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Beschreibung zu der Patentanmeldung betreffend Verfahren zur Herstellung
einer zum Polymerisieren von α -Olefinen geeigneten Komponente Die BrfXndung
bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von katalysatorbildenden Komponenten
aus Titantetrachlorid und Diäthylaluminiummonochlorid, insbesondere von Komponenten,
aus welchen Kailysatoren erzeugt werden können mittels derer α-Olefine mit
2 bis 6 Kohlenstoffatomen zu einem Polymerpulver polymerisiert werden können, das
eine verbesserte Schüttdichte, sowie auch verbesserte Fließeigenschaften aufweist.
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Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Herstellung einer
katalysatorbildenden Komponente des erwähnten Typs, die sich zur Homopolymerisierung
von Äthylen oder Propylen zu den erwähnten Polymerpulvern eignet. Ein besonders
wertvolles Produkt, das man auf diese Weise erhält,
ist ein Polymerpulver
von isotaktischem Polypropylen. Mit Hilfe der erfindungsgemäß erhältlichen katalysatorbildenden
Komponenten lassen sich aber tuch pulverförmige Gemische aus isotaktischem Polypropylen
mit geringeren Anteilen an einem kautschukartigen Copolymer von Äthylen mit Propylen
sowie pulverförmige Copolymerisate von Äthylen oder Propylen mit geringeren Anteilen
eines zweiten Monomers herstellen, z.B.
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pulverförmige Copolymerisate von Propylen mit bis zu io Gew.-Prozent
Äthylen. Der Prozentsatz an in siedendem Diäthyläther löslichen Anteilen den erfindungsgemäß
herstellbaren Polymerpulvern sollte im allgemeinen unter io Gew.-% liegen und vorzugsweise
höchstens 3 Gew.-% betragen.
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Die Erfindung bezieht sich nicht nur auf die Herstellung der erwähnten
katalysatorbildenden Komponenten, sondern ebenso auf die Komponenten selbst und
auf katalysatorbildende Gemische, die eine oder mehrere dieser Komponenten enthalten.
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Ferner bezieht sich die Erfindung auf die Polymerisation von einem
oder mehreren g -Olefinen mit Hilfe von Katalysatoren, bei deren Zusammenstellung
von den erwähnten katalysatorbildenden Komponenten Gebrauch gemacht wird und ebenso
auf die bei dieser Polymerisation erhaltenen Polymerpulver.
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Das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen katalysatorbildenden
Komponenten erfolgt in sei Stufen, indem man erstens liäthylaluriitniummonochlorid
und Titantetrachlorid bei einer Temperatur unter -5 0C in einem Molverhältnis zwischen
o,5:i uncl 1,2:1 in einem paraffinischen Verdünnungsmittel vermischt, wobei der
Inhalt des Reaktionsgefäßes bei einer ganz bestimmten Rührkraft innerhalb des Bereiches
von 50 bis 2000 Watt/m³ gerührt wird, und indem man zweitens dann die Temperatur
des Gemisches auf mindestens
+15°C bringt, während man das Rühren
mit einer spezifischen Rührkraft, die im obigen Bereich gehalten wird, mindestens
so lange fortsetzt als die Temperatur noch unter +15°C bleibt.
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Das paraffinische Verdünnungsmittel soll vorzugsweise im wesentlichen
sauerstofffrei sein, d.h. es sollte weniger als 250 ppm Sauerstoff enthalten.
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Vorzugsweise liegt die Temperatur, bei welcher Diäthylaluminiummonochlorid
und Titantetrachlorid vermischt werden, nicht unterhalb -loo0Q; Temperaturen zwischen
-450 und -50C sind für diesen Zweck am geeignetsten.
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Unter den erwähnten Bedingungen erhält man ein Produkt mit einem
Gehalt an TiOl3, das aus Teilchen von besonderer Form, Oberfläche und Größe besteht.
Aufgrund dieser Beschaffenheit ist dieses Produkt, wenn es als katalysatorbildende
Komponente bei der Polymerisation von 9 -Olefinen verwendet wird, im Stande, Polymerteilchen
zu erzeugen, die letzten Endes zu Polymerpulvern mit den. beabsichtigten verbesserten
Eigenschaften führen.
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Die Rührkraft wird bestimmt über eine Messung der Drehzahl des Antriebmotors
und der Schnelligkeit der Rührflügel, wie beschrieben von J.H. Rushton, E.W. Costich
und H.J.
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Everett in Chemical Engineering Progress 46 (1950), Seiten 395-404
und 467-477.
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Unter spezifischer Rührkraft ist die Rührkraft in Watt je m3 der
Reaktorcharge zu verstehen.
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Die höchste Temperatur, auf welche das'Gemisch aus Diäthylaluminiummonochlorid
und Titantetrachlorid aufgeheizt wird und die Zeit während deren diese Temperatur
aufrechterhalten wird, hängen von der T-iC13-Modifikation ab, die bei der herzustellenden
katalysatorbildenden Komponente erwünscht ist. So lange als die Maximaltemperatur
nur 15 bis 70°C beträgt,-erhält man die Beta-Modifikation, die schon sehr geeignet
ist für die- Herstellung von festen Äthylen polymeren mit guten mechanischen Eigenschaften.
Soll jedoch die katalysatorbildende Komponente zur Polymerisation von Propylen zu
isotaktischem Polypropylen verwendet werden, so muß das in der Komponente vorhandene
Triol3 zum größten Teil aus der Gamma-Modifikation bestehen, die sich nur bei Temperaturen
oberhalb 7o0C bildet.
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Die Umwandlung der Beta- in die Gamma-Modifikation wird beschleunigt
durch Temperaturerhöhung. So kann man im Bereich von 150 bis 200°C die Umwandlung
in kürzerer Zeit durchführen als im Bereich von 70 bis 150°C. Während bei Temperaturen
von 150 bis 160°C 1 Std. ausreichend sein kann, ist es bei looOC oft notwendig,
diese Temperatur mindestens 20 Std. aufrechtzuerhalten.
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Während des Erwärmens ist es wünschenswert, das Rühren fortzusetzen,
jedoch wenn die Temperatur einmal 15°C überschritten hat, muß die Rührkraft nicht
mehr innerhalb des Bereiches von 50 bis 2000 Watt/m3 bleiben. In der Regel wird
man jedoch die spezifische Rührkraft auch dann noch im erwähnten Bereich von 50
bis 2000 Watt/m³ halten, wenn die Temperatur +15°C überschritten hat. Niedrigere
Werte für die Rührkraft können angewendet werden, jedoch vorzugsweise nicht so lange
die Temperatur noch unter etwa +4500 ist. Andererseits
kann es
in Ausnahmefällen auch vorteilhaft sein, in diesem Stadium mit einer höheren spezifischen
Rührkraft als 2000 Watt/m3 zu rühren.
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Nach dem Erhitzen auf eine Temperatur zwischen 70 und 200C läßt man
das Gemisch gewöhnlich bis unterhalb 7o0C, z.B.
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auf Umgebungstemperatur, abkühlen.
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Es ist ferner ratsam, in dem Reaktionsgefäß, in welchem das Vermischen
von AlEt2Cl (Et = Äthyl) und TiC14 erfolgt, keine Prallflächen vorzusehen.
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Im Reaktionsgefäß verwendet man vorzugsweise hochtou-rige Rührer,
die ein Volumen von mindestens lo % des inneren Gefäßvolumens bestreichen und mit
einer Umfangsgeschwindigkeit von mehr als o,5 m/Sek. umlaufen. Bevorzugt sind Turbinenrührer.
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Bei der Herstellung der katalysatorbildenden Komponente erwiesen
sich die folgenden Bedingungen ebenfalls von Bedeutung, weshalb ihre Anwendung (entweder
einzeln oder in Kombination) bevorzugt ist: 1. Während des Vermischens von AlEt2Cl
und TiC14 im Temperaturbereich über -450C, d.h. zwischen -45 und -50C, soll die
gewählte Einspeistemperatur auf konstantem Niveau gehalten werden und die beiden
Reaktionsteilnehmer sollen nach und nach derart vermischt werden, daß das gewählte
Molverhältnis AlEt2Cl:TiCl4 von o,5 - 1,2:1 in mindestens 1 Std., jedoch in nicht
mehr als 8 Std. erreicht wird.
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2. Iñnerhalb des Temperaturbereiches von -45 bis +450C soll dafür
gesorgt werden, daß die Durchschnittsgeschwindigkeit des Temperaturanstieges höchstens
1,5°C je Minute und vorzugsweise mindestens 0,1°C je Minute beträgt.
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3. Das AlEt2Cl und das TiCl4 sollen bei einer Temperatur zwischen
-1o und -40°C vermischt werden.
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4. Das Reaktionsgefäß einschließlich seines Deekels soll vor Einführung
des AlEt2Cl bzw. des TiC14 auf die gewählte Temperatur unterhalb 0 -5°C gekühlt
werden. Dasjenige Reaktionsmittel, das zuerst in Kontakt mit dem Reaktionsgefäß
kommt, kann ggf. auf die gleiche Temperatur vorgekühlt sein. Diese Maßnahmen sind
insbesondere wichtig, falls der Reaktor Rückstände von katalysatorbildenden Komponenten
aus einem früheren Arbeitsgang enthält.
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5. Zweckmäßigerweise wird zunächst das gesamte AlEt2Cl in den Reaktor
eingeführt und dann erst das TiC14 zugegeben.
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6. AlEt2Cl und TiC14 werden in einem Molverhältnis von o,65:1 bis
o,85:1, vorzugsweise von etwa o,75:1, vermischt.
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7. Das AlEt2Cl und das TiC14 werden beide in einer Konzentration von
mehr als 500 :nAl je Liter, das AlEt2Cl vorzugsweise in einer Konzentration von
weniger als 1800 mMol je Liter verwendet. erden AlEt2Cl und TiC14 in Fdrm einer
Lösung verwendet, so ist dies
vorzugsweise eine Lösung in dem paraffinischen
Verdünnungsmittel, in welchem das Vermischen vorgenommen wird. Es wird der höchste
Reinheitsgrad empfohlen, insbesondere für das TiC14.
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8. Als paraffinisches Verdünnungsmittel werden Alkane mit 4 bis 10
Kohlenstoffatomen verwendet, z.B.
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n-Butan, n-Pentan, n-Hexan, 2,2 4-Trimethylpentan, n-Decan, Isomere
dieser Kohlenwasserstoffe oder Gemische daraus. Die Anwesenheit von aromatischen
Kohlenwasserstoffen im Verdünnungsmittel sollte möglichst vermieden werden und ein
wesentlicher Anteil an cycloaliphatischen Kohlenwasserstoffen ist ebenfalls nicht
sehr wünschenswert. Außerdem hängt die günstigste Temperatur zum Vermischen des
AlEt2Cl mit dem iC14 bis zu einem gewissen Grad von der Art des gewählten Alkans
ab. So werden beispielsweise immer noch günstige Resultate erhalten in normalem
Decan bei Einspeistemperaturen von -10°, während die Verwendung von 2,2,4-Trimethylpentan
oder eines Gemisches aus Octanisomeren zu Resultaten führt, die bereits bei -20°C
etwas weniger günstig sind als bei -30°C.
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Hinsichtlich der spezifischen Rührkraft, bei welcher die TiC13 enthaltende
katalysatorbildende Komponente hergestellt wird, ist zu beachten, daß,mindestens
solange die Temperatur des Gemisches unterhalb +15 0C bleibt, Werte von 80 bis 800
Watt/m3 in der Regel bevorzugt sind. Vorzugsweise hält man bereits von Beginn der
Mischstufe die Rührgeschwindigkeit konstant und zv.ar mindestens so-lange die Temperatur
des Gemisches unterhalb +15°: bleibt. Bei einer gegebenen konstanten
Rührgeschwindigkeit
bleibt die Rührkraft ebenfalls konstant, solange im Flüssigkeitsvolumen keine Änderung
eintritt. Da während des Vermischens von AlEt2Cl und liC14 das Flüssigkeitsvolumen
zunimmt, fällt die spezifische Rührkraft entsprechend ab.
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Vorzugsweise sind die für den Temperaturbereich zwischen +150 und
+700C gewählten Temperaturbedingungen gleich denjenigen, die bei Temperaturen unterhalb
+150 angewandt werden müssen, d.h. der gleiche Temperaturbereich wird vorzugsweise
für die gleiche spezifische Rührkraft angewandt.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Temperatur des Gemisches
mindestens 45 Min. lang, vorzugsweise mindestens 2 Std., auf einem Wert zwischen
+15 und +450C, insbesondere zwischen +25 und 4500 zu halten.
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Das nachfolgende Erhitzen des Gemisches auf eine höhere Temperatur,
insbesondere auf Temperaturen oberhalb loo0O, kann in dem gleichen Reaktionsgefäß,
unter Rühren erfolgen, vorausgesetzt, daß dieses Gefäß dem angestiegenen Druck standhält.
Man kann jedoch auch zwei Rührgefäß nacheinander verwenden, wobei dann der zweite
Reaktor ein Autoklav ist, der sich sur Durchführung des Heizens auf oberhalb 100°C
eignet. Die Dimensionen dieses zweiten Reaktors sowie diejenigen des darin angeordneten
Rührers müssen nicht die gleichen'sein wie bei dem Reaktionsgefäß, in welchem das
Vermischen von AlEt2Cl und Triol4 erfolgt. Auch der Typ des Rührwerkes im zweiten
Gefäß kann von dem im ersten Gefäß verwendeten abweichen.
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Bei der Herstellung der TiC13-haltigen katalysatorbildenden Komponente
wird fast immer AlEtOl2 gebildet nach folgender Gleichung:
Der Umsetzungsprozentsatz, bis zu welchem diese Reaktion fortschreitet, hängt u.a.
von dem gewählten Molverhältnis der Reaktionsteilnehmer ab. Da die Aktivität der
katalysatorbildenden Komponente durch die Anwesenheit des AlEtOl2 geschädigt wird,
ist es empfehlenswert, entweder diese Aluminiumverbindung aus dem Gemisch zu entfernen
(beispielsweise durch sorgfältiges Auswaschen mit einem aliphatischen Verdünnungsmittel)
oder sie entweder in AlEt2C1 oder in einen Komplex überzuführen. Wird das Auswaschen
bevorzugt, so kann es ohne weiteres bereits durchgeführt werden, ehe die Umwandlung
der Beta- in die Gammaform in Gang kommt. Die erwähnten Umsetzungen von AlEtOl2
werden aber vorzugsweise erst am Ende des Produktionsprozesses durchgeführt, d.h.
wenn die Überführung der katalysatorbildenden Komponente in die Gamma-Modifikation
(vorausgesetzt selbstverständlich, daß diese Modifikation erzeugt werden soll) erfolgt
ist. Soll das AlEtOl2 in einen Komplex überführt werden, so wird dies vorzugsweise
mit Hilfe einer Lewisbase, z.B. mit einem Äther oder einem Amin bewirkt. Sehr gute
Resultate erhält man, wenn man als Äther Dibutyläther verwendet, Die Überführung
von AlEtOl2 in AlEt2Cl läßt sich am besten mit Hilfe von AlEt3 durchführen. Um zu
vermeiden, daß dabei TiCl3 durch AlEt3 zu TiCl2 reduziert wird, führt man zweckmäßigerweise
die Umsetzung von AlEtCl2 mit AlEt3 bei Temperaturen unterhalb 20°C, vorzugsweise
unterhalb 0°C durch.
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Zur Überführung von AlEtC12 in harmlose Umsetzungsprodukte, z.B. in
Verbindungen, in welchen nur ein einziges Chloridatom an das Aluminium gebunden
ist, kann man auch Trialkoxyaluminiumverbindungen oder Tetraalkoxysiliciumverbindungen
verwenden. Es ist ratsam, dafür zu sorgen, daß das AlEt3, die Lewisbasen und Alkoxyverbindungen
nicht im Überschuß über das AlEtOl2 zugegeben werden.
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Ggf. kann das erfindungsgemäße Verfahren auch verwendet werden, um
eine katalysatorbildende Verbindung herzustellen, die zwei oder mehrere Komponenten
der oben beschriebenen Art enthält. Die Komponenten können verschieden voneinander
sein, wenn das Vermischen von AlEt2Cl und TIC14 bei ihrer Herstellung bei verschiedenen
spezifischen Rührkräften erfolgte. So können beispielsweise unter Benutzung der
gleichen Einrichtungen zwei oder mehrere Komponenten getrennt hergestellt werden,
jede bei einer verschiedenen Rührgeschwindigkeit, und diese Komponenten können vermischt
werden. Auf diese Weise lassen sich Gemische aus katalysatorbildenden Komponenten
herstellen, die hinsichtlich ihrer Teilchengröße zwei oder mehrere spezifische Fraktionen
enthalten. Bei der Verwendung zur Polymerisation kann dies zu einer weiteren Verbesserung
der Schüttdichte des herzustellenden Polymerpulvers führen.
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belbstverständlich kann man auch die Rührgeschwindigkeit während
des Vermischens von AlEt2Cl und TiC14 ändern.
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Die Polymerisation mit Hilfe der obigen katalysatorbildendenXTiC13-enthaltenden
Komponenten oder Gemischen daraus kann auf jede beliebige bekannte Weise durchgeführt
werden,
d.h. indem man diese Komponenten oder Gemischein Anwesenheit
eines Aktivators, vorzugsweise einer derartigen Menge an AlEt2Cl, daß das endgültige
Atomverhältnis Al:Ti zwischen 1,5:1 und 10:1 liegt, verwendet.
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Die Verwendung der erfindungsgemäß hergestellten DiC13-haltigen Komponenten
bei Polymerisationen, die unter Rühren in Anwesenheit eines flüssigen Verdünnungsmittels
durchgeführt werden, hat außerdem den großen Vorteil, daß die gebildeten Polymersuspensionen
sich sogar bei verhältnismäßig hohen Polymerkonzentrationen noch leicht rühren lassen.
In den meisten Fällen sind Polymerkonzentrationen von 40 bis 45 Gew.-Vo noch tragbar.
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Ggf. kann die Polymerisation erfolgen unter Zufügen von kleinen Mengen
Wasser. In der Regel sollen allerdings weniger als 10, z.B. 2 bis 6 Gew.-Teile Wasser
je Mill. Gew.-Teile Verdünnungsmittel, verwendet werden.
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Die erfindungsgemäß hergestellten TiCl3-haltigen Kompoengen können
auch zur Durchführung von Polymerisationen in aer Gasphase verwendet werden. Ggf.
können die Eigenschaften der erfindungsgemäß erhaltenen Polymeren sogar durch eine
Nachbehandlung noch weiter verbessert werden. So können diese Pulver z.B. einer
Wärmenachbshandlung unterworfen werden, die stwa bei 140 bis 160°C erfolgt.
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Beispiele Die Tabellen I bis VI beziehen sich auf eine Anzahl von
Versuchen (nur. 1 - 32), die, falls nicht anders angegeben, unter folgenden Bedingungen
durchgeführt wurden:
Die Herstellung der titanhaltigen katalysatorbildenden
Komponente erfolgte unter einer Stickstoffdecke bei Atmosphärendruck und unter Rühren
in einem Reaktionsgefäß von 1 1 Inhalt und etwa 9 cm Durchmesser. Das Reaktionsgefäß
hatte keine Prallfläche und war mit einem sechsflügeligen Durbinenrührer ausgestattet.
Der größe Durchmesser des Rührers betrug 5 cm und, der Abstand seiner Unterseite
von dem Gefäßboden war ungefähr gleich einem Viertel der Höhe des Reaktionsgefäßes,
und das vom Rührer beim Rühren bestrichene Volumen erreichte etwa 5 'des Reaktorinnenraumes.
Der Reaktor einschließlich seines Deckels wurde auf' die aus den Tabellen hervorgehende
Einspeistemperatur erwärmt und bei dieser Temperatur mit einer Lösung von Diäthylaluminiummonochlorid
in einer Kohlenwasserstofffraktion beschickt, die so gut wie gänzlich frei von Wasser,
Sauerstoff und Aromaten war. Die Lösung enthielt etwa 73 Gew.- 2,2,4-Trimethylpentan
und über 62 Gew.-O andere Octanisomeren und hatte einen Siedebereich von ungefähr
,loo bis 112°C.
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Die Konzentration dieser Lösung an AlEt2Cl geht aus den Tabellen
hervor.
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Die gewählte niedrige Temperatur wurde aufrechterhalten, und es wurde
bei der in der Tabelle als Umfangsgeschwindigkeit angegebenen Rührgeschwindigkeit
weitergerührt, worauf Titan-Tetrachlorid bzw. seine Lösung oder oben erwähnten Kohlenwasserstofffraktion
langsam zu dem Reaktorinhalt zugefügt wurde und zwar in einer solchen Menge, daß
das gewählte Molverhältnis zwischen 0,5 und 1,2 der Gesamtmenge an Diäthylaluminiummonochlorid
und Titantetrachlaid, das im vorliegenden Falle angewandt werden sollte, erreicht
wurde. Das Molverhältnis,
die Konzentration des zugefügten Titantetrachlorids,
die für die Zugabe von Diol4 notwendige Zeit und die spezifische Rührkraft am Ende
der TiC14-Zugabe gehen ebenfalls aus den Tabellen hervor. Während der Zugabe von
TiC14 blieb die Rührgeschwindigkeit unverändert; aufgrund des geringeren Flüssigkeitsvolumen
am Beginn der Zugabe war zu diesem Zeitpunkt die spezifische Rührkraft größer als
am Ende der Zugabe, jedoch in der Regel nicht mehr als 1,5 mal größer.
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Anschließend ließ man innerhalb einer bestimmten Zeit und unter fortgesetztem
Rühren mit unveränderter Rührgeschwindigkeit die Temperatur des Gemisches langsam
auf etwa 40°O ansteigen, worauf man di bei dieser Temperatur unter den gleichen
Rührbedingungen eine ebenfalls genau bestimmte Zeit weiterrührte.
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Zum Schluß wurde das Gemisch in einen Autoklaven mit Turbinenrührwerk
überführt und dort eine Zeit lange auf eine Temperatur von 155°C gehalten, worauf
man es auf Raumtemperatur abkühlen ließ. Diese Arbeitsgänge wurden ebenfalls in
einer Stickstoffatmosphäre unter ununterbrochenem Rühren des Gemisches mit gleicher
Rührgeschwindigkeit durchgefuhrt.
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Die Dimensionen und die Form des Autoklaven und des darin vorhan-denen
Rührwerkes waren die gleichen wie diejenigen des ersten Reaktionsgefäßes und des
darin befindlichen Rührwerkes. Andere Daten sind aus den Tabellen ersichtlich.
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Die so erhaltene katalysatorhildende Komponente wurde mikroskopisch
auf Größe, Form und Oberfläche der Teilchen untersucht und dann als katalysatorbildende
Komponente bei einer Propylenpolymerisation benutzt, die bei 60°O und Atmosphärendruck
in
der Fraktion der oben erwähnten Octanisomeren durchgeführt wurde. Zu diesem Zweck
wurden zunächst 15 mMol Diäthylaluminiummonochlorid in 1 1/2 1 des Lösungsmittels
gelöst, worauf die Lösung bei der Polymerisationstemperatur mit Propylen gesättigt
wurde, das einen kleinen Anteil an Wasserstoff enthielt. Der Propylen-Partialdruck
betrug ungefähr o,75 atm.abs.
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Die mit Propylen gesättigte Lösung wurde dann mit Dibutyläther vermischt,
und zwar in einer Menge, die gerade dazu ausreichte, etwa 95 Mol- der in der katalysatorbildenden
Komponente, die noch zugefügt werden sollte, anwesenden Menge an Äthylaluminiumdichlorid
in einen Komplex zu überführen. Danach wurde die katalysatorbildende Komponente
in einer Menge zugefügt, die ungefähr 5 mAtomen Titan entsprach.
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Die Polymerisation begann unmittelbar und wurde etwa 10 Std.
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fortgesetzt. Während des Polymerisationsvorganges wurde die Zufuhr
von Wasserstoff derart gesteuert, daß das abfließende Gas unverändert o,i bis o,9
Vol.-Vo Wasserstoff enthielt, so daß die Intrineic-Viskosität des herzustellenden
Polymerisates, gemassen in Decalin bei 135°C, unverändert bei etwa 2,9 bis 3,1 dl/g
lag. Die Polymerisation wurde beendet durch Einleiten von Stickstoff anstatt von
Propylen und durch Zugabe von sekundärem Butanol und gasförmigem Chlorwasserstoff
zum Reaktionsgemisch. Das Gemisch wurde dann einie Zeit auf 80°C gehalten, worauf
die resultierende Polymersuspension mehrmals nacheinander mit einer 1 zeigen Salzsäurelösung
in Wasser unQ6reimal mit Wasser gewaschen wurde. Nach Zumischen von 0,05 Gew.- (berechnet
auf Pdymer) 1,3,5-Trimethyl-2,4,6-tris(3,5-ditert.butyl-4-hydroxybenzyl)benzol wurde
die Suspension der Dampfdestillation bei maximal 10000 in Anwesenheit
einer
geringen Menge Na2CO3 (pH = ungefähr 9) unterworfen, abfiltriert und 8 Std. unter
Stickstoff getrocknet.
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Die Aktivität der verwendeten katalysatorbildenden Komponente wurde
als spezifische Polymerbildungsgeschwindigkeit in g Polymer (g TiC13) 1« h-1. (atm.
Propylen) ausgedrückt.
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Von dem so hergestellten Polymerisat wurden nun die Intrinsic-Viscosität
(I.V.) in Decalin bei 135°C, der prozentuale Anteil,der mit kochendem Diäthyläther
extrahiert werden konnte, die Schüttdichte des Polymerpulvers beim freien Aufschütten
und die Fließeigenschaften dieses Pulvers bestimmt.
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Die Bestimmung der Schüttdichte beim freien Aufschütten wurde durchgeführt
mit Hilfe eines Stahlblechtrichters in Form eines Kegelstumpfes mit einem oberen
Innendurchmesser von 81 mm, einem unteren Innendurchmesser von g mm und einer Höhe
von 114 mm und eines Becherglases von ungefähr loo ml, dessen Innendurchmesser 40
mm und dessen Innenhöhe 80 mm betrug. Dieses Auffanggefäß wurde.auf o,1 g ausgewogen.
Das untere Ende des Trichters war 38 mm über der Oberkante des Auffanggefäßes. Unter
Benutzung eines 200 ml-Meßzylinders wurden 120 ml des Polymerpulvers, das vorher
ein Sieb mit 0,42 mm Maschenöffnung passiert hatte, in den Trichter eingefüllt,
dessen unteres Ende vorher durch einen Glasstopfen verschlossen war. Der Stopfen
wurde dann entfernt, so daß der Inhalt des Trichters in die Vorlage abrinnen konnte.
Nach Entleerung des Trichters wurde die Oberfläche der Vorlage mit einem Glasstopfen
ebengemacht und die Vorlage auf o,1 g genau ausgewogen. Das Volumen der Vorlage
wurde festgestellt durch Auswiegen auf o,1 g Genauigkeit, nachdem das Becherglas
mit Wasser von Raumtemperatur gefüllt worden war, worauf
die Tara
von dem so gefundenen Gewicht abgezogen wurde (das spezifische Gewicht des Wassers
wurde als 1 angenommen). Die Schüttdichte des Polymerpulvers war infolgedessen gleich
dem Quotient aus dem Gewicht in Gramm und dem Volumen der Vorlage in ml. In anderen
Fällen sind die in den Tabellen aufgeführten Werte Durchschnittswerte von zwei Messungen.
Die Fließgeschwindigkeit des Polymerpulvers in Sek./Liter wurde bestimmt gemäß ASTM-D1182-54.
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Die Resultate der Versuche gehen ebenfalls aus den Tabellen hervor.
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Folgt Tabelle I
Tabelle I Auswirkung der Rührbedingungen
Molverhältnis AlEt2Cl/TiCl4 = 0,71 : 1. Zu der AlEt2Cl-Lösung (800 m/Mol/l) wurde
innerhalb 4 h die TiCl4-Lösung (2000 mMol/l) bei - 30°C zugefügt. Aufheizzeit -
30° - +40°C (linear) : 4 h, Aufheizeit von 40 - 155°C: 1 h; Zeitdauer bei 155°C:
1 h, Kühlzeit: 1 h.
Rührbedingungen Teilchen der kataly- Spez. Poly- Eigenschaften
des Polymers |
satorbildenden Kom- merbildungs- Polymerpulver |
ponenten geschw.: Intr. Äther- Schütt- Fließ- |
Bei- Umfangs- Spez. Rühr- Teilchen- Form g Pol.@ Visk. extrakt
dicht geschw. |
spiel geschwin- kraft nach größe und (g TiCl3)-1. |
Nr. digkeit Zugabe v.aßem /u Oberflä- h-1. (atmC@)-1 dl/g Gew.-%
g/ml sec/l |
TiCl4 che |
- m/sec Watt/m³ |
1 0,21 2,2 35-40') sehr 33 2,9 2,4 0,24 20 |
rauh |
2 0,44 16,5 33-37 rauh 23 2,9 2,6 0,31 10 |
3 0,79 86 15-16 glatte 23 2,9 2,5 0,36 8 |
Körner |
4a 1,05 200 14-15 " 23 3,0 2,5 0,42 7 |
4b+) 1,05 200 14-15 " 23+) 2,9 2,3 0,42 7 |
5 1,30 370 10-12 " 23 2,9 2,4 0,41 7 |
6 1,96 1000 8-10 " 23 3,0 2,6 0,38 8 |
7 2,30 1600 8- 9 " 22 2,9 2,3 0,37 8 |
7A 2,61 2900 6-8 " 23 3,1 2,5 0,34 9 |
+) Bei diesem Versuch wurde das in der katalysatorbildenden Komponente vorhandene
AlEtCl2 vor der Polymerisation nicht mit Dibutyläther zu einem Komplex verbunden,
sondern zum größeren Teil durch Umsatz mit AlEt3 auf der Basis von etwa 90 Mol-%
des AlEtCl2 in AlEt2Cl zurückgeführt.
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1) Außerdem etwa 20 Gew.-% sehr kleine Teilchen.
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Die Versuche 1,2 und 7A wurden nicht gemäß der Erfindung durchgeführt,
es sind nur Vergleichsversuche.
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Tabelle II Auswirkung der Konzentration von TiCl4 und AlEt2Cl Molverhältnis
AlEt2Cl/TiCl4 = 0,75 : 1, TiCl4- Lösung zur AlEt2Cl-Lösung bei -30°C innerhalb 4
h zugefügt. Aufheizen und Kühlen analog Tabelle I. Umfagsgeschwindigkeit des Rührers
0,79 m/sec. Spezif. Rührkraft nach Zugabe von allem TiCl4 : 86 Watt/cm³.
Teilchen der kataly- Spez. Poly- Eigenschaften des Polymers |
satorbildenden Kom- merbildungs- Intr. Äther- Polymerpulver |
Bei- AlEt2Cl TiCl4 ponenten Form und geschw.: Visk. extrakt |
spiel conc. conc. Teilchen- Oberflä- g Pol. Schütt- Fließ- |
Nr. Mol/l Mol/l größe che (g TiCl3)-1. dichte geschw. |
- /u h-1. (atmC3=)-1 dl/g Gew.-% g/ml sec/l |
8 500 9150 20-25 glatte 23 2,9 1,8 0,35 8 |
Körner |
9 800 9150 15-30 " 25 2,9 1,6 0,40 7-8 |
10 1600 9150 10-35 " 25 2,9 2,1 0,44 8 |
11 2600 9150 10-35') " 23 3,0 2,0 0,36 10 |
3 500 2000 15-16 " 23 2,9 2,5 0,35 8 |
13 800 2000 15-16 " 23 2,9 2,5 0,36 8 |
12 1600 2000 15-35 " 26 2,9 2,3 0,41 7-8 |
1) Außerdem etwa 5 Gew.-% sehr kleine Teilchen.
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Tabelle III Auswirkung der Tempertur während der Zugabe von TiCl4
Molverhältnis AlEt2Cl/TiCl4 = 0,75 : 1, TiCl4-Lösung zu AlEt2Cl-Lösung innerhalb
4 h zugegeben. Aufheizen und Kühlen analog Tabelle I.
Bei- Rührbedingungen Teilchen d.Ka- Spez. Poly- Eigenschaften
d.Polymers |
sp. Umfangs- Spezif. AlEt2Cl TiCl talysatorbild. merbildungs-
Intr. Äther- Polymerpulver |
Nr. geschwin- Rührkraft conc.² conc.4 Komponenten geschw. Visk.
ex- Schütt- Fließ- |
digkeit Mol/l Mol/l Teil- Form g Pol. trakt dichte geschw. |
chen- und (g TiCl3)-1. Gew.- |
größe Ober- h-1, (atmC3@)-1 |
m/sec Watt/m³ . /u fläche dl/g % g/ml sec/l |
4a -30 1,05 200 800 2000 14-15 glatte 23 3,0 2,5 0,41 7 |
Körner |
14 -40 1,05 200 800 2000 14-15 " 20 2,9 2,5 0,41 7 |
10 -30 0,79 86 1600 9150 10-35 " 25 2,9 2,1 0,44 8 |
15 -40 0,79 86 1600 9150 14-15 " 25 3,1 0,7 0,41 7-8 |
3 -30 0,79 86 800 2000 15-16 " 23 2,9 2,5 0,36 8 |
16 -20 0,79 86 800 2000 15-16 nicht 25 2,9 2,5 0,34 9-10 |
ganz |
glatt |
17 -3 0,79 86 800 2000 15-16 rauh') 26 2,9 2,6 0,30 12 |
18 -3 1,05 200 800 2000 14-15") rauh 27 3,1 2,4 0,20 14 |
19 +5 0,79 86 800 2000 10-16 rauh+) 22 3,0 2,7 0,28 20 |
20 +5 1,05 200 800 2000 8-15) rauh+) 20 2,9 2,8 0,17 25 |
') Etwa 2 Gew.-% nadelförmige Teilchen anwesend.
-
") Außerdem etwa 15 Gew.-% sehr kleine Teilchen.
-
+) Außerdem etwa 4 Gew.-% oder mehr nadelförmige Teilchen anwesend.
-
@ Bei den Versuchen 17 - 20 handelt es sich lediglich um Vergleichsversuche.
-
Tabelle IV Auswirkung der Dauer der Zugabe von TiCl4 Molverhältnis
AlEt2Cl/TiCl4 = 0,75 : 1, TiCl4-Lösung zu AlEt2Cl-Lösung bei -30°C zugegeben. Aufheizen
und Kühlen analog Tabelle I.
Bei- Rührbedingungen Teilchen d.Ka- Spez. Poly- Eigenschaften
d.Polymers |
sp. Umfangs- Spezif. AlEt2Cl TiCl Dauer talysatorbild. merbildungs-
Intr. Äther- Polymerpulver |
Nr. geschwin- Rührkraft conc.² conc.4 der Komponenten geschw.
Visk. ex- Schütt- Fließ- |
digkeit Mol/l Mol/l Zugabe Teil- Form g Pol. trakt dichte geschw. |
von chen- und (g TiCl3)-1. Gew.- |
TiCl4, größe Ober- h-1, (atmC3@)-1 |
m/sec Watt/m³ h . /u fläche dl/g % g/ml sec/l |
10 0,79 86 1600 9150 4 10-35 glatte 25 2,9 2,1 0,44 8 |
Wörner |
21 0,79 86 1600 9150 6 20-35') " 31 3,1 1,9 0,33 8-9 |
4a 1,05 200 800 2000 4 14-15 " 23 3,0 2,5 0,42 7 |
22 1,05 200 800 2000 8 14-17 nicht 20 2,9 2,5 0,36 7 |
ganz |
glatt |
23+) 1,35 400 800 2000 4 12-14 glatte 17+) 2,9 2,5 0,38 7-8 |
Körner |
24+) 1,35 400 800 2000 1 12-14 " 12+) 3,1 2,6 0,33 8-9 |
25+) 1,35 400 800 2000 1/8 14-15 " 16+) 3.0 2,4 0,31 10 |
') Außerdem etwa 2 Gew.-% kleine Teilchen +) Vor der Polymerisation wurde bei diesen
Versuchen der katalysatorbildenden Komponente kein Äther zugesetzt.
-
Tabelle V Auswirkung des Molverhaltnisses AlEt2Cl/TiCl4 Konzentration
der AlEt2Cl-Lösung u. der TiCl4-Lösung Temperatur und Zeit bei Zugabe der TiCl4-Lösung,
Aufhfzen und Kühlen analog Tabelle I.
Rührbedingungen Molver- Teilchen d. ka- Spez. Poly- Eigenschaften
d. Polymers |
Bei- Umfangs- Spezif. hält- talysatorbild. merbildungs- Intr.
Äther- Polymerpulver |
spiel geschwin- Rührkraft nis Komponenten geschw. Vis- ex-
Schütt- Fließ- |
Nr. digkeit Teil- Form g Pol. kos. trakt dichte ge- |
chen- und schw. |
AlEt2Cl/ größe Ober- (g TiCl3)-1. |
m/sec Watt/m³ TiCl4 /u fläche h-1. (atmC3=)-1 dl/g Gew.-% g/ml
sec/l |
3 0,79 86 0,75 15-16 glatte 23 2,9 2,5 0,36 8 |
Körner |
26 0,79 86 0,95 15-16') nicht 25 3,1 2,6 0,33 8 |
ganz |
glatt |
27+) 0,92 140 0,75 14-15 glatte 16+) 2,9 2,5 0,38 7-8 |
Körner |
28+) 0,92 140 0,53 15-16') rauh 12+) 3,1 2,6 0,32 9-10 |
4a 1,05 200 0,75 14-15 glatte 23 3,0 2,5 0,42 7 |
Körner |
29 1,05 200 0,95 14-15") nicht 20 3,0 2,4 0,35 8 |
ganz |
glatt |
30 1,05 200 0,53 14-15') glatte 21 2,9 2,5 0,36 8 |
Körner |
') Außerdem etwa 10 Gew.-% kleine Teilchen.
-
") Außerdem etwa 20 Gew.-% kleine Teilchen.
-
+) Keine Komplexverbindung mit Dibutyläther gebildet.
-
Tabelle VI Auswirkung erhöhten Rührgeschwindigkeit nach Aufheizen
auf +20°C Konzentrtion der Lösungen (AlEt2Cl und TiCl4), Temperatur während der
Zugabe von TiCl4-Lösung, Aufheizen und Kühlen wie in Tabelle I, wobei jedoch die
TiCl4-Lösung innerhalb 3 h zugegeben und das Gemisch 8 h bei +20 - +40°C gehalten
wurde. Keine Komplexbildung mit Dibutyläther, Molverhältnis AlEt2Cl : TiCl4 = 0,53
: 1.
Rührbedingungen Teilohen d. ka- Spez. Poly- Eigenschaften d.
Polymers |
bei -30°C und beim bei 20°C und darüber talysatorbil.d merbildungs-
Intr. Äther- Polymerpulver |
Bei- Aufwärmen auf +20°C Umfangs- Spezif. Komponenten geschw.
Visk. ex- Schütt- Fließ- |
spiel Umfangs- Spezif. geschwin- Rührkraft Teil- Form g Pol.'
trakt dichte geschw. |
Nr. geschwin- Rührkraft digkeit chen- und |
digkeit größe Ober- (g TiCl3)-1. Gew.- |
m/sec Watt/m³ m/sec Watt/m³ /u fläche h-1. (atmC3@)-1 dl/g
% g/ml sec/l |
31 0,92 140 0,92 140 15-16 mäßig 8 3,0 2,6 0,34 7-8 |
glatte |
32 0,92 140 1,30 370 15-16 glatte 9 3,0 2,5 0,38 7-8 |
Körner |
Die Tabelle VII zeigt die Resultate und einige Versuchsbedingungen
einer Anzahl von Versuchen (Nr. 33-45), die, außer den folgenden Unterschieden,
analog den in den Tabellen I bis VI beschriebenen Versuchen durchgeführt wurden.
-
Die Unterschiede bestanden darin, daß die katalysatorformende Komponente
in n-Decan als Verdünnungsmittel hergestellt worden war und daß die Polymerisation
bei 75°C in 2,2,4-Trimethylpentan stattfand.
-
Tabelle VII Herstellung von katalysatorbildenden Komponenten in n-Decan
AlEt2Cl-Konzentration = 2000 mMol/l; TiCl4-Konzentration = 2000 mMol/l; Umfangsgeschwindigkeit
des Rübrers 0,79 m/Sek.; spezifische Rührkraft nach Zugabe des ganzen TiCl4 : 86
Watt/m³; Zeit des Stehenlassens ohne zu erwärmen oder zu kühlen nach Aufwärmen des
Gemishces auf +20°C: 1 Std.; Aufwärmzeit von 20 auf 155°C: 1 Std.; Zeit bei 155°C:
1 Std.; Kühlzeit: 1 Std.
-
Eigenschaft des Polymers Beisp. Binapeis- Molverhält- Dauer der Dauer
des Nr. temp. °C nis AlEt2Cl/ TiCl4-Zugabe Aufwärmens Polymerpulver TiCl4 Std. auf
+20°C Intr. Äther- Schütt- Fließ-Std. Visk. extrakt dichte geschw dl/g Gew.-% g/ml
sec/l 33 -10 0,95 1/2 1 2,9 3,5 0,34 9 34 -10 0,95 1 1 2,9 3,3 0,38 7-8 35 -10 0,95
2 1 3,1 3,2 0,39 7 36 -10 0,95 3 1 3,0 3,2 0,40 7 37 -10 0,95 4 1 2,9 3,4 0,35 8
38 -10 0,95 2 2 3,0 3,3 0,39 7-8 39 -10 0,95 2 3 2,9 3,3 0,34 8 40 -20 0,95 3 1
3,0 3,5 0,36 8 41 -30 0,95 3 1 3,1 3,2 0,39 7-8 42 -20 0,85 3 1 3,0 3,2 0,40 7 43
-10 0,75 3 1 2,9 3,1 0,40 7 44 -20 0,75 3 1 3,0 3,4 0,36 8 45 -10 0,50 3 1 3,1 3,5
0,35 8
Tabelle VIII bezieht sich auf eine Anzahl von Versuchen
(Nr. 46-51), worin die katalysatorbildende Komponente in verschiedenen paraffinischen
Verdünnungsmitteln bei -30 0C hergestellt worden war. Das Molverhältnis AlEt2Cl
: TiC14 betrug 0,75:1, die Zeit in der das TiCl4 zugegeben wurde betrug 4 Std.
-
und die Aufwärmzeit auf +20°C 2 Std. Außer der AlEt2C1- und der TiCl4-Konzentration
waren die Bedingungen die gleichen wie in Tabelle VII. Die Polymerisationen wurden
bei 70°C in 2,2,4-Trimethylpentan durchgeführt.
-
Tabelle VIII Herstellung der katalysatorbildenden Komponenten in
verschiedenen Verdünnungsmitteln Eigenschaften des Polymers
Beisp. Verdünnungs- AlEt@Cl- TiCl4- Intr. Ather- Schütt- Fließ- |
Nr. mittel konz. konz. Visk. extrak@t dichte geschw. |
mMol/l mMol/l dl/g Gew.-% g/ml sec/l |
46 n-Decan 2000 2000 3,2 3,3 0,36 8 47 2,2,4- 800 2000 3,0 3,2 0,41 7-8 Trimethylpentan
48 n-Hexan 800 2000 2,9 3,0 0,42 7 49 n-Pentan 800 2000 3,1 3,1 0,43 7 50 n-Pentan
564 9100 2,9 2,6 0,42 7 51 n-Butan 564 9100 3,0 2,5 0,40 7-8 * bei diesem Versuch
betrug die Zugabezeit für TiCl4 3 Std., die Aufwärmzeit auf +20°C eine Stunde.
-
Die Tabelle IX zeigt die Daten und Resultate eines in einem Versuchsbetrieb
durchgeführten Versuches, bei welchem die katalysatorbildende Komponente in zwei
mit Rührwerk versehenen 10 l-Reaktionsgefäßen vom Durchmesser von je 20 cm hergestellt
wurde und die Polymerisation des Propylens kontinuierlich bei erhöhtem Druck in
einem gerührten 95 Gefäß mit 60 1 Reaktionsgemisch erfolgte. Die Rührwerke in den
2-1-Gefärben waren sechsflügelige Turbinenrübrer mit einem größen Durchmesser von
10 cm und das von den Rührern in diesen Gefäßen während des Rührens bestrichene
Volumen betrug etwa 5 % des Innenvolumens des Reaktors. Bei den lo l-Reaktoren betrug
der Abstand zwischen der Unterkante des Rührers und dem Gefäßboden 1/4 der Gefäßhöhe.
Auch in diesem Falle wurde das TiC14 zu dem AlEt2Cl hinzugegeben. Vor Einfüllen
des AlEt2Cl in das erste 1o Gefäß wurde dieses einschließlich seinem Deckel auf
die Temperatur gekühlt, bei welcher dann die Zugabe von TiCl4 erfolgen sollte. Das
AlEt2Cl wurde mit einer so niedrigen Geschwindigkeit in dieses Gefäß eingespeist,
daß die Temperatur darin nur zeitweise um einige Grad anstieg. Bei der Herstellung
der katalysatorbildenden Verbindung und bei der Polymerisation war das Verdünnungsmittel
das gleiche wie bei den Versuchen Nr. 1-32.
-
Die Überführung der Beta-Modifikation der TiC13-haltigen katalysatorbildenden
Komponente in die Gamma-Idodifikation erfolgte in dem zweiten 10 l-ReaktionsgefäB,
das als Autoklav ausgestattet war. Vor Durchführung dieser Umwandlung wurde die
Beta-Modifikation dreimal mit dem oben erwähnten Verdünnungsmittel bei Umgebungstemperatur
gewaschen.
-
Tabelle IX Versuch im Versuchsbetrieb Herstellung der katalysatorbildenden
Komponente: Umfangsgeschwindigkeit des Rührers in beiden 10 1-Gefäßen 1,73 m/sec
spezifische Rührkraft nach Zugabe des gesamten 3 Triol 350 Watt/m Molvërhältnis
AlEt2Cl/TiCl4 0,75 AlEt2Cl-Konzentration 800 mMol/l TiCl4-Konzentration 2000 mMol/l
Temperatur während der TiCl4-Zugabe -30°C Dauer dr TiCl4-Zugabe 4 h Dauer des Aufwärmene
auf +40 C 4h Zeit bei +40 C 1h Dauer des Aufwärmens auf 1550C (im zweiten 10 1-Reaktor)
1 h Zeit bei 155 5 1 1 h Dauer des Kühlens auf +20°C 1h Form und Oberfläche der
resultierenden Teilchen glatte Pellets Teilchengröße 12-14/u Kontinuierliche Polymerisation:
Druck 6 atm.abs.
-
Propylen-Partialdruck 5,4 atm. abe.
-
Wasserstoffgehalt der Gaskappe 1,9 Vol.-% Temperatur 60 C durchschnittliche
Verbleibzeit 10 h TiCl3-Konzentration 2,3 mMol/l Molverhältnis AlEt2Cl/TiCl3 4 :
1 PolymerbildungsgeschwindigAeit 19 g Pol.
-
(g1TiCl3) h= (atm.
-
C3)-1 Polymerkonzentration im Reaktor 40 Gew.-% Eigenschaften des
resultierenden Polymers: Intrinsic-Viskosität 2,9 dl/g mit siedendem Diäthyläther
extrahierbare Stoffe 2,9 Gew.-% Schüttgewicht des Pulvers 0,45 g/ml Fließgeschw.
des Pulvers 5-6 sec/12 Zugfestigkeit , 360 kg/cm