DE19831804A1 - Heterogene Katalysatorsysteme mit Kaolin als Träger für die Olefinpolymerisation - Google Patents
Heterogene Katalysatorsysteme mit Kaolin als Träger für die OlefinpolymerisationInfo
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft heterogene Katalysatorsysteme für die Olefinpolymerisation, die aus einer oder mehreren Organometallverbindungen, die ein Metall der 3. oder 4. Hauptgruppe des Periodensystems enthalten; einer oder mehreren Übergangsmetallverbindungen, die ein Metall der 3. bis 8. Nebengruppe des Periodensystems enthalten; und Kaolin als Träger bestehen.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft heterogene Katalysator
systeme zur Olefinpolymerisation, deren Herstellung und
Verwendung.
Die Polyolefintechnologie hat sich in den letzten 50 Jahren zu
einem Hauptzweig der chemischen Industrie entwickelt. Die
Entwicklung begann mit der Ziegler-Natta-Katalyse, durch die
erstmals Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) sowie Copolymere
großtechnisch dargestellt werden konnten. Ziegler-Natta-
Katalysatorsysteme bestehen aus einer Organometallverbindung
eines Metalls der 1. bis 4. Hauptgruppe des Periodensystems
und einer Verbindung eines Übergangsmetalls der Nebengruppen 3
bis 8. Die ersten eingesetzten Ziegler-Natta-Katalysatoren
enthielten TiCl4 und ein Aluminiumtrialkyl. Eine Weiter
entwicklung erfuhr das Ziegler-Natta-Verfahren durch den
Einsatz heterogener Katalysatorsysteme (Himont-Katalysatoren).
Heterogene Katalysatorsysteme sind dadurch gekennzeichnet, daß
die Katalysatoren auf Träger, zum Beispiel Al2O3 oder MgCl2,
aufgebracht werden.
Heterogene Katalysatorsysteme, die aus TiCl4, VCl4 oder VOCl3
als Katalysatoren, Aluminiumalkylen als Cokatalysatoren und
Siliciumdioxid, Aluminiumoxiden oder Aluminiumsilikaten als
Träger bestehen, sind z. B. in EP 260 130 A und US 5,002 916 A
beschrieben.
Vor etwa 10 Jahren wurden mit Metallocenverbindungen des Ti,
Zr und Hf in Kombination mit Methylaluminoxan (MAO) als
Cokatalysator neuartige hochreaktive Katalysatoren erstmals
zur Darstellung von PE und PP eingesetzt (R. Mühlhaupt, Nachr.
Chem. Tech. Lab. 41 (1993) 1341). In homogener Lösung ergeben
diese Katalysatorsysteme jedoch leicht Reaktorfouling, (d. h.
das gebildete Polymer klebt an den Reaktorwänden). Daher wurde
in den letzten Jahren die Heterogenisierung dieser homogenen
Metallocen-Katalysatoren vorangetrieben.
Zahlreiche Patente und wissenschaftliche Veröffentlichungen
zur Darstellung solcher heterogenen Katalysatorsysteme
existieren. Sie setzten als Trägermaterialien bevorzugt
Kieselgel, Silikate, Aluminiumoxide oder Aluminiumsilikate ein
(WO 93/04628; US 4, 912 075; US 4, 925 821, WO 96, 043 18 und
L. Minkova, Europ. Pol. J. 7 (1988) 661).
Heterogene Katalysatorsysteme können neben einem Katalysator
und einem Cokatalysator auch Füllstoffe enthalten, die Träger
für Katalysator und Cokatalysator sind. So werden in WO
96/34900 Katalysatorsysteme beschrieben, die verschiedenste
Arten von Füllstoffen neben Organometallverbindungen als
Cokatalysatoren und Übergangsmetallverbindungen als
Katalysatoren umfassen. In F. Hindryckx, J. Appl. Polym. Sci.
64 (1997) 423 wird ein Katalysatorsystem beschrieben, das
anorganische Füllstoffe (Kaolin, Barit) neben (BuO)4Ti,
BuMgOct, EtAlCl2 und Et3Al beinhaltet. Aus D. Damyanov, Europ.
Pol. J. 7 (1988) 657 ist weiterhin ein Katalysatorsystem
bekannt, das aus Titantetrachlorid, Diethylaluminiumchlorid,
Diphenylmagnesium und Kaolin, Kreide oder Dolomit besteht.
Für die bisher bekannten heterogenen Katalysatorsysteme aus
Ti-, Zr- und Hf-Metallocenen oder Ti- und V-Halogeniden als
Katalysatoren und Aluminiumalkylen als Cokatalysatoren, die
gegebenenfalls Füllstoffe enthalten, läßt sich erkennen, daß
sie für den technischen Einsatz in der Olefinpolymerisation
gut geeignet sind. Sie ermöglichen Gasphasenreaktionen,
Wirbelbettverfahren und verhindern Reaktorfouling. Die
Aktivitäten dieser heterogenen Katalysatorsysteme,
einschließlich der Katalysatorsysteme, die die obengenannten
Füllstoffe enthalten, sind jedoch im Vergleich zu den
Aktivitäten homogener Katalysatorsysteme unzureichend.
Außerdem werden mit den bekannten Katalysatorsystemen im
allgemeinen nicht die für bestimmte Anwendungen erwünschten
Polymere hohen Molekulargewichtes erhalten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, heterogene
Katalysatorsysteme bereit zustellen, die hohe Aktivitäten
aufweisen, kein oder nur geringes Reaktorfouling bewirken und
gleichzeitig die Herstellung von polymeren hoher
Molekulargewichte (bis in den Bereich von etwa 106) erlauben.
Diese Aufgabe wird durch die Bereitstellung von heterogenen
Katalysatorsystemen gelöst, die aus
- (a) einer oder mehreren Organometallverbindungen, die ein Metall der 3. oder 4. Hauptgruppe des Periodensystems enthalten,
- (b) einer oder mehreren Übergangsmetallverbindungen, die ein Metall der 3. bis 8. Nebengruppe des Periodensystems enthalten, und
- (c) Kaolin als Träger für die Organometallverbindungen (a) und Übergangsmetallverbindungen (b) bestehen.
Bevorzugt sind Organometallverbindungen (a), die halogenidfrei
sind. Hierbei werden besonders Organometallverbindungen (a)
bevorzugt, die organische Reste ausgewählt aus Alkyl-,
Alkenyl-, Aryl-, Alkaryl-, Aralkyl-, Alkoxy-, Aryloxy-,
Alkaryloxy- und Aralkoxyresten, in denen die Kohlenwasser
stoffreste geradkettig, verzweigt oder cyclisch und
gegebenenfalls substituiert sein können und bevorzugt 1-20 C-
Atome aufweisen, und gegebenenfalls zusätzlich Wasserstoff als
Substituenten enthalten.
Bevorzugte, in den Organometallverbindungen (a) enthaltene
Metalle sind Bor, Aluminium, Silicium und Zinn.
Vorteilhaft werden Arylbor- und Alkylarylborverbindungen, in
denen die Aryl- und Alkylreste substituiert sein können,
Trialkylaluminiumverbindungen, in denen die gegebenenfalls
substituierten Alkylgruppen identisch oder verschieden sind
und/oder Tetraalkylzinnverbindungen als Organometall
verbindungen (a) eingesetzt.
Von diesen Verbindungen sind Trialkylaluminiumverbindungen,
und insbesondere Trimethylaluminium, Triethylaluminium,
Tripropylaluminium und Triisobutylaluminium, besonders
bevorzugt.
Als Übergangsmetallverbindungen (b), die ein Metall der 3. bis
8. Nebengruppe des Periodensystems enthalten, können sowohl
klassische Ziegler-Natta-Katalysatoren als auch verbrückte
oder unverbrückte Metallocen-Katalysatoren eingesetzt werden.
Übergangsmetallverbindungen (b) des Titans, Zirconiums,
Hafniums oder Vanadiums sind bevorzugt.
Als klassische Ziegler-Natta-Katalysatoren werden bevorzugt
Verbindungen eingesetzt, die Halogenide, Oxidhalogenide,
Alkyloxyverbindungen oder Aryloxyverbindungen der
Übergangsmetalle der 3. bis 8. Nebengruppe sind. Besonders
bevorzugt sind Titantetrahalogenide, Tetra(alkoxy)titane und
Alkoxytitanhalogenide, Vanadiumhalogenide,
Vanadiumoxidhalogenide und Alkoxyvanadiumverbindungen, in
denen die gegebenenfalls vorhandenen Alkylgruppen 1-20 C-Atome
aufweisen.
Metallocen-Katalysatoren können Komplexe, die einen oder
mehrere identische oder verschiedene Metall-π-gebundene
Liganden enthalten, sein. Metall-π-gebundene Liganden sind zum
Beispiel Cyclopentadienyl-, Indenyl-, Tetrahydroindenyl-,
Benzoindenyl-, Fluorenyl-, Octahydrofluorenyl- und
substituierte Cyclopentadienyl-, Indenyl-, Tetrahydroindenyl-,
Benzoindenyl-, Fluorenyl-, Octahydrofluorenyl-Liganden. Als
Substituenten der Metall-π-gebundenen Liganden können
geradkettige, verzweigte und/oder cyclische Alkyl-, Aryl-,
Alkaryl-, Aralkyl,- Alkoxy-, Aryloxy-, Alkylbor-, Alkylsilyl-,
Alkylgermanyl-, Alkylstannyl-, Alkylplumbyl-, Alkylamino-
und/oder Alkylphosphingruppen vorhanden sein, die
gegebenenfalls halogeniert sind.
Neben den Metall-π-gebundenen Liganden können die
Übergangsmetallverbindungen (b) Metall-σ-gebundene Liganden,
zum Beispiel Halogene, geradkettige, verzweigte und/oder
cyclische Alkyl-, Aryl-, Alkaryl-, Aralkyl,- Alkoxy-,
Aryloxygruppen und gegebenenfalls mit den vorstehenden Gruppen
substituierte Amino-, Phosphin-, Bor-, Silyl- und/oder
Carbengruppen, enthalten.
Die π-gebundenen Liganden können untereinander oder mit einem
σ-gebundenen Liganden verbrückt sein. Verbrückende Gruppen
sind zum Beispiel C1-10-Alkylen-, Silyl-, Germanyl-, Amino-
oder Phosphingruppen, die zum Beispiel mit Alkyl-, Aryl-,
Aralkyl-, Alkaryl- und/oder Silylgruppen substituiert sein
können.
Beispiele für einsetzbare Übergangsmetallverbindungen (b) sind
Titantetrachlorid, Tetra(methoxy)titan, Vanadiumtrichlorid,
Vanadiumtetrachlorid, Vanadiumoxidtrichlorid, Cyclopenta
dienyltitantrichlorid, Pentamethylcyclopentadienyl
titantrichlorid, Cyclopentadienylzirconiumtrichlorid,
Pentamethylcyclopentadienylzirconiumtrichlorid,
Dicyclopentadienyltitandichlorid, Dicyclopentadienyl
titandiphenyl, Bis(methylcyclopentadienyl)titandichlorid,
Bis(1,2-dimethylcyclopentadienyl)titandichlorid, Bis(1,2-
diethylcyclopentadienyl)titandichlorid, Dicyclopentadienyl
titancarben, Dicyclopentadienylzirconiumdichlorid,
Dicyclopentadienylzirconiumdiphenyl,
Bis(methylcyclopentadienyl)zirconiumdichlorid,
Bis(pentamethylcyclopentadienyl)zirconiumdimethyl,
Bis(ethylcyclopentadienyl)zirconiumdimethyl, Bis(1,3-diethyl
cyclopentadienyl)zirconiumdichlorid, Bis(β-phenylpropyl
cyclopentadienyl)zirconiumdimethyl, Bis(indenyl)titandiphenyl,
Bis(indenyl)titandichlorid, Ethenyl-bis-(indenyl)zirconium
dichlorid, Dimethylsilyldicyclopentadienyltitandichlorid,
Dimethylsilyl-bis-(tetrahydroindenyl)zirconiumdichlorid,
Dimethylsiliyl-bis-(2-methyl-4-tert-butylcyclopentadienyl)
zirconiumdichlorid, Methylendicyclopentadienyltitandiphenyl,
Dimethylsilyldicyclopentadienylzirconiumdichlorid,
Diphenylmethylen(fluorenyl)(cyclopentadienyl)zirconium
dichlorid, Isopropylen(fluorenyl)(cyclopentadienyl)
zirconiumdichlorid, Methylphosphindicyclopentadienyl
zirconiumdichlorid, Methylendicyclopentadienylzirconium
dimethyl, Dicyclopentadienylzirconium(diphenylmethyl
phosphin) carben, Dicyclopentadienylhafniumdichlorid,
Dicyclopentadienylvanadiumdichlorid.
Besonders bevorzugte Verbindungen sind Dicyclopentadienyl
zirconiumdichlorid, Dicyclopentadienyltitandichlorid,
Vanadiumtetrachlorid und Titantetrachlorid.
Mischungen der Übergangsmetallverbindungen (b) können
eingesetzt werden, sowohl Mischungen klassischer Ziegler-
Natta-Katalysatoren untereinander und Mischungen von
Metallocen-Katalysatoren untereinander als auch Mischungen
klassischer Ziegler-Natta-Katalysatoren mit Metallocen-
Katalysatoren.
Bevorzugt wird Kaolin mit einer Oberfläche von 10 bis 1000
m2/g eingesetzt.
Die Komponenten (a) und (b) liegen im heterogenen
Katalysatorsystem bevorzugt in einem molaren Verhältnis von
3000-5 : 1 und besonders bevorzugt in einem molaren Verhältnis
von 500-25 : 1 vor.
Weiterhin liegen bevorzugt 0,25-6 mmol Organometallverbindung
(a) pro 1 g Kaolin (c), insbesondere bevorzugt 0,5-4 mmol
Organometallverbindung (a) pro 1 g Kaolin (c) und 0,0005-0,06
mmol Übergangsmetallverbindung (b) pro 1 g Kaolin (c),
insbesondere bevorzugt 0,002-0,06 mmol Übergangsmetall
verbindung (b) pro 1 g Kaolin (c) vor.
Die erfindungsgemäßen heterogenen Katalysatorsysteme können
nach einem der folgenden Verfahren hergestellt werden:
In einem ersten Verfahrensschritt wird das Kaolin in einem
inerten Lösungsmittel suspendiert vorgelegt. Anschließend wird
die Organometallverbindung (a), bevorzugt als Lösung oder
Suspension, zugefügt. Nach einer von den jeweiligen
Ausgangsverbindungen abhängigen Reaktionszeit wird in einem
weiteren Schritt die Übergangsmetallverbindung (b),
vorteilhafterweise in einem Lösungsmittel gelöst oder
suspendiert, zugefügt. Nach einer ebenfalls in Abhängigkeit
der eingesetzten Verbindungen variablen Reaktionszeit kann das
Produkt gereinigt werden.
Das Kaolin wird in einem inerten Lösungsmittel suspendiert
vorgelegt. Anschließend wird eine Mischung aus der
Organometallverbindung (a) und der Übergangsmetall
verbindung (b), bevorzugt als Lösung oder Suspension,
zugefügt. Nach einer in Abhängigkeit der eingesetzten
Verbindungen variablen Reaktionszeit kann das Produkt
gereinigt werden.
Alle Verfahrensschritte werden bevorzugt in einer
Schutzgasatmosphäre durchgeführt. Als Schutzgas können die
üblicherweise verwendeten Gase, zum Beispiel Argon oder
Stickstoff, zur Anwendung gelangen.
Lösungsmittel, die zur Suspension des Kaolins dienen, sind
inerte Lösungsmittel, zum Beispiel Pentan, Isopentan, Hexan,
Heptan, Octan, Nonan, Cyclopentan, Cyclohexan, Benzen, Toluen,
Ethylbenzen und Diethylbenzen.
Lösungsmittel, in denen die Organometallverbindungen (a)
gelöst oder suspendiert werden können, sind bevorzugt Pentan,
Isopentan, Hexan, Heptan, Octan, Nonan, Cyclopentan,
Cyclohexan, Benzen, Toluen, Ethylbenzen und Diethylbenzen.
Lösungsmittel, in denen die Übergangsverbindungen (b) gelöst
oder suspendiert werden können, sind bevorzugt Pentan,
Isopentan, Hexan, Heptan, Octan, Nonan, Cyclopentan,
Cyclohexan, Benzen, Toluen, Ethylbenzen und Diethylbenzen.
Nach dem ersten Reaktionsschritt kann bevorzugt ein
Reinigungsschritt durchgeführt werden. Die Reinigung erfolgt
besonders bevorzugt durch Waschen mit einem der o.g. inerten
Lösungsmittel.
Bei der Reaktion des Kaolins mit der Organometallverbindung
(a) im ersten Reaktionsschritt des Verfahrens A wird ein
oberflächenfixiertes Organometalloxan gebildet.
Die Reaktionszeiten des Kaolins mit der Organometallverbindung
(a) und des oberflächenfixierten Organometalloxans mit der
Übergangsmetallverbindung (b) im Verfahren A ist in
Abhängigkeit von den Ausgangsverbindungen sehr variabel.
Ebenfalls ist bei der Durchführung des Verfahrens B die
Reaktionszeit des Kaolins mit der Mischung aus
Organometallverbindung (a) und Übergangsmetallverbindung (b)
sehr variabel. Eine Beendigung der Reaktionen kann durch
chemische (z. B. Reaktion mit Wasser) oder spektroskopische
Untersuchung der Reaktionslösung auf den Gehalt an
unumgesetzter Ausgangsverbindung festgestellt werden.
Die Reaktionstemperatur kann für alle Reaktionsschritte beider
Verfahren zwischen -20°C und +50°C liegen, bevorzugt wird bei
Raumtemperatur gearbeitet.
Das nach obiger Reaktion erhaltene heterogene Katalysator
system kann mit den herkömmlichen Methoden gereinigt werden,
bevorzugt wird Waschen mit einem der o.g. Lösungsmittel.
Soll das Katalysatorsystem anschließend getrocknet werden,
empfiehlt sich zum Waschen die Verwendung eines niedrig
siedenden Lösungsmittels, zum Beispiel Pentan.
Anschließend kann das Lösungsmittel im Vakuum entfernt werden.
Der getrocknete Katalysator ist unter geeigneten Bedingungen
(sauerstoff- und wasserfreie Atmosphäre) lagerungsfähig.
Die oben beschriebenen und mit den obigen Verfahren erhaltenen
heterogenen Katalysatorsysteme können zur Polymerisation von
Olefinen verwendet werden. Einsetzbare Olefine sind zum
Beispiel Ethylen, Propylen, But-1-en, Pent-1-en, Hex-1-en,
Oct-1-en, Hexadec-1-en, Octadec-1-en, 3-Methylbut-1-en, 4-
Methylpent-1-en, 4-Methylhex-1-en, Diolefine, zum Beispiel
1,3-Butadien, 1,4-Hexadien, 1,5-Hexadien, 1,6-Octadien, 1,4-
Dodecadien, aromatische Olefine, zum Beispiel Styren,
o-Methylstyren, m-Methylstyren, p-Methylstyren, p-tert-
Butylstyren, m-Chlorostyren, p-Chlorostyren, p-Fluorostyren,
Inden, Vinylanthracen, Vinylpyren, 4-Vinylbiphenyl, Dimethano
octahydro-naphthalen, Acenaphthalen, Vinylfluoren, Vinyl
chrysen, cyclische Olefine und Diolefine, zum Beispiel
Cyclopenten, 3-Vinylcyclohexen, Dicyclopentadien, Norbornen,
5-Vinyl-2-norbornen, tert-Ethyliden-2-norbornen, 7-Octenyl-
9-borabicyclo-(3,3,1)nonan, 4-Vinylbenzocyclobutan, Tetra
cyclododecen. Weiterhin können zum Beispiel Acrylsäure,
Methacrylsäure, Methylmethacrylat, Ethylacrylat, Acrylnitril,
2-Ethylhexylacrylat, Methacrylnitil, Maleimid, N-Phenyl
maleimid, Vinylsilan, Phenylsilan, Trimethylallylsilan,
Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, Isobutylen eingesetzt werden.
Bevorzugt werden die erfindungsgemäßen Katalysatorsysteme zur
Polymerisation von Ethylen, Propylen und 1-Olefinen, zur
Copolymerisation von Ethylenen, Propylenen, 1-Olefinen,
Cycloolefinen und/oder Dienen verwendet.
Die Herstellung erfindungsgemäßer heterogener Katalysator
systeme wird anhand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele
detailliert beschrieben. Die Durchführung der Olefin
polymerisation unter Einsatz der beschriebenen Katalysator
systeme ist ebenfalls aufgeführt.
- a) Herstellung des heterogenen Katalysatorsystems: 5 g Kaolin (Al2Si2O5(OH)4) werden unter Schutzgasatmosphäre (Argon) in einem Schlenkrohr vorgelegt und in 15 ml absolutiertem Toluol suspendiert. Anschließend werden 12 mmol (6 ml) Trimethylaluminium (2,0 M Lösung in n-Heptan) langsam zugetropft. Diese Reaktionsmischung läßt man für 72 Stunden langsam bei Raumtemperatur rühren, bevor man 7,02 mg = 0,024 mmol (0,48 ml) Dicyclopentadienylzirconiumdichlorid (0,05 M Lösung in Toluol) zugibt und diese Mischung weitere 4 Stunden rühren läßt. Dann wird die überstehende Lösung abdekantiert, und der Rückstand wird zweimal mit je 10 ml Toluol gewaschen.
- b) Polymerisation: Die Polymerisation wird in einem 1l-Reaktor
durchgeführt, der vorher evakuiert und begast wurde. In den
Reaktor, der auf 30°C temperiert ist, werden das in 1a)
hergestellte heterogene Katalysatorsystem und 200 ml Heptan
gegeben. Anschließend werden 10 bar Ethylen aufgepreßt. Nach
45 Minuten wird die Reaktion durch Ablassen des Druckes
beendet. Bei dieser Reaktion trat kein Fouling ein.
Ausbeute: 94,85 g PE; Mη = 0,38.106 g/mol; Tm = 137,7°C
Aktivität A = 5269 kg PE/mol Zr.h
- a) Herstellung des heterogenen Katalysatorsystems: 5 g Kaolin (Al2Si2O5(OH)4) werden unter Schutzgasatmosphäre (Argon) in einem Schlenkrohr vorgelegt und in 15 ml absolutiertem Toluol suspendiert. Anschließend werden 12 mmol (13,6 ml) Triisobutylaluminium (25%ige Lösung in n-Hexan) langsam zugetropft. Diese Reaktionsmischung läßt man für 72 Stunden langsam bei Raumtemperatur rühren, bevor man 7,02 mg = 0,024 mmol (0,48 ml) Dicyclopentadienylzirconiumdichlorid (0,05 M Lösung in Toluol) zugibt und diese Mischung weitere 4 Stunden rühren läßt. Dann wird die überstehende Lösung abdekantiert, und der Rückstand wird zweimal mit je 10 ml Toluol gewaschen.
- b) Polymerisation: Die Polymerisation wird in einem 1l-Reaktor
durchgeführt, der vorher evakuiert und begast wurde. In den
Reaktor, der auf 30°C temperiert ist, werden das in 2a)
hergestellte heterogene Katalysatorsystem und 200 ml Heptan
gegeben. Anschließend werden 10 bar Ethylen aufgepreßt. Nach
60 Minuten wird die Reaktion durch Ablassen des Druckes
beendet. Bei dieser Reaktion trat kein Fouling ein.
Ausbeute: 19,25 g PE; Mη = 0,42.106 g/mol; TM = 137,3°C
Aktivität A = 802 kg PE/mol Zr.h
- a) Herstellung des heterogenen Katalysatorsystems: 5 g Kaolin (Al2Si2O5) (OH)4) werden unter Schutzgasatmosphäre (Argon) in einem Schlenkrohr vorgelegt und in 15 ml absolutiertem Toluol suspendiert. Anschließend werden 12 mmol (6 ml) Trimethylaluminium (2,0 M Lösung in n-Heptan) langsam zugetropft. Diese Reaktionsmischung läßt man für 72 Stunden langsam bei Raumtemperatur rühren, bevor man 5,98 mg = 0,024 mmol (0,48 ml) Dicyclopentadienyltitandichlorid (0,05 M Lösung in Toluol) zugibt und diese Mischung weitere 4 Stunden rühren läßt. Dann wird die überstehende Lösung abdekantiert, und der Rückstand mit zweimal mit je 10 ml Toluol gewaschen.
- b) Polymerisation: Die Polymerisation wird in einem 1l-Reaktor
durchgeführt, der vorher evakuiert und begast wurde. In den
Reaktor, der auf 30°C temperiert ist, werden das unter 3a)
hergestellte heterogene Katalysatorsystem und 200 ml Heptan
gegeben. Anschließend werden 10 bar Ethylen aufgepreßt. Nach
60 Minuten wird die Reaktion durch Ablassen des Druckes
beendet. Bei dieser Reaktion trat kein Fouling ein.
Ausbeute: 35,12 g PE; Mη = 1,9.106 g/mol; TM = 137,0°C
Aktivität A = 1463 kg PE/mol Ti.h
- a) Herstellung des heterogenen Katalysatorsystems: 5 g Kaolin (Al2Si2O5(OH)4) werden unter Schutzgasatmosphäre (Argon) in einem Schlenkrohr vorgelegt und in 15 ml absolutiertem Toluol suspendiert. Anschließend werden 6 mmol (3 ml) Trimethylaluminium (2,0 M Lösung in n-Heptan) langsam zugetropft. Diese Reaktionsmischung läßt man für 72 Stunden langsam bei Raumtemperatur rühren, bevor man 45,5 mg = 0,24 mmol (0,026 ml) Titantetrachlorid zugibt und diese Mischung weitere 4 Stunden rühren läßt. Dann wird die überstehende Lösung abdekantiert, und der Rückstand wird zweimal mit je 10 ml Toluol gewaschen.
- b) Polymerisation: Die Polymerisation wird in einem 1l-Reaktor
durchgeführt, der vorher evakuiert und begast wurde. In den
Reaktor, der auf 30°C temperiert ist, werden das unter 4a)
hergestellte heterogene Katalysatorsystem und 200 ml Heptan
gegeben. Anschließend werden 10 bar Ethylen aufgepreßt. Nach
45 Minuten wird die Reaktion durch Ablassen des Druckes
beendet. Bei dieser Reaktion trat leichtes Fouling ein.
Ausbeute: 106,0 g PE; Mη = 1,15.106 g/mol; TM = 137,1°C
Aktivität A = 589 kg PE/mol Ti.h
- a) Herstellung des heterogenen Katalysatorsystems: 5 g Kaolin (Al2Si2O5(OH)4) werden unter Schutzgasatmosphäre (Argon) in einem Schlenkrohr vorgelegt und in 15 ml absolutiertem Toluol suspendiert. Anschließend werden 6 mmol (3 ml) Trimethylaluminium (2,0 M Lösung in n-Heptan) langsam zugetropft. Diese Reaktionsmischung läßt man für 72 Stunden langsam bei Raumtemperatur rühren, bevor man 46,26 mg = 0,24 mmol (0,39 ml) Vanadiumtetrachlorid (Lösung in n-Hexan: 120 mg/ml) zugibt und diese Mischung weitere 4 Stunden rühren läßt. Dann wird die überstehende Lösung abdekantiert, und der Rückstand wird zweimal mit je 10 ml Toluol gewaschen.
- b) Polymerisation: Die Polymerisation wird in einem 1l-Reaktor
durchgeführt, der vorher evakuiert und begast wurde. In den
Reaktor, der auf 30°C temperiert ist, werden das unter 5a)
hergestellte heterogene Katalysatorsystem und 200 ml Heptan
gegeben. Anschließend werden 10 bar Ethylen aufgepreßt. Nach 3
Minuten wird die Reaktion durch Ablassen des Druckes beendet.
Bei dieser Reaktion trat leichtes Fouling ein.
Ausbeute: 52,46 g PE; Mη = 2,9.106 g/mol; TM = 137,2°C
Aktivität A = 4372 kg PE/mol V.h
Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß mit den
erfindungsgemäßen kaolingeträgerten Katalysatorsystemen hohe
Aktivitäten erzielt werden können, wobei kein oder nur
geringes Reaktorfouling beobachtet wird und gleichzeitig
Polymere mit sehr hohem Molekulargewicht erhalten werden.
Claims (14)
1. Heterogene Katalysatorsysteme für die Olefinpolymerisation
bestehend aus
- (a) einer oder mehreren Organometallverbindungen, die ein Metall der 3. oder 4. Hauptgruppe des Periodensystems enthalten,
- (b) einer oder mehreren Übergangsmetallverbindungen, die ein Metall der 3. bis 8. Nebengruppe des Periodensystems enthalten, und
- (c) Kaolin als Träger für die Organometallverbindungen (a) und die Übergangsmetallverbindungen (b).
2. Heterogene Katalysatorsysteme nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Organometallverbindungen (a)
organische Reste ausgewählt aus Alkyl-, Alkenyl-, Aryl-,
Alkaryl-, Aralkyl-, Alkoxy-, Aryloxy-, Alkaryloxy- und
Aralkoxyresten und gegebenenfalls zusätzlich Wasserstoff
als Substituenten enthalten.
3. Heterogene Katalysatorsysteme nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Organometallverbindungen (a) eine
oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus Arylbor- und
Alkylarylborverbindungen, Trialkylaluminiumverbindungen
und/oder Zinnalkylverbindungen sind.
4. Heterogene Katalysatorsysteme nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Organometallverbindungen (a)
Trialkylaluminiumverbindungen, ausgewählt aus Trimethyl
aluminium, Triethylaluminium, Tripropylaluminium und/oder
Triisobutylaluminium, sind.
5. Heterogene Katalysatorsysteme nach einem der Ansprüche 1
bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Übergangsmetallverbindungen (b) verbrückte oder
unverbrückte Metallocene sind.
6. Heterogene Katalysatorsysteme nach einem der Ansprüche 1
bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergangsmetall
verbindungen (b) Halogenide, Oxidhalogenide, Alkyloxy
verbindungen und/oder Aryloxyverbindungen sind.
7. Heterogene Katalysatorsysteme nach einem der Ansprüche 5
oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergangsmetall
verbindungen (b) Verbindungen des Titans, Zirconiums,
Hafniums oder Vanadiums sind.
8. Heterogene Katalysatorsysteme nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Übergangsmetallverbindungen (b)
Titantetrachlorid, Vanadiumtetrachlorid, Dicyclopenta
dienylzirconiumdichlorid und/oder Dicyclopentadienyl
titandichlorid sind.
9. Heterogene Katalysatorsysteme nach einem der Ansprüche 1
bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Kaolin eine
Oberfläche von 10 bis 1000 m2/g aufweist.
10. Heterogene Katalysatorsysteme nach einem der Ansprüche 1
bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten (a) und
(b) in einem molaren Verhältnis von 3000 - 5 : 1 vorliegen.
11. Heterogene Katalysatorsysteme nach einem der Ansprüche 1
bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß 0,25-6 mmol der
Organometallverbindungen (a) pro 1 g Kaolin vorliegen.
12. Heterogene Katalysatorsysteme nach einem der Ansprüche 1
bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß 0,0005-0,06 mmol
Übergangsmetallverbindungen (b) pro 1 g Kaolin vorliegen.
13. Verfahren zur Herstellung heterogener Katalysatorsysteme
entsprechend einem der Ansprüche 1 bis 12 umfassend die
Schritte:
- (i) Suspendieren von Kaolin in einem inerten Lösungsmittel
- (ii) Umsetzung des Kaolins mit
(1) einer oder mehreren Organometallverbindungen (a) und nachfolgend mit einer oder mehreren Übergangsmetallverbindungen (b) oder
(2) einer Mischung aus einer oder mehreren Organometallverbindungen (a) und einer oder mehreren Übergangsmetallverbindungen (b).
14. Verwendung eines Katalysatorsystems nach einem der
Ansprüche 1 bis 13 zur Olefinpolymerisation.
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