DE19956915A1 - Verfahren zum Herstellen eines Poly-1-olefins in Gegenwart eines Ziegler Katalysators - Google Patents
Verfahren zum Herstellen eines Poly-1-olefins in Gegenwart eines Ziegler KatalysatorsInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Poly-1-olefins durch Polymerisation eines 1-Olefins der Formel R·4·CH=CH¶2,¶ in der R·4· Wasserstoff oder einen Alkylrest mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen bedeutet, in Suspension, in Lösung oder in der Gasphase, bei einer Temperatur von 20 bis 200 DEG C und einem Druck von 0,5 bis 50 bar, in Gegenwart eines Katalysators, der aus dem Umsetzungsprodukt eines Magnesiumalkoholats mit einer Übergangsmetallverbindung (Komponente a) und einer metallorganischen Verbindung (Komponente b) besteht, dessen Komponente a in der Weise hergestellt wurd, daß eine Übergangsmetallverbindung des Titans, des Zirkons oder des Vanadiums mit einer gelförmigen Dispersion des Magnesiumalkoholats in einem inerten Kohlenwasserstoff umgesetzt wurde. Nach der Erfindung wird die gelförmige Dispersion durch Aufschlämmung eines durch Trockenmahlung von Magnesiumalkoholatpulver mit einer mittleren Teilchengröße, ausgedrückt als d¶50¶-Wert, im Bereich von 100 bis 1000 mum in einer inertisierten Mühle erhaltenen Magnesiumalkoholatpulvers mit einer mittleren Teilchengröße, ausgedrückt als d¶50¶-Wert, von kleiner als 15 mum in einem aliphatischen Kohlenwasserstoff erhalten. Über die Aufschlämmbedingungen Zeit, Temperatur und Art des inerten Kohlenwasserstoffs wird die Katalysatoraktivität, die Wasserstoffansprechbarkeit und die Partikelgrößenverteilung des Katalysators und des Polymerisats eingestellt. Vorteilhafterweise wird mit dem erfindungsgemäßen ...
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Poly-1-olefins in
Gegenwart eines Ziegler Katalysators hergestellt aus einer gelförmigen
Magnesiumalkoholat-Dispersion.
Aus Magnesiumalkoholaten Mg(OR1)(OR2) oder "komplexen" Magnesiumalkoholaten
lassen sich durch Umsetzung mit Verbindungen des Titans, Zirkons oder Vanadiums
Feststoffe herstellen, die zusammen mit metallorganischen Verbindungen der 1. bis 3.
Hauptgruppe des Periodensystems hervorragende Katalysatoren für die Olefinpoly
merisation ergeben.
Bekannt ist ein Verfahren zur Polymerisation von α-Olefinen in Gegenwart eines
Mischkatalysators, dessen Komponente a durch Umsetzung von Magnesium
alkoholaten mit vierwertigen, halogenhaltigen Titanverbindungen hergestellt wurde
(vgl. US-A 3,644,318). Die Magnesiumalkoholate werden in der Form eingesetzt, wie
sie im Handel erhältlich sind. Die in diesem Verfahren erhältlichen Polymeren besitzen
eine enge Molmassenverteilung.
Weiterhin ist ein Verfahren zur Herstellung eines Ziegler Katalysators bekannt, bei
welchem ein gelöstes Magnesiumalkoholat mit einer halogenhaltigen Ti- oder V-
Verbindung und einem Übergangsmetallalkoholat umgesetzt wird (vgl. EP-A 319 173).
Die dabei entstehenden Katalysatorpartikel sind kugelförmig und besitzen eine mittlere
Teilchengröße von 10 bis 70 µm.
Schließlich ist bekannt, als Übergangsmetallkomponente ein Produkt der Reaktion
einer vierwertigen, halogenhaltigen Titanverbindung mit einem Magnesiumalkoholat,
welches mindestens 40 Gew.-% Teilchen eines Durchmessers kleiner 63 µm enthält,
zu verwenden (vgl. EP-A 223 011). Ein Magnesiumalkoholat mit dieser Korngröße
erhält man unter anderem durch Mahlen eines Handelsproduktes in einer Kugelmühle.
Das Magnesiumalkoholat wird als Suspension in einem inerten Kohlenwasserstoff
eingesetzt.
Es wurde auch in der EP-A 532 551 beschrieben, dass man Ziegler Katalysatoren mit
hoher bis sehr hoher Aktivität und mit der Möglichkeit, die Teilchengrößenverteilung
des Polymerisats zu steuern, erhält, wenn man das Magnesiumalkoholat als gelförmige
Dispersion einsetzt. Diese gelförmige Dispersion wird erhalten, indem das
Magnesiumalkoholat in einer Dispergiereinheit über einen Zeitraum von mehreren
Stunden oder Tagen unter starker Kühlung als Aufschlämmung in einem aliphatischen
Kohlenwasserstoff mit einem Hochleistungsscherwerkzeug dispergiert wird.
Indessen befriedigen die bekannten Katalysatoren insofern noch nicht, als die Energie
für die Herstellung der gelförmigen Magnesiumalkoholatdispersion noch
unbefriedigend hoch ist und durch geeignete Maßnahmen reduziert werden sollte.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein Verfahren zum Herstellen von
Polyolefinen in Gegenwart eines Ziegler Katalysators zu finden, dessen eine
Komponente das Reaktionsprodukt einer gelförmigen Magnesiumalkoholatdispersion
mit einem Übergangsmetallchlorid darstellt, wobei die Magnesiumalkoholatdispersion
auf einfachere und wirtschaftlichere Weise hergestellt sein soll und wobei das mit dem
Katalysator hergestellte Polymerisat eine engere Korngrößenverteilung als nach dem
Stand der Technik aufweisen soll.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Poly-1-olefins
durch Polymerisation eines 1-Olefins der Formel R4CH=CH2, in der R4 Wasserstoff
oder einen Alkylrest mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen bedeutet, in Suspension, in Lösung
oder in der Gasphase, bei einer Temperatur von 20 bis 200°C und einem Druck von
0,5 bis 50 bar, in Gegenwart eines Katalysators, der aus dem Umsetzungsprodukt
eines Magnesiumalkoholats mit einer Übergangsmetallverbindung (Komponente a) und
einer metallorganischen Verbindung (Komponente b) besteht, dessen Komponente a in
der Weise hergestellt wurde, dass eine Übergangsmetallverbindung des Titans, des
Zirkons oder des Vanadiums mit einer gelförmigen Dispersion des Magnesium
alkoholats in einem inerten Kohlenwasserstoff umgesetzt wurde, dadurch
gekennzeichnet, dass die gelförmige Dispersion des Magnesiumalkoholats durch
Aufschlämmung eines nach Trockenmahlung von Magnesiumalkoholatpulver mit einer
mittleren Teilchengröße, ausgedrückt als d50-Wert, im Bereich von 100 bis 1000 µm,
vorzugsweise von 200 bis 600 µm, in einer inertisierten Mühle erhaltenen Magnesium
alkoholatpulvers mit einer mittleren Teilchengröße, ausgedrückt als d50-Wert, von
kleiner als 15 µm in einem inerten Kohlenwasserstoff erhalten wird.
Die erfindungsgemäß durch Aufschlämmung hergestellte, gelförmige Dispersion des
gemahlenen Magnesiumalkoholatpulvers in einem inerten Kohlenwasserstoff weist bei
gleichem Verhältnis von vorgelegtem Feststoffanteil zu Kohlenwasserstoffanteil,
ausgedrückt als Massenprozent, bei gleicher Temperatur ein langsameres Absitzen
des Feststoffanteils und einen höheren Raumanteil des Feststoffanteils in der
Dispersion nach vollständigem Absitzen des Feststoffanteils, ausgedrückt als
Volumenprozent, auf als eine nicht aufgeschlämmte Mischung des gemahlenen
Magnesiumalkoholatpulvers in dem gleichen inerten Kohlenwasserstoff.
Eine Aufschlämmung der erfindungsgemäßen Art wird durch Rühren des gemahlenen
Magnesiumalkoholatpulvers in einem inertisierten Gefäß hergestellt, wobei in jedem
Volumeninkrement der Aufschlämmung die gleiche mittlere Anzahl an Teilchen vorliegt.
Das Rühren erfolgt erfindungsgemäß bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich von
10 bis 150°C, vorzugsweise von 20 bis 100°C, über eine Zeitdauer von 1 bis 24 h,
vorzugsweise von 4 bis 20 h, in einem inerten Kohlenwasserstoff, in dem die
gemahlenen Magnesiumalkoholatteilchen nicht löslich sind.
Die Erfindung betrifft weiterhin den in diesem Verfahren eingesetzten Katalysator.
Zur Herstellung der Komponente a wird ein im Handel erhältliches Magnesiumalkoholat
verwendet. Dieses Magnesiumalkoholat kann ein "einfaches" Magnesiumalkoholat der
Formel Mg(OR1)(OR2) sein, in der R1 und R2 gleich oder verschieden sind und einen
Alkylrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen bedeuten. Beispiele sind Mg(OC2H5)2,
Mg(OiC3H7)2, Mg(OnC4H9)2, Mg(OCH3)(OC2H5), Mg(OC2H5)(OnC3H7). Es kann auch ein
"einfaches" Magnesiumalkoholat der Formel Mg(OR)nXm verwendet werden, in der X =
Halogen, (SO4)1/2, OH, (CO3)1/2, (PO4)1/3, Cl ist, R die oben genannte Bedeutung von R1
oder R2 hat und n + m = 2 ist.
Es kann jedoch auch ein "komplexes" Magnesiumalkoholat eingesetzt werden.
Als "komplexes" Magnesiumalkoholat wird ein Magnesiumalkoholat bezeichnet, das
neben Magnesium mindestens ein Metall der 1. bis 4. Hauptgruppe des
Periodensystems enthält. Beispiele für ein derartiges komplexes Magnesiumalkoholat
sind:
[Mg(OiC3H7)4]Li2; [Al2(OiC3H7)8]Mg; [Si(OC2H5)6]Mg; [Mg(OC2H5)s]Na; [Al2(OiC4H9)8]Mg;
[Al2(O-secC4H9)6(OC2H5)2]Mg.
Die Herstellung der komplexen Magnesiumalkoholate (Alkoxosalze) erfolgt nach
bekannten Methoden.
Bevorzugt verwendet werden die einfachen Magnesiumalkoholate, insbesondere
Mg(OC2H5)2, Mg(OnC3H7)2 oder Mg(OiC3H7)2. Das Magnesiumalkoholat wird in reiner
Form eingesetzt.
Handelsübliches Mg(OC2H5)2 hat im allgemeinen folgende Spezifikation:
Mg-Gehalt | 21-22 Gew.-% |
MgCO3 | ≦1 Gew.-% |
C2H5OH-Gehalt | < 0,3 Gew.-% |
Der mittlere Korndurchmesser liegt bei 400 µm, wobei mindestens 90% der Partikel
einen Korndurchmesser im Bereich von 200 bis 1200 µm besitzen.
Das handelsübliche Magnesiumalkoholat mit einem mittleren Korndurchmesser von
etwa 400 µm wird erfindungsgemäß in einer inertisierten Mühle in trockenem Zustand
so lange gemahlen, bis das Mahlgut einen mittleren Korndurchmesser, ausgedrückt als
d50-Wert, von kleiner als 15 µm aufweist.
Eine Mühle gilt als im Sinne der Erfindung inertisiert, wenn der Anteil der Gase aus der
atmosphärischen Umgebung im gesamten Raum der Mahlapparatur, der während des
Mahlvorganges mit dem Magnesiumalkoholat in Berührung kommt, durch Verdrängung
mit inerten Gasen auf weniger als 1 Vol.-% erniedrigt wurde. Als inerte Gase gelten im
Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere Stickstoff und Argon.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders geeignete Mühlen sind
beispielsweise Kugelmühlen, Prallmühlen, Gegenstrahlmühlen, Spiralstrahlmühlen
oder Sichtermühlen. Besonders geeignet ist eine Gegenstrahlmühle, wie sie in dem
Firmenprospekt "Mechanische Verfahrenstechnik, Trocken- und Nassprozesse" Nr.
017/10 297.2d der Firma Hosakawa Alpine AG, Augsburg/Deutschland, beschrieben ist
und von dieser Firma auch bezogen werden kann.
Als inerte Kohlenwasserstoffe eignen sich erfindungsgemäß aliphatische oder
cycloaliphatische Kohlenwasserstoffe wie Butan, Pentan, Hexan, Heptan, Isooctan,
Cyclohexan, Methylcyclohexan, sowie aromatische Kohlenwasserstoffe wie Toluol,
Xylol; auch hydrierte Dieselöl- oder Benzinfraktionen, die sorgfältig von Sauerstoff,
Schwefelverbindungen und Feuchtigkeit befreit worden sind, sind brauchbar.
Die gelartige Dispersion wird dann in einer Stufe oder in mehreren Stufen mit einer
Ti-Verbindung (TiCl4, Ti(OR)4 u. a.), einer Zr-Verbindung (Zr(OR)4 u. a.) oder einer V-
Verbindung (VCl4, VOCl3 u. a.) umgesetzt.
Dabei wird das Magnesiumalkoholat mit der Übergangsmetallverbindung bei einer
Temperatur im Bereich von 20 bis 100°C, vorzugsweise von 60 bis 90°C, in
Gegenwart eines inerten Kohlenwasserstoffs unter Rühren umgesetzt. Auf 1 mol
Magnesiumalkoholat werden 0,05 bis 5 mol Übergangsmetallverbindung eingesetzt,
vorzugsweise 0,1 bis 3,5 mol. Die Reaktionsdauer beträgt 0,5 bis 8 Stunden,
vorzugsweise 2 bis 6 Stunden.
Man erhält einen in Kohlenwasserstoff unlöslichen, magnesium- und übergangsmetall
haltigen Feststoff, der im Rahmen der Erfindung als Komponente a bezeichnet wird.
Die Herstellung des erfindungsgemäß zu verwendenden Polymerisationskatalysators
erfolgt durch Zusammenbringen der Komponente a und einer metallorganischen
Verbindung eines Metalls der Gruppe I, II oder III des Periodensystems (Komponente
b). Die Komponente a kann als Suspension direkt mit der Komponente b umgesetzt
werden; sie kann jedoch auch zunächst als Feststoff isoliert, gelagert und zur späteren
Weiterverwendung wieder suspendiert werden.
Vorzugsweise verwendet man als Komponente b aluminiumorganische Verbindungen.
Als aluminiumorganische Verbindungen eignen sich chlorhaltige aluminiumorganische
Verbindungen, die Dialkylaluminiummonochloride der Formel R3 2AlCl oder
Alkylaluminiumsesquichloride der Formel R3 3Al2Cl3, worin R3 ein Alkylrest mit 1 bis 16
Kohlenstoffatomen ist. Als Beispiele seien genannt (C2H5)2AlCl, (iC4H9)2AlCl,
(C2H5)3Al2Cl3. Es können auch Gemische dieser Verbindungen eingesetzt werden.
Andererseits eignen sich auch chlorfreie aluminiumorganische Verbindungen wie
Aluminiumtrialkyle AIR3 3 oder Aluminiumdialkylhydride der Formel AIR3 2H, in denen R3
ein Alkylrest mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen bedeutet. Beispiele sind Al(C2H5)3,
Al(C2H5)2H, Al(C3H7)3, Al(C3H7)2H, Al(iC4H9)3, Al(iC4H9)2H, Al(C8H17)3, Al(C12H25)3,
Al(C2H5)(O12H25)2, Al(iC4H9)(C12H25)2.
Es können auch Mischungen von metallorganischen Verbindungen von Metallen der I.,
II. oder III. Gruppe des Periodensystems, insbesondere Mischungen verschiedener
aluminiumorganischer Verbindungen eingesetzt werden.
Beispielsweise seien folgende Mischungen genannt:
Al(C2H5)3 und Al(iC4H9)3, Al(C2H5)2Cl und Al(C8H17)3, Al(C2H5)3 und Al(C8H17)3, Al(C4H9)2H und Al(C8H17)3, Al(iC4H9)3 und Al(C8H17)3, Al(C2H5)3 und Al(C12H25)3, Al(iC4H9)3 und Al(C12H25)3, Al(C2H5)3 und Al(C16H33)3, Al(C3H7)3 und Al(C18H37)2(iC4H9), Al(C2H5)3 und Aluminiumisoprenyl ( = Umsetzungsprodukt von Isopren mit Al(iC4H9)3 oder Al(iC4H9)2H).
Al(C2H5)3 und Al(iC4H9)3, Al(C2H5)2Cl und Al(C8H17)3, Al(C2H5)3 und Al(C8H17)3, Al(C4H9)2H und Al(C8H17)3, Al(iC4H9)3 und Al(C8H17)3, Al(C2H5)3 und Al(C12H25)3, Al(iC4H9)3 und Al(C12H25)3, Al(C2H5)3 und Al(C16H33)3, Al(C3H7)3 und Al(C18H37)2(iC4H9), Al(C2H5)3 und Aluminiumisoprenyl ( = Umsetzungsprodukt von Isopren mit Al(iC4H9)3 oder Al(iC4H9)2H).
Das Mischen der Komponente a und der Komponente b kann vor der Polymerisation in
einem Rührkessel bei einer Temperatur im Bereich von -30 bis 150°C, vorzugsweise
von -10 bis 120°C, erfolgen. Es ist auch möglich, die beiden Komponenten direkt im
Polymerisationskessel bei einer Temperatur im Bereich von 20 bis 200°C zu
vereinigen. Die Zugabe der Komponente b kann jedoch auch in zwei Schritten erfolgen,
indem vor der Polymerisationsreaktion die Komponente a mit einem ersten Teil der
Komponente b bei einer Temperatur im Bereich von -30 bis 150°C voraktiviert wird
und die weitere Zugabe eines weiteren Teils der gleichen oder einer anderen
Komponente b in dem Polymerisationsreaktor bei einer Temperatur im Bereich von 20
bis 200°C erfolgt.
Der erfindungsgemäß zu verwendende Polymerisationskatalysator wird zur
Polymerisation von 1-Olefinen der Formel R4-CH=CH2, in der R4 ein Wasserstoffatom
oder einen Alkylrest mit 1 bis 10 C-Atomen bedeutet, eingesetzt, beispielsweise
Ethylen, Propylen, Buten-(1), Hexen-(1), 4-Methylpenten-(1) oder Octen-(1).
Vorzugsweise wird Ethylen allein oder im Gemisch von mindestens 50 Gew.-% Ethylen
und maximal 50 Gew.-% eines anderen 1-Olefins der obigen Formel polymerisiert.
Insbesondere wird Ethylen allein oder ein Gemisch von mindestens 90 Gew.-% Ethylen
und maximal 10 Gew.-% eines anderen 1-Olefins der obigen Formel polymerisiert.
Die Polymerisation wird in bekannter Weise in Lösung, in Suspension oder in der
Gasphase, kontinuierlich oder diskontinuierlich, ein- oder mehrstufig bei einer
Temperatur von 20 bis 200°C, vorzugsweise 50 bis 150°C, durchgeführt. Der Druck
beträgt 0,5 bis 50 bar. Bevorzugt ist die Polymerisation in dem technisch besonders
interessanten Druckbereich von 1,5 bis 30 bar.
Dabei wird die Komponente a in einer Konzentration, bezogen auf Übergangsmetall,
von 0,0001 bis 1, vorzugsweise 0,001 bis 0,5 mmol Übergangsmetall pro dm3
Dispergiermittel verwendet. Prinzipiell sind aber auch höhere Konzentrationen möglich.
Die Suspensionspolymerisation wird in einem für das Ziegler-Niederdruckverfahren
gebräuchlichen inerten Dispergiermittel durchgeführt, beispielsweise in einem
aliphatischen oder cycloaliphatischen Kohlenwasserstoff; als solcher sei beispielsweise
Butan, Pentan, Hexan, Heptan, Isooctan, Cyclohexan, Methylcyclohexan genannt.
Weiterhin können Benzin- bzw. hydrierte Dieselölfraktionen, die sorgfältig von
Sauerstoff, Schwefelverbindungen und Feuchtigkeit befreit worden sind, benutzt
werden.
Suspensionspolymerisation wie Gasphasenpolymerisation können direkt oder nach
Vorpolymerisation des Katalysators durchgeführt werden, wobei die Vorpolymerisation
zweckmäßigerweise nach dem Suspensionsverfahren durchgeführt wird.
Die Molmasse des Polymerisats wird in bekannter Weise geregelt, vorzugsweise wird
zu diesem Zweck Wasserstoff verwendet.
Das erfindungsgemäße Verfahren ergibt in Folge der hohen Aktivität des verwendeten
Katalysators Polymerisate mit sehr geringem Übergangsmetall- und Halogengehalt und
daher äußerst guten Werten im Farbbeständigkeits- und Korrosionstest.
Ferner ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren, die Katalysatoren so herzustellen,
dass damit ihre Korngrößenverteilung und in gewissem Umfang auch die Kornform des
entstehenden Polymerpulvers und überraschenderweise auch die Wasserstoffan
sprechbarkeit des Katalysators optimal eingestellt werden können.
Man erhält erfindungsgemäß eine verbesserte Kornmorphologie, vor allem eine
überraschend enge Korngrößenverteilung ausgedrückt als S-Wert gemäß DIN 66 144,
keine Grob- und Feinanteile und hohe Katalysatorproduktivitäten. Die Schüttdichten
sind vergleichbar mit denjenigen nach dem Stand der Technik.
Somit können beim Einsatz der erfindungsgemäßen durch Trockenmahlung und
anschließende Aufschlämmung in einem inerten Kohlenwasserstoff hergestellten
gelförmigen Dispersionen der Magnesiumalkoholate die morphologischen
Eigenschaften des Polymerpulvers beeinflusst werden, was für ein technisches
Verfahren wertvolle Vorteile bringt (Filtration des Polymerpulvers ist einfacher, die
Restgehalte an Dispersionsmittel sind geringer, dadurch ist der Energieaufwand zum
Trocknen geringer, der Transport des Polymerpulvers in der Anlage ist einfacher, die
Rieselfähigkeit ist besser, der Feinanteil in den Zyklonen der Trockner ist geringer).
Die hohe Katalysatorproduktivität ergibt geringere Katalysatorrestgehalte im Produkt.
Die hohe Wasserstoffansprechbarkeit führt zu einer zielgenaueren Regelung der
Molmasse des Polymerisats oder von Polymerfraktionen über weite Bereiche. Dies
führt bei einstufigen wie bei mehrstufigen Polymerisationen zu erhöhten Raum-Zeit-
Ausbeuten und damit zu einer verbesserten Wirtschaftlichkeit der Anlagen.
Ferner ist zum Herstellen des gelförmigen Magnesiumalkoholats eine geringere
Energie notwendig.
Im Rahmen der nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele, mit denen die
Erfindung für den Fachmann noch deutlicher erläutert werden soll, wurden die
Verhältnisse Mg : Ti : Cl zur Charakterisierung der Katalysatoren nach üblichen
analytischen Verfahren bestimmt. Die Pulverkorngrößen und -korngrößenverteilungen
wurden durch Siebanalyse gemäß DIN 66 144 bestimmt.
In einem 2 dm3 Rührgefäß mit Rückflusskühler, 2-flügeligem Blatt-Rührer und
Inertgasüberlagerung (Ar) wurden 57 g eines in einer Gegenstrahlmühle des Typs
100 AFG der Fa. Hosokawa Alpine AG, Augsburg/Deutschland, mit einem Durchsatz
von ca. 6 kg/h auf einen mittleren Korndurchmesser von ca. 5,4 µm gemahlenen
handelsüblichen Mg(OC2H5)2 in 1,0 dm3 Dieselöl mit einem Siedebereich von 140 bis
170°C (hydrierte Benzinfraktion) bei Raumtemperatur für 20 h bei einer
Rührerdrehzahl von 100 Upm aufgeschlämmt.
Die Absitzzeit der Aufschlämmung bei Raumtemperatur betrug nach Abstellen des
Rührers ca. 30 min.
Die Aufschlämmung wurde bei einer Rührerdrehzahl von 150 Upm auf 85°C gebracht
und während 4 h wurden 0,15 mol TiCl4 konzentriert zudosiert. Danach wurde die
entstandene Suspension 1 h auf 110°C erhitzt. Während 2 h wurden bei einer
Rührerdrehzahl von 250 Upm 0,35 mol Al2(C2H5)3Cl3 in 200 cm3 Dieselöl (hydrierte
Benzinfraktion mit Siedebereich von 140 bis 170°C) zudosiert. Anschließend wurde
die Temperatur weitere 2 h bei 110°C gehalten.
Damit war die Herstellung der Katalysatorkomponente a abgeschlossen.
Die Feststoff-Suspension wurde auf Raumtemperatur abgekühlt. Das molare Verhältnis
betrug: Mg : Ti : CI ≈ 1 : 0,3 : 2,4.
Die Herstellung der Katalysatorkomponente a unter Verwendung von
aufgeschlämmtem Mg(OC2H5)2-Mahlgut erfolgte nach dem Verfahren gemäß Beispiel 1
mit dem Unterschied, dass das auf einen mittleren Korndurchmesser von ca. 5,4 µm
gemahlene handelsübliche Mg(OC2H5)2 in Dieselöl mit einem Siedebereich von 140 bis
170°C (hydrierte Benzinfraktion) bei einer Temperatur von 85°C für 20 h bei einer
Rührerdrehzahl von 100 Upm aufgeschlämmt wurde.
Die Absitzzeit der Aufschlämmung bei Raumtemperatur betrug nach Abstellen des
Rührers ca. 60 min.
Das molare Verhältnis der auf diese Weise hergestellten Katalysatorkomponente a
betrug: Mg : Ti : Cl ≈ 1 : 0,3 : 2,3.
In einem 2 dm3 Rührgefäß mit Rückflusskühler, 2-flügeligem Blatt-Rührer und
Inertgasüberlagerung (Ar) wurden 57 g eines in einer Gegenstrahlmühle des Typs
100 AFG der Fa. Hosokawa Alpine AG, Augsburg/Deutschland, mit einem Durchsatz
von ca. 6 kg/h auf einen mittleren Korndurchmesser von ca. 5,4 µm gemahlenen
handelsüblichen Mg(OC2H5)2 in 1,0 dm3 Dieselöl mit einem Siedebereich von 100 bis
120°C (hydrierte Benzinfraktion) bei Raumtemperatur für 20 h bei einer
Rührerdrehzahl von 100 Upm aufgeschlämmt.
Die Absitzzeit der Aufschlämmung bei Raumtemperatur betrug nach Abstellen des
Rührers ca. 20 min.
Die Aufschlämmung wurde bei einer Rührerdrehzahl von 150 Upm auf 85°C gebracht
und während 4 h wurden 0,15 mol TiCl4 konzentriert zudosiert. Danach wurde die
entstandene Suspension 1 h auf 100°C erhitzt. Während 2 h wurden bei einer
Rührerdrehzahl von 250 Upm 0,35 mol Al2(C2H5)3Cl3 in 200 cm3 Dieselöl (hydrierte
Benzinfraktion mit Siedebereich 100 bis 120°C) zudosiert. Anschließend wurde die
Temperatur weitere 2 h bei 100°C gehalten.
Damit war die Herstellung der Katalysatorkomponente a abgeschlossen.
Die Feststoff-Suspension wurde auf Raumtemperatur abgekühlt. Das molare Verhältnis
betrug: Mg : Ti : Cl ≈ 1 : 0,3 : 2,4.
Die Herstellung der Katalysatorkomponente a unter Verwendung von
aufgeschlämmtem Mg(OC2H5)2-Mahlgut erfolgte nach dem Verfahren gemäß Beispiel 3
mit dem Unterschied, dass das auf einen mittleren Korndurchmesser von ca. 5,4 µm
gemahlene handelsübliche Mg(OC2H5)2 in Dieselöl mit einem Siedebereich von 100 bis
120°C (hydrierte Benzinfraktion) bei einer Temperatur von 85°C für 20 h bei einer
Rührerdrehzah) von 100 Upm aufgeschlämmt wurde.
Die Absitzzeit der Aufschlämmung bei Raumtemperatur betrug nach Abstellen des
Rührers ca. 45 min.
Das molare Verhältnis der auf diese Weise hergestellten Katalysatorkomponente a
betrug: Mg : Ti : Cl ≈ 1 : 0,3 : 2,5.
In einem 2 dm3 Rührgefäß mit Rückflusskühler, 2-flügeligem Blatt-Rührer und
Inertgasüberlagerung (Ar) wurden 57 g eines in einer Gegenstrahlmühle des Typs
100 AFG der Fa. Hosokawa Alpine AG, Augsburg/Deutschland, mit einem Durchsatz
von ca. 6 kg/h auf einen mittleren Korndurchmesser von ca. 5,4 µm gemahlenen
handelsüblichen Mg(OC2H5)2 in 1,0 dm3 Dieselöl mit einem Siedebereich von 140 bis
170°C (hydrierte Benzinfraktion) bei Raumtemperatur bei einer Rührerdrehzahl von
100 Upm für 10 min aufgerührt.
Die Absitzzeit der Suspension bei Raumtemperatur betrug nach Abstellen des Rührers
ca. 10 min.
Die Suspension wurde bei einer Rührerdrehzahl von 150 Upm auf 85°C gebracht und
während 4 h wurden 0,15 mol TiCl4 konzentriert zudosiert. Danach wurde die
entstandene Suspension 1 h auf 110°C erhitzt. Während 2 h wurden bei einer
Rührerdrehzahl von 250 Upm 0,35 mol Al2(C2H5)3Cl3 in 200 cm3 Dieselöl (hydrierte
Benzinfraktion mit Siedebereich 140 bis 170°C) zudosiert. Anschließend wurde die
Temperatur weitere 2 h bei 110°C gehalten.
Damit war die Herstellung der Katalysatorkomponente a abgeschlossen.
Die Feststoff-Suspension wurde auf Raumtemperatur abgekühlt. Das molare Verhältnis
betrug: Mg : Ti : CI ≈ 1 : 0,3 : 2,5.
137 g handelsübliches Mg(OC2H5)2 wurden in Dieselöl (hydrierte Benzinfraktion mit
Siedebereich 140 bis 170°C) suspendiert (Gesamtvolumen 1,0 dm3). Die Suspension
wurde in einem zylindrischen Glasgefäß unter Inertgas (Ar), um Feuchtigkeit und Luft
(O2) auszuschließen, mit einem hochtourigen Dispergator unter äußerer Kühlung mit
einem Eisbad in eine Dispersion überführt (Dauer ca. 8 h). Die Dispersion hatte eine
gelförmige Konsistenz.
0,42 dm3 (enthalten 57 g Mg(OC2H5)2) der gelförmigen Dispersion wurden in ein 2 dm3
Rührgefäß mit Rückflusskühler, 2-flügeligem Blatt-Rührer und Inertgasüberlagerung
(Ar) überführt, mit 0,58 dm3 Dieselöl mit einem Siedebereich von 140 bis 170°C
(hydrierte Benzinfraktion) aufgefüllt und bei Raumtemperatur bei einer Rührerdrehzahl
von 100 Upm für 10 min aufgerührt.
Die Absitzzeit der gelförmigen Dispersion bei Raumtemperatur betrug nach Abstellen
des Rührers ca. 60 min.
Die gelförmige Dispersion wurde bei einer Rührerdrehzahl von 150 Upm auf 85°C
gebracht und während 4 h wurden 0,15 mol TiCl4 konzentriert zudosiert. Danach wurde
die entstandene Suspension 1 h auf 110°C erhitzt. Während 2 h wurden bei einer
Rührerdrehzahl von 250 Upm 0,35 mol Al2(C2H5)3Cl3 in 200 cm3 Dieselöl (hydrierte
Benzinfraktion mit Siedebereich 140 bis 170°C) zudosiert. Anschließend wurde die
Temperatur weitere 2 h bei 110°C gehalten.
Damit war die Herstellung der Katalysatorkomponente a abgeschlossen.
Die Feststoff-Suspension wurde auf Raumtemperatur abgekühlt. Das molare Verhältnis
betrug: Mg : Ti : Cl ≈ 1 : 0,3 : 2,5.
Die Polymerisationsversuche wurden in einem 200 dm3 Reaktor diskontinuierlich
durchgeführt. Dieser Reaktor war mit einem Impellerrührer und Stromstörer
ausgestattet. Die Temperatur im Reaktor wurde gemessen und automatisch konstant
gehalten. Die Polymerisationstemperatur betrug 85 ± 1°C.
Die Polymerisationsreaktion wurde in folgender Weise durchgeführt:
In den mit N2 überlagerten Reaktor wurden 100 dm3 Dieselöl eingefüllt und auf 85°C
aufgeheizt. Unter Inertgasüberlagerung (N2) wurde der Cokatalysator (Al(C2H5)3)
zugegeben, so dass im Reaktor eine Cokatalysatorkonzentration von 0,50 mmol/dm3
vorlag. Danach wurde die Katalysatorkomponente a in einer Menge, die 2,0 mmol Titan
entspricht, als mit Dieselöl verdünnte Suspension in den Reaktor zugegeben.
Der Reaktor wurde mehrmals bis 8 bar mit H2 (Wasserstoff) beaufschlagt und wieder
entspannt, um den Stickstoff vollständig aus dem Reaktor zu entfernen (der Vorgang
wurde durch Messung der H2-Konzentration im Gasraum des Reaktors kontrolliert, die
schließlich 95 Vol.-% anzeigte). Die Polymerisation wurde durch Öffnen des
Ethyleneingangs gestartet. Über die gesamte Polymerisationszeit wurde Ethylen in
einer Menge von 8,0 kg/h zugeführt, wobei der Druck im Reaktor langsam anstieg. Im
Gasraum des Reaktors wurde der Gehalt an Wasserstoff ständig gemessen und der
Volumenanteil konstant gehalten, indem Wasserstoff entsprechend dosiert wurde
(Vol.-% H2 = 40).
Die Polymerisation wurde nach 225 min beendet (30 kg Ethylen-Eingas) und der
Gesamtdruck abgelesen. Der Reaktorinhalt wurde auf ein Filter abgelassen. Das mit
Dieselöl behaftete Polymer wurde mehrere Stunden im Stickstoffstrom getrocknet.
Die Ergebnisse der Polymerisation sind nachfolgend in Tabelle 1 zusammengestellt.
Aus den Werten der Tabelle wird deutlich ersichtlich, dass nach dem erfindungs
gemäßen Verfahren vorteilhafterweise die Korngrößenverteilung des Polymerisats,
ausgedrückt als sein S-Wert gemäß DIN 66 144, enger wird als im Vergleich zu den
Vergleichsbeispielen. Eine möglichst enge Korngrößenverteilung ist aber sehr wichtig,
um Produkte mit möglichst gleichbleibend konstanter Qualität zu erzeugen. Ferner wird
ersichtlich, dass nach Vergleichsbeispiel 1, bei dem die Aufschlämmung des
gemahlenen Magnesiumalkoholats nicht erfindungsgemäß, nämlich über eine zu kurze
Zeitdauer, vorgenommen worden war, die Katalysatoraktivität, ausgedrückt als
Enddruck in bar, zurückgeht, wobei ein höherer Enddruck bedeutet, dass eine
geringere Menge an gasförmigem Ethylen, das für die Polymerisation vorgelegt wurde,
für die Bildung von Polymerisat verbraucht worden ist.
Darüber hinaus wird aus den Beispielen deutlich, dass nach Vergleichsbeispiel 2, das
dem Stand der Technik gemäß EP-A 532 551 entspricht, zwar die Katalysatoraktivität
akzeptabel ist, aber nach diesem Vergleichsbeispiel musste die gelförmige Dispersion
mit einem Hochleistungsdispergator unter ständiger äußerer Kühlung mit Eis
hergestellt werden, was eine sehr energieintensive Herstellungsweise ist, die
erfindungsgemäß vermieden werden soll.
Claims (12)
1. Verfahren zur Herstellung eines Poly-1-olefins durch Polymerisation eines 1-
Olefins der Formel R4CH=CH2, in der R4 Wasserstoff oder einen Alkylrest mit 1
bis 10 Kohlenstoffatomen bedeutet, in Suspension, in Lösung oder in der
Gasphase, bei einer Temperatur im Bereich von 20 bis 200°C und einem Druck
im Bereich von 0,5 bis 50 bar, in Gegenwart eines Katalysators, der aus dem
Umsetzungsprodukt eines Magnesiumalkoholats mit einer Übergangsmetall
verbindung (Komponente a) und einer metallorganischen Verbindung
(Komponente b) besteht, dessen Komponente a in der Weise hergestellt wurde,
dass eine Übergangsmetallverbindung des Titans, des Zirkons oder des
Vanadiums mit einer gelförmigen Dispersion des Magnesiumalkoholats in einem
inerten Kohlenwasserstoff umgesetzt wurde, dadurch gekennzeichnet, dass die
gelförmige Dispersion des Magnesiumalkoholats durch Aufschlämmung eines
nach Trockenmahlung von Magnesiumalkoholatpulver mit einer mittleren
Teilchengröße, ausgedrückt als d50-Wert, im Bereich von 100 bis 1000 µm in
einer inertisierten Mühle erhaltenen Magnesiumalkoholatpulvers mit einer
mittleren Teilchengröße, ausgedrückt als d50-Wert, von kleiner als 15 µm in
einem inerten Kohlenwasserstoff erhalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufschlämmen
des gemahlenen Magnesiumakloholatpulvers in einem inerten
Kohlenwasserstoff bei einer Temperatur im Bereich von 10 bis 150°C und über
eine Zeitdauer im Bereich von 1 bis 24 h erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als inerter
Kohlenwasserstoff ein aliphatischer oder cycloaliphatischer Kohlenwasserstoff
wie Butan, Pentan, Hexan, Heptan, Isooctan, Cyclohexan, Methylcyclohexan
oder ein aromatischer Kohlenwasserstoff wie Toluol, Xylol oder hydrierte
Dieselöl- oder Benzinfraktionen, die sorgfältig von Sauerstoff,
Schwefelverbindungen und Feuchtigkeit befreit worden sind, eingesetzt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die
gelförmige Dispersion in einer Stufe oder in mehreren Stufen mit einer Ti-
Verbindung wie TiCl4 oder Ti(OR)4, einer Zr-Verbindung wie ZrCl4 oder Zr(OR)4
oder einer V-Verbindung wie VCl4 oder VOCl3 umgesetzt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass
das Magnesiumalkoholat mit der Übergangsmetallverbindung bei einer
Temperatur von 20 bis 100°C, vorzugsweise von 60 bis 90°C, in Gegenwart
eines inerten Kohlenwasserstoffs unter Rühren umgesetzt wird, wobei auf 1 mol
Magnesiumalkoholat 0,05 bis 5 mol Übergangsmetallverbindung eingesetzt
werden, vorzugsweise 0,1 bis 3,5 mol Übergangsmetallverbindung auf 1 mol
Magnesiumalkoholat.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer der
Umsetzung 0,5 bis 8 Stunden beträgt, vorzugsweise 2 bis 6 Stunden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als
Komponente b aluminiumorganische Verbindungen, chlorhaltige
aluminiumorganische Verbindungen, die Dialkylaluminiummonochloride der
Formel R3 2AlCl oder Alkylaluminiumsesquichloride der Formel R3 3Al2Cl3, worin
R3 ein Alkylrest mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen ist, wie (C2H5)2AlCl, (iC4H9)2AlCl,
(C2H5)3Al2Cl3 oder Gemische dieser Verbindungen eingesetzt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass
das Mischen der Komponente a und der Komponente b vor der Polymerisation
in einem Rührkessel bei einer Temperatur im Bereich von -30°C bis 150°C,
vorzugsweise von -10°C bis 120°C erfolgt oder dass die beiden Komponenten
direkt im Polymerisationskessel bei einer Temperatur im Bereich von 20°C bis
200°C vereinigt werden oder dass die Zugabe der Komponente b in zwei
Schritten erfolgt, wobei vor der Polymerisationsreaktion die Komponente a mit
einem ersten Teil einer Komponente b bei einer Temperatur im Bereich von -30
bis +150°C voraktiviert wird und die weitere Zugabe eines weiteren Teils der
gleichen oder einer anderen Komponente b in dem Polymerisationsreaktor bei
einer Temperatur von 20 bis 200°C erfolgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der
Katalysator in vorpolymerisiertem Zustand zu der Polymerisationsreaktion
zugesetzt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es
zur Polymerisation von 1-Olefinen der Formel R4-CH=CH2, in der R4 ein
Wasserstoffatom oder einen Alkylrest mit 1 bis 10 C-Atomen bedeutet,
eingesetzt wird, vorzugsweise zur Polymerisation von Ethylen, Propylen, Buten-
(1), Hexen-(1), 4-Methylpenten-(1) oder Octen-(1), wobei besonders bevorzugt
Ethylen allein oder im Gemisch von mindestens 50 Gew.-% Ethylen und maximal
50 Gew.-% eines anderen 1-Olefins der obigen Formel polymerisiert wird, und
dass die Regelung der Molmasse des Polymerisats vorzugsweise durch
Wasserstoff erfolgt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass
die Polymerisation in Lösung, in Suspension oder in der Gasphase,
kontinuierlich oder diskontinuierlich, ein- oder mehrstufig bei einer Temperatur
im Bereich von 20 bis 200°C, vorzugsweise von 50 bis 150°C, durchgeführt
wird und dass der Druck 0,5 bis 50 bar, bevorzugt 1,5 bis 30 bar beträgt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass
die Komponente a in einer Konzentration, bezogen auf Übergangsmetall, von
0,0001 bis 1 mmol, vorzugsweise von 0,001 bis 0,5 mmol, Übergangsmetall pro
dm3 Dispergiermittel eingesetzt wird und dass die Polymerisation in einem
inerten Dispergiermittel durchgeführt wird, ausgewählt aus der Gruppe der
aliphatischen oder cycloaliphatischen Kohlenwasserstoffe wie Butan, Pentan,
Hexan, Heptan, Isooctan, Cyclohexan, Methylcyclohexan oder Benzin- bzw.
hydrierte Dieselölfraktionen, die sorgfältig von Sauerstoff,
Schwefelverbindungen und Feuchtigkeit befreit worden sind.
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