausmacht. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man di( Halogenwaaseratoffbehandlung nach der Oxydation und der Recuktion durchführt. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die 1.71alogenwasserstoffbehandlung -nach der Oxydation, jedoch vo:t der Uleduktion durchführt. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man dio! Polymerisation in Gegenwart eines praktisch inerten flüssigen Reaktionamediums durchführt. 8, Ve:-fahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichneti daß man mel'allischee Natrium als Promotor verwendet. 9, Ve:ifahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ChLorwasseratoffg Bromwasserstoff oder Iodwasaerstoff als HaLogenwasseratoff verwendet, A 10# Katalysatorkomponente, enthaltend eine kleinere Menge eines Molybdänoxyde in einer unter dem Höchetwert.liegenden Wertigkeitestufe auf einem Aluminiumoxyd mit großer OberflIche ale Träger, die in der Damp:tphaae b,ei einer Temperatur von etwa 150 bis 50000 mit Halogenwasseratoff in BerUhrung gebracht# worden -ist"
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