DE1948005A1 - Verfahren zum Herstellen von Homo- oder Copolymerisaten des AEthylens - Google Patents
Verfahren zum Herstellen von Homo- oder Copolymerisaten des AEthylensInfo
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Description
Badische Anilin- & Soda-Pabrik AG 1948005
Unser Zeichen: 0.Z.26 375 HWz/Be
6700 ludwigshafen, 22.Sept.1969
Verfahren zum Herstellen von Homo- oder Copolymerisaten
des Äthylens
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren"zum"Herstellen
von Homo- oder Copolymerisaten des Äthylens durch Homopolymerisation
von Äthylen oder Copolymerisation von Gemischen
aus 1OO Molanteilen Äthylen und bis zu 100 Molanteilen anderer, mit Äthylen copolymerisierbarer, äthylenisch ungesättigter,
3 bis 20 Kohlenstoffatome aufweisender Monomerer, bei Drücken
von 800 bis 7 000 at und Temperaturen von 150 bis 2600C unter
der Einwirkung eines radikalischen Polymerisationsinitiators sowie - gegebenenfalls - eines Polymerisationsreglers.
Bei den bekannten Verfahren dieser Art gilt die allgemeine Regel,
daß - unter sonst vorgegebenen Bedingungen - bei relativ niederen Temperaturen relativ geringe Ausbeuten, bei relativ
hohen Temperaturen relativ große Ausbeuten an Polymerisat erhalten werden. Es gilt ferner die Regel, daß - unter sonst vorgegebenen
Bedingungen - bei relativ niederen Temperaturen Polymerisate
erhalten werden, die ein relativ hohes Molekulargewicht sowie einen relativ kleinen Verzweigungsgrad haben, während
bei relativ hohen Temperaturen Polymerisate entstehen, die
ein relativ niedriges Molekulargewicht sowie einen relativ großen Verzweigungsgrad aufweisen. Als Folge der geschilderten
Gegebenheiten muß man geringe Ausbeuten in Kauf nehmen, wenn man Polymerisate herstellen will, die ein relativ hohes Molekulargewicht
sowie einen relativ kleinen Verzweigungsgrad haben. Solche Polymerisate sind indessen von technischem Interesse,
da sie sich - vergleichsweise - durch höhere Streckgrenzen bei geringerer Reißdehnung (insbesondere bei Homopolymerisaten)
und einen niedrigeren Schmelzindex (insbesondere bei Copolymer! sat en mit relativ hohen Gehalten an Oomonomeren) auszeichnen,
438/69 10**16/1981 -2-
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs definierten Art aufzuzeigen, mit dem es
möglich ist, Polymerisate eines hohen Molekulargewichts sowie eines kleinen Verzweigungsgrades, in - vergleichsweise - erhöhter
Ausbeute herzustellen.
Es wurde gefunden, daß diese Aufgabe gelöst werden kann, wenn
man als Polymerisationsinitiator ein Gemisch aus zwei speziellen Arten von radikalischen Polymerisationsinitiatoren einsetzt.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist dem entsprechend ein
Verfahren zum Herstellen von Homo- oder Copolymerisaten des
Äthylens durch Homopolymerisation von Äthylen oder Copolymerisation
von Gemischen aus 100 Molanteilen Äthylen und bis zu 100 Molanteilen anderer, mit Äthylen copolymerisierbarer, äthylenisch
ungesättigter, 3 bis 20 Kohlenstoffatome aufweisender Monomerer, bei Drücken von 800 bis 7 000 at und Temperaturen
von 150 bis 260, vorzugsweise 165 bis 2350C, unter der Einwirkung
eines radikalischen Polymerisationsinitiators sowie gegebenenfalls
- eines Polymerisationsreglers. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man als PoIymerisationsinitiätor
2 bis 1 000, vorzugsweise 3 bis 200, MoI-ppm (bezogen auf die Gesamtmenge an eingesetzten Monomeren),
eines Gemisches verwendet aus
(a) einem radikalischen Polymerisationsinitiator, der bei 500O
eine Halbwertszeit von 10 bis 30 Stunden hat und
(b) einem radikalischen Polymerisationsinitiator, der bei 500C
eine Halbwertszeit von 0,2 bis 10 Stunden hat,
mit den Maßgaben, (!) daß - jeweils bezogen auf 500C - der Polymerisationsinitiator
unter (a) eine wenigstens doppelt so lange Halbwertszeit hat wie der Polymerisationsinitiator unter. (Tj)
., und (II) daß in dem Gemisch aus den Polymerisationsinitiatoren
unter (a) und (b) die Menge eines einzelnen dieser Polymerisationsinitiatoren
nicht weniger als 10, vorzugsweise nicht weniger als':25 Molprozent, (bezogen auf die gesamte molekulare
Menge des Gemisches) ausmacht.
tO9815/1S81 *" 5>
Zu den erfindungsgemäß zu verwendenden Gemischen aus 2 speziellen
Arten von radikalischen Polymerisationsinitiatoren ist im einzelnen das Folgende zu sagen:
(a) Als radikalische Polymerisationsinitiatoren mit einer Halbwertszeit
bei 5O0C (HWZ/5O°C) von 10 bis 30 Stunden, eignen
sich beispielsweise Bis-2,4-dichlor-benzoylperoxid (HWZ/50°C = 18 Std.), tert.-Butylperpivalat (HWZ/50°C = 20'
* Std.) und 2,2'-Azo-bis-(2,4-dimethyl-valeronitril)
(HWZ/50°C = 28 Std.)» Anstelle eines Einzelindividuums kann
auch ein Gemisch aus zwei oder mehr solcher Polymerisationsinitiatoren eingesetzt werden.
(b) Als radikalische Polymerisationsinitiatoren mit einer Halbwertszeit
bei 500G (HWZ/50°C) von 0,2 bis 10 Stunden eignen
sich beispielsweise Acetylcyclohexan-sulfonylperoxid (HWZ/50°C = 0,4 Std.), Bis-(4-tert.-butyl-cyelohexyl)-peroxy-dicarbonat
(HWZ/50°C =2,6 Std.) und Diisopropyl-peroxydicarbonat (HWZ/50°C = 6 Std.). Anstelle eines Einzelindividuums
kann auch ein Gemisch aus zwei oder mehr solcher Polymerisationsinitiatoren eingesetzt werden.
Wie sich gezeigt hat, sind besonders gut geeignet Gemische aus
(a) tert.-Butylperpivalat und (b) Bis-(4-tert.-butyl-cyclohexyl) peroxy-dicarbonat sowie aus (a) 2,2!-Azo-bis-(2,4-dimethylvaleronitril)
und (b) Bis-(4-tert.-butyl-cyclohexyl)-peroxydicarbonat.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignen sich
die für die Polymerisation von Äthylen unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur üblichen Vorrichtungen und Verfahrensweisen.
Anstelle näherer Ausführungen hierzu sei beispielsweise verwiesen auf "Ullmanns Enzyclopädie der technischen Chemie",
Band 14, 3. Auflage (München - Berlin 1963), Kapitel "Polyäthylen", Seiten 137 bis 148, oder auf lyle F. Albright,
"High-Pressure Processes for Polymerizing Ethylene", Chemical Engineering, Band 73 (1966), Heft vom 19. Dez., Seiten 113 bis
109815/1981 - 4 -
Als Partner des Äthylens bei der Copolymerisation kommen innerhalb
der gegebenen Definition - in Betracht die einschlägig üblichen Comonomeren, insbesondere solche, die monoäthylenisch
ungesättigt sind. Geeignet sind z.B. Vinylester, insbesondere Vinylester von C,- bis Cg-Alkancarbonsäuren; (Meth)acrylesterf
insbesondere Ester der Acryl- und Methacrylsäure mit C1- bis
Cg-Alkanolen, Ester monoäthylenisch ungesättigter Dicarbonsäuren, insbesondere Mono- und Diester der Malein- und Fumarsäure
mit C-,- bis Cg-Alkanolen; monoäthylenisch ungesättigte Carbonsäuren,
insbesondere Acryl-, Methacryl-, Malein- und Fumarsäure; Amide monoäthylenisch ungesättigter Carbonsäuren, insbesondere
Acryl- und Methacrylsäureamid sowie F-Mono- und Ν,Ν-Dialkylamide
(mit C-,- bis Cg-Alkylgruppen) der Acryl- und Methacrylsäure;
Vinyläther, insbesondere Vinyläther von C-,- bis Cg-Alkanolen,
von Phenol oder einem Naphthol; monoäthylenisch ungesättigte Alkohole, insbesondere C,- bis Cg-Alkenole; monoäthylenisch
ungesättigte Aldehyde, insbesondere C,- bis Cg-Alkenale; monoäthylenisch
ungesättigte Ketone; insbesondere C.- bis Cg-Alkenone.-Bei
der Copolymerisation können die Comonomeren als Einzelindividuen
oder als Gemische aus verschiedenen Einzelindividuen
eingesetzt werden.- Der Vollständigkeit halber sei noch darauf hingewiesen, daß eine Reihe der genannten Comonomeren
- in an. sich bekannter Weise - zusätzlich als Polymerisationsregler wirkt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann - wie einschlägig üblich - in Anwesenheit von Polymerisationsreglern gearbeitet
werden. Die Mengen der Regler können bekanntlich je nach der Stärke des Reglers und der sonstigen Verfahrensbedingungen so
stark schwanken, daß eine allgemein gültige Angabe von Absolut«
werten nicht möglich ist«, Zur Präge der Regler vgl. im gegebenen Zusammenhang z.B. G.A. Mortimer, Journal of Polymer
Science, A 1, £, 1966, ITr. 4* Seiten 881 bis 900*
Zum Arbeiten gemäß den nachfolgenden Beispielen dient als Polymerisationsapparatur
ein Rohrreaktor, wie" er bei der kontinuierlichen
HochdruckpolymerisatiDn von Äthylen üblich ist. Bei dem
Reaktor verhält sich der Durchmesser ■■ des" ReaJctionssohres--su"
dessen Länge wie 1 ι 14 OQO..'-Das" Reaktionsrohr" -ist-mit
109815/1981
Mantelrohr zur Aufnahme eines Wärmeübertragungsinittels umgeben.
Das Mantelrohr seinerseits ist in zwei voneinander unabhängig
zu betreibende Zonen eingeteilt, wovon die erste sich über 2/5 der Länge des Rohres (Zone I), die zweite sich über die restlichen
3/5 der länge des Rohres (Zone II) erstreckt. Am Ende
des Reaktionsrohres befindet sich ein Ventil, das einerseits zum Regulieren des Druckes im Polymerisationsraum, andererseits
zum Austragen des Reaktionsgutes dient. Im Anschluß an dieses
Ventil befindet sich je ein üblicher Hochdruck- und Uiederdruckabscheider
zur Trennung des erhaltenen Polymerisats von den nicht polymerisierten Stoffen, d.h. im wesentlichen von
den bei der Polymerisation nicht erfaßten Teilmengen der Monomeren.
Der Reaktor wird auf der Eingangsseite mit einem auf 1 800 at
komprimierten Gemisch beschickt, bestehend aus 1 000 000 Gewichtsteilen/Std.
Äthylen, 55 Mol-ppm/Std. (bezogen auf das Äthylen) eines in 1/20 molarer aeetonischer Lösung vorliegenden
Gemisches aus 35 Mol-ppm/Std. tert.-Butylperpivalat und 20 Mol-ppm/Std. Bis- (4-tert. -butyl-cyclohexyl )-*peroxy-dicarbonat
sowie 2 400 Gewichtsteilen/Std. Methyläthylketon (Regler).
In Zone I des Reaktormantels wird das Wärmeübertragungsmittel konstant auf einer Temperatur von 1650G gehalten, in Zone II
auf 1800C; dabei erreicht das Reaktionsgut durch die freiwerdende
Reaktionswärme eine Temperatur von 2300O.
Auf diese Weise werden 150 000 Gewichtsteile/Std. eines Polyäthylens
erhalten. Seine Kenndaten sindί Schmelzindex (nach
ASTM-D-1238) »4,0 g/10 Min.; Dichte (nach DIN 53 479/7.2) =
0,9352 g/cm5; Reißdehnung = 150 #, Reißfestigkeit = 107 kg/cm2.
b Bs wird genau so verfahren wie im Beispiel 1, mit der einzigen
), Ausnahme, daß anstelle des Initiator-Gemisches 55 Mol-ppm/Std.
■ tert.-Butylperpivalat allein eingesetzt werden. Auf diese Weise
109815/1981 -6 -
werden nur 85 000 Gewichtsteile/Std. eines entsprechenden
Polymerisats erhalten. .
Es wird genau so verfahren wie im Beispiel 1, mit der einzigen Ausnahme, daß anstelle des Initiator-Gemisches 55 Mol-ppm/Std.
Bis-(4-tert.-butyl-cyclohexyl)-peroxy-dicarbonat allein eingesetzt werden* Auf diese Weise werden nur 120 000 Gewichtsteile/
Std. eines entsprechenden Polymerisats erhalten.
Der Reaktor wird auf der Eingangsseite mit einem auf 2 300 at
komprimierten Gemisch beschickt, bestehend aus 970 000 Gewichtsteilen/Std.
Äthylen, 30 000 Gewichtsteilen/Std. Methylmethacrylat,
38 Mol-ppm/Stdο (bezogen auf die Gesamtmenge an eingesetzten
Monomeren) eines in 1/2.0 molarer acetonischer Lösungvorliegenden
Gemisches aus 15,7 Mol-ppm/Std. 2,2'-Azo-bis-(2,4-dimethyl-valeronitril)
und 22,3 Mol-ppm/Std. Bis-(4-tert.-butyl-cyclohexyl)-peroxy-dicarbonat
sowie 3 400 Gewichtsteilen/ Std. Methyläthylketon (Regler). In Zone I des Reaktormantels
wird das Wärmeübertragungsmittel konstant auf einer Temperatur von 165°ö gehalten, in Zone II auf 18O0C; dabei erreicht das
Reaktionsgut durch die freiwerdende Reaktionswärme eine Temperatur von 2200C.
Auf diese Weise werden 165 000 Gewichtsteile/Std. eines Copolymerisates
erhalten. Seine Kenndaten sind: Einpolymerisiertes Methyimethacr.ylat: 14,0 Gewichtsprozent (bezogen auf das Polymerisatgewicht
); Schmelzindex (nach ASTM-D-1238) = 4,1 g/10 Min«;
Dichte (nach DIN 53 479/7.2) = 0,9331 g/cm3; Reißdehnung = 63Ο?δ*
Reißfestigkeit = 156 kg/cm2. .
Es wird genau so verfahren wie im Beispiel 2, mit der einzigen
Ausnahme, daß anstelle des Initiator-Gemisches 38 Mol-ppm/Std.
valeronltril) allein eingesetzt
109815/1981 - 7 -
werden. Auf diese Weise werden nur 130 000 Gewichtsteile/Std.
eines entsprechenden Polymerisats erhalten.
Es wird genau so verfahren wie im Beispiel 2, mit der einzigen Ausnahme, daß anstelle des Initiator-Gemisches 38 Mol-ppm/Std.
Bis(4-tert.-butyl-cyclohexyl)-peroxy-dicar'bonat allein eingesetzt
werden. Auf diese Weise werden nur 135 000 Gewichtsteile/Std. eines entsprechenden Polymerisats erhalten.
Der Reaktor wird auf der Eingangsseite mit einem auf 2 100 at
komprimierten Gemisch beschickt, "bestehend aus 730 000 Gewichtsteilen/Std.
Äthylen, 270 000 Gewichtsteilen/Std. Vinylacetat sowie 6,1 Mol-ppm/Std. ("bezogen auf die Gesamtmenge an eingesetzten
Monomeren) eines in 1/20 molarer acetonischer Lösung
vorliegenden Gemisches aus 4,1 Mol-ppm/Std. tert.-Butylperpivalat
und 2,0 Mol-ppm/Std. Bis-(4-tert.-butyl-cyclohexyl)-peroxy-dicarbonat. In Zone I des Reaktormantels wird das Wärmeübertragungsmittel
konstant auf einer Temperatur von 165 G gehalten,
in Zone II auf 1800C; dabei erreicht das Reaktionsgut
durch die freiwerdende Reaktionswärme eine maximale Temperatur von 1950O.
Auf diese Weise werden 170 000 Gewichtsteile/Std. eines Copolymerisate
erhalten. Seine Kenndaten sind: Einpolymerisiertes Vinylacetat: 24,8 Gewichtsprozent (bezogen auf das Polymerisatgewicht);
Schmelzindex (nach ASTM-D-1238) =3,7 g/10 Min.; Dichte (nach DIN 53 479/7.2) = 0,9503 g/cm5; Reißdehnung = 730$,
Reißfestigkeit = 248 kg/cm2.
Vergleichsversuch A -
Es wird genau so verfahren wie im Beispiel 3, mit der einzigen
Ausnahme, daß anstelle des Initiator-Gemisches 6,1 Mol-ppm/Std. tert.-Butylperpivalat allein eingesetzt werden. Auf diese Weise
werden nur 137 000 Gewichtsteile/Std. eines entsprechenden
109815/1981 ' 8 "
Polymerisats erhalten.
Vergleichsversuch B
Vergleichsversuch B
Es wird genau so verfahren wie im Beispiel 3, mit der einzigen-Ausnahme,,
daß anstelle des Initiatorr-G-emisches 6,1 Mol-ppm/Std.
BiS^-(4-tert..r-putyl-cyclohexyl)-peroxyrdicartionat allein eingesetzt
werden. Auf diese Weise werden nur 145 000 Gewichtsteile/Std.
eines entsprechenden Polymerisates erhalten.
— 9 — 1098 15/198 1
Claims (1)
- PatentanspruchVerfahren zum Herstellen von Homo- oder Copolymerisaten des Äthylens durch Homopolymerisation von Äthylen oder Copolymerisation von Gemischen aus 100 Molanteilen Äthylen und bis zu 100 Molanteilen anderer, mit Äthylen copolymerisierbarer, äthylenisch ungesättigter, 3 "bis 20 Kohlenstoffatome aufweisender Monomerer, "bei Drücken von 800 "bis 7 000 at und Temperaturen von 150 bis 2600C unter der Einwirkung eines radikalischen Polymerisationsinitiators sowie — gegebenenfalls-eines Polymerisationsreglers, dadurch gekennzeichnet, daß man als Polymerisationsinitiator 2 bis 1 000 Mol-ppm (bezogen auf die Gesamtmenge an eingesetzten Monomeren) eines Gemisches verwendet aus(a) einem radikalischen Polymerisationsinitiator, der bei 500C eine Halbwertszeit von 10 bis 50 Stunden hat und(b) einem radikalischen Polymerisationsinitiator, der bei 500C eine Halbwertszeit von 0,2 bis 10 Stunden hat,mit den Maßgaben, (I) daß - jeweils bezogen auf 500C - der Polymerisationsinitiator unter (a) eine wenigstens doppelt so lange Halbwertszeit hat wie der Polymerisationsinitiator unter (b) und (II) daß in dem Gemisch aus den Polymerisationsinitiatoren unter (a) und (b) die Menge eines einzelnen dieser Polymerisationsinitiatoren nicht weniger als 10 Molprozent (bezogen auf die gesamte molekulare Menge des Gemisches) ausmacht.Badische Anilin- & Soda-Fabrik AG1 09815/1981
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SA 67/4482 * |
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