DE2109273C3 - Verfahren zur Polymerisation von Äthylen - Google Patents
Verfahren zur Polymerisation von ÄthylenInfo
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Description
In der deutschen Offenlegungsschrift 20 00 834 wurden
Katalysatoren zur Niederdruckpolymerisation und zur Niederdruckmischpolymerisation von Olefinen vorgeschlagen,
die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie hergestellt werden
a) aus einer Organometallverbindung und
h) aus einem Feststoff, der erhalten wurde durch Reaktion einer festen Verbindung eines zweiwertigen Metalle» mit einem aus einer Organometallverbindung bestehenden Imprägnierungsmittel, Abtrennung des festen Reaktionsproduktes, Umsetzung dieses Produktes mit einer Halogenverbindung eines Übergangsmetalles in Abwesenheit von flüssigen Verdünnungsmitteln und Abtrennung des festen Reaktionsproduktes.
h) aus einem Feststoff, der erhalten wurde durch Reaktion einer festen Verbindung eines zweiwertigen Metalle» mit einem aus einer Organometallverbindung bestehenden Imprägnierungsmittel, Abtrennung des festen Reaktionsproduktes, Umsetzung dieses Produktes mit einer Halogenverbindung eines Übergangsmetalles in Abwesenheit von flüssigen Verdünnungsmitteln und Abtrennung des festen Reaktionsproduktes.
Nach dieser Druckschrift ist die feste zweiwertige Metallverbindung ein Hydroxychlorid, ein partiell
hydroxyliertes Halogenid, ein Oxyd, ein komplexes Hydroxyd, ein Alkoholat, ein anorganisches Salz einer
Sauerstoffsäure oder ein Salz einer organischen Mono- oder Polycarbonsäure von Magnesium, Calcium, Zink,
Mangan, Kobalt oder Nickel.
Andererseits ist in der USA.-Patentschrift 32 05 177
beschrieben worden, daß man Katalysatoren für die s Olefinpolymerisation erhalten kann, indem man einen
fein verteilten hydroxylierten Feststoff, wie ein durch Hitzebehandlung erhaltenes Siliciumdioxyd, nach und
nach mit einer stöchiometrisch berechneten Menge — im Hinblick auf die auf der Oberfläche befindlichen
ίο OH-Gruppen des Feststoffes — einer Organoalkalimetallverbindung,
beispielsweise Butyllithium, reagieren läßt und anschließend mit einem Metallhalogenid
der VII. Nebengruppe, insbesondere Manganhexachlorid, in Mengen von 1J3 g-Mol pro g-Mol Alkali-
»5 metall, das mit dem Feststoff reagiert hat. Der erhaltene
Feststoff ist in Kombination mit einer Organometallverbindung der Gruppen I bis III ein Olefinpolymerisationskatalysator.
Die Aktivität dieser Katalysatoren ist aber sehr
Die Aktivität dieser Katalysatoren ist aber sehr
ao gering, denn es hat sich gezeigt, daß diese nicht mehr
als 75 g Polyäthylen pro g festen Katalysator erzeugen. Dieses Polyäthylen weist außerdem ein solches Molekulargewicht
auf, daß es sich praktisch nicht verwenden läßt.
a5 Ferner wird in der britischen Patentschrift 9 59 499
ein Verfahren zur Polymerisation von Olefinen beschrieben, das mit Hilfe eines Träger-Katalysatorsystems
durchgeführt wird, wobei dieses Katalysatorsystem durch Reagierenlassen einer metallorganischen
Verbindung in Form einer aluminiumorganischen oder magnesiumorganischen Verbindung mit einem Aluminiumoxydträger
und Umsetzung dieses Reaktionsproduktes mit einer Halogenverbindung eines Übergangsmetalls
hergestellt wird.
Auch dieses Verfahren liefert nur geringe Ausbeuten,
bezogen auf Katalysator.
_ Es wurde nun ein Verfahren zur Polymerisation von Äthylen gefunden, das nicht die Nachteile der bisherigen
Verfahren aufweist und — im Gegensatz zu diesen
— mit einer sehr hohen Aktivität leicht verwendbare
Produkte liefert.
Verfahren zur Polymerisation von Äthylen in Gegenwart von Katalysatoren aus a) einem Feststoff,
der erhalten wurde durch Umsetzung eines Trägers
aus Siliciumdioxyd, Aluminiumoxyd oder einem
Siliciumdioxyd-Aluminiumoxyd-Gemisch, der einer längeren Hitzebehandlung unterworfen worden ist,
mit einer Verbindung der allgemeinen Formel MR/iX/n-m in der M ein Metall ist, K einen Kohlen-
wasserstoffrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen bedeutet,
X Halogen ist, m die Wertigkeit von M ist und η eine ganze Zahl ist, wobei I ^ η ^ m gilt,
Abtrennung des festen Reaktionsproduktes und Waschen mit einem inerten Lösungsmittel, Umsetzung
dieses Produktes mit einem Überschuß an einer Halogenverbindung eines Ubergan »smetalles der
IV., V. oder VI. Nebengruppe des P;riodensystems, Abtrennung des festen Reaktionsproduktes und
Waschen dieses Produktes mit einen inerten Koh-
s° ienwasserstofflösungsmittel, wobei der Feststoff
mehr als 0,1 mg Übergangsmetall je Gramm enthält, und b) einer Organometallverbindung der allgemeinen
Formel M'R'„Y|, - «>
in der M' ein Metall der I. bis IV. Hauptgruppe oder der II. Nebengruppe des
Periodensystems ist, R' einen verzweigten oder unverzweigten Alkyl-, Alkylen-, Cycloalkyl-, Aryl-,
Alkylaryl- oder Arylalkylrest mit 1 bis 20 C-Atomen und Y Halogen, Wasserstoff, einen Alkoxyrest oder
einen DiaUcylaminorest bedeutet, ρ die Wertigkeit
von M' ist und q eine ganze Zahl bedeutet, so daß 1 5i <? 5Ξ P ist, dadurch gekennzeichnet, daß man
einen Feststoff verwendet, bei dessen Herstellung als
Verbindung der Formel MR„Xm_„ ein Alkylmagnesiumhalogenid
verwendet worden ist
Im Gegensatz zu dem Verfahren der britischen
Patentschrift 9 59 499 wird der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete KataJysator aus dem
mit Feststoff a) bezeichneten Katalysatorbestandteil hergestellt, der nach der Umsetzung mit der überschüssigen
Halogenverbindung des Obergangsmetalls hiervon abgetrennt und gewaschen wird, wobei zusätzlich
dann noch eine Umsetzung mit der als Organometallverbindung
b) bezeichneten Komponente des '5 Katalysators durchgeführt wird.
Vorzugsweise verwendet man einen Feststoff, der im Hinblick auf eine Verwendung als Katalysator
träger hergestellt »-lrde.
Sq kann man hierzu ein Aluminiumoxyd verwenden. ao
wie es als Katalysatorträger Verwendung findet und vorzugsweise ein y-Aluminiumoxyd oder ein auf hohe
Temperatur (500 bis 800°C) erhitztes Aluminiumoxyd.
Diese Feststoffe sind im allgemeinen solche, die eine große spezifische Oberfläche aufweisen, beispielsweise a5
von mehr als 150 m2/g und vorzugsweise von mehr als
300 m2/g, sowie ein großes Porenvolumen, das vorteilhafterweise
zwischen 0,3 ml/g und 2 ml/g liegt.
Die Teilchengröße des Trägerfeststoffes ist nicht kritisch, aber sie bedingt diejenige des hergestellten 3»
Polymerisates oder Mischpolymerisates. Man wählt vorzugsweise eine Größenordnung von 10 bis 500 μ
und vorzugsweise von 20 bis 150 μ; um ein Verstopfen
zu vermeiden, das sehr feint Trägerteilchen hervorrufen könnten.
Die Träger werden vor der Imprägnierung bei erhöhter Temperatur einer längeren Hitzebehandlung
unterworfen, um sie vollständig zu trocknen und eventuell zu aktivieren. Es ist tatsächlich wesentlich,
daß die festen Träger, bevor sie imprägniert werden, gut trocken sind, denn das Imprägnierungsmittel
reagiert im allgemeinen mit Wasser.
Unter den Alkylmagnesiumhalogeniden, die auch
als Grignard-Reagentien bezeichnet werden, sind Butylmagnesiumbromid und -jodid, Methylmagne- «
siumjodid und Äthylmagnesiumchlorid hervorzuheben.
Die Leistungsfähigkeit des Katalysators und die physikalischen Eigenschaften des Polymerisates werden
von der Beschaffenheit des Imprägnierungsmittels beeinflußt. Das hat zur Folge, daß Trialkylaluminiumverbindungen
bei der Äthylenpolymerisation im allgemeinen zu Polymerisaten mit einem sehr niedrigen
Schmelzindex unter starker Belastung führen.
Im Gegensatz dazu liefern die Magnesiumverbindüngen
Katalysatoren, die zu Polyäthylenen mit einem Molekulargewicht führen, das einen durchschnittlichen
Wert aufweist. Für sie ist aber eine erhöhte kritische Scherspannung charakteristisch, die mit einer relativ
engen Molekulargewichtsverteilung verbunden ist, Eigenschaften, die im allgemeinen miteinander unvereinbar
sind und dennoch sehr erwünscht sind.
Die Umsetzung zwischen dem festen Träger und dem Imprägnierungsmittel wird nach einem beliebigen
Verfahren durchgeführt, das mit den Eigenschaften der *5 verwendeten Organometallverbindung vereinbar ist.
Man kann die metallorganische Verbindung im Gasoder Dampfzustand, rein oder im Gemisch mit einem
inerten Gas, oder im flüssigen Zustand, rein oder mit einer inerten Flüssigkeit verdünnt, einsetzen, um den
festen Träger zu suspendieren.
Eine bevorzugte Imprägnierung besteht darin, daß man zunächst den festen Träger in einem Verdünnungsmittel
suspendiert.
Man wählt als Verdünnungsmittel im allgemeinen beispielsweise ein Alkan, Cycloalkan, Hexan rder
Cyclohexan, oder einen Äther, wie Diäthyläther oder Tetrahydrofuran. Man arbeitet vorzugsweise in einem
geschlossenen Gefäß und spült mit einem inerten Gas, wie Stickstoff und rührt während der gesamten Dauer
der Imprägnierung.
Zu der Suspension des festen Trägers in dem Verdünnungsmittel gibt man das Imprägnierungsmittel so
wie es ist oder in einem Lösungsmittel gelöst. Dieses Lösungsmittel kann mit dem Verdünnungsmittel identisch
sein, das dazu dient, den Träger zu suspendieren.
Die Dauer der Imprägnierung ist nicht kritisch und liegt im allgemeinen zwischen 10 min und 24 h. In den
meisten Fällen scheint eine Imprägnierung von 30 min zu genügen. Während der ganzen Imprägnierungsdauer wird die Suspension des festen Trägers auf einer
Temperatur gehalten, die zwischen der Umgebungstemperatur und der Siedetemperatur des Verdünnungsmittels
bei Normaldruck liegt. Vorzugsweise wird die Temperatur zwischen 25 und 600C gehalten.
Die Konzentration des organometallischen Imprägnierungsmittels
in der Suspension ist nicht kritisch, sobald man einen unteren Grenzwert überschreitet,
der der Gesamtmenge des Imprägnierungsmittels entspricht, die man auf den Träger aufbringen kann.
Nach Beendigung der Imprägnierung stellt mandas Rühren ein und trennt den festen imprägnierten Träger
beispielsweise durch Filtration ab. Der imprägnierte Träger wird anschließend mit einem inerten Lösungsmittel
gewaschen, um das überschüssige Imprägnierungsmittel zu beseitigen.
Im folgenden Stadium der Herstellung des festen katalytischen Bestandteils läßt man den festen imprägnierten
Träger mit einer Halogenverbindung eines Metalles der IV., V. oder VI. Nebengruppe des
Periodischen Systems reagieren. Die Verbindung wird vorzugsweise unter den Verbindungen des Titans,
Vanadiums, Zirkoniums und Chroms ausgewählt. Die besten Ergebnisse werden mit Titanverbindungen erhalten.
Als Verbindung kann man Halogenide, Oxyhalogenide und Alkoxyhalogenide verwenden. Man verwendet
bevorzugt Brom- und Chlorverbindungen. Wenn man Verbindungen verwendet, die Alkoxyreste
enthalten, so wählt man vorzugsweise von diesen geradkettige oder verzweigte Alkoxyreste mit 1 bis 20
C-Atomen und ganz besonders mit I bis 10 C-Atomen. Beispiele für verwendbare Verbindungen sind: TiCI4,
TiBr4, VCl4, VOCI3, VOBr3, CrO2CI2, Ti(OC2H6)3Cl,
Ti(OiC3H,)3CI, Ti(OC2H6)2CI2 und Ti(OiC3H7)CI3.
Die besten Ergebnisse werden mit TiCI4 erhalten.
Diese Behandlung muß mit einem Oberschuß an dieser Verbindung durchgeführt werden. Man führt
sie vorzugsweise in Abwesenheit eines Verdünnungsmittels unter atmosphärischem Druck in Suspension
in der Übergangsmetallverbindung durch, die bei der Arbeitstemperatur flüssig gehalten wurde. Diese
Temperatur liegt gewöhnlich zwischen 0 und 300'C und vorzugsweise zwischen 40 und 150° C. Die Behandlung
muß unter Ausschluß von Feuchtigkeit durchgeführt werden. Man setzt die Behandlung eine
5 6
Zeitlang fort, die ausreicht, urn die Metallverbindung butylaluminiumhydrid und Trimethylzinnhydrid. Aider
IV„ V. oder VI. Nebengruppe des Periodischen kylhalogenide, in denen die Alkylreste auch 1 bis 20
Systems chemisch zu fixieren. C-Atome, vorzugsweise 1 bis 10 C-Atome aufweisen,
Im allgemeinen erfolgt diese Fixierung im Laufe von wie Äthylaluminiumsesquichlorid, Diäthylaluminiumetvva
1 h. Nach der Umsetzung sammelt man den 5 chlorid und Diisobutylaluminiumchlorid, sind ebenfalls
katalytischen Bestandteil, der ebenfalls fest ist. Er kann geeignet.
gegebenenfalls einer Extraktionsbehandlung mit der Schließlich kann man noch Organoaluminiumverbei
der Umsetzung verwendeten Verbindung unter- bindungen verwenden, die erhalten wurden durch Umworfen
werden. Nach Abtrennung des festen Reak- Setzung von Aluminiumtrialkylen oder Dialkylalutinnsproduktes
wird dieses mit einem inerten Kohlen- « miniumhydriden, deren Reste 1 bis 20 C-Atome aufwasserstofflösungsmittel,
wie Butan, Pentan, Hexan, weisen, mit Diolefinen mit 4 bis 20 C-Atomen. Unter
Heptan, Cyclohexar·, Methyleyclohexan und deren diese Verbindungen fallen solche, die im allgemeinen
Gemischen, gewaschen. Dieses Waschen ermöglicht, als Isoprenylaluminiumverbindungen bezeichnet werdie
überschüssigen Reagentien und die Nebenprodukte den.
der Umsetzung, die auf der Oberfläche des katalyti- »5 Die Polymerisation des Äthylens kann nach einem
sehen Bestandteiles einfach adsorbiert sind, zu besei- beliebigen bekannten Verfahren durchgeführt werden,
tigen. Anschließend kann er beispielsweise in einem und zwar in Lösung oder in Suspension in einem
inerten Gasstrom getrocknet werden. Kohlenwasserstofflösungsmittel oder einem Kohltn-
Nach der Imoräenierune mit derOrganometallver- Wasserstoffverdünnungsmittel cvar auch in Gasphase.
bindung und nach" der Behandlung rait der Über- ao Für die Verfahren in Lösung oder in Suspension vergangsmetallverbindung
sind der feste Träger, die Or- wendet man inerte Kohlenwasserstofflösungsmittel
ganometallverbindung und die Verbindung chemisch oder -verdünnungsmittel analog denen, die zum Waaneinander
gebunden. Keiner von diesen Bestandtei- sehen des katalytischen Bestandteils verwendet werden.
len des aktiven Komplexes kann mit physikalischen Da.; sind vorzugsweise aliphatische oder cycloalipha-
Mitteln, wie Waschen mit Lösungsmitteln, abgetrennt as tische Kohlenwasserstoffe, wie Butan, Pentan, Hexan,
weiden. Heptan, Cyclohexan, Methylcyclohexan und deren
Wenn man in der Tat die Elementaranalyse des Gemische. Man kann die Polymerisation ebenfalls in
katalytischen Bestandteiles nach dem Waschen vor- dem Monomeren oder einem dieser in flüssigem Zunimmt,
findet man, daß der katalytische Bestandteil stand gehaltenen Monomeren durchführen,
eine bestimmte Menge an Metall der IV., V. oder VI. 30 Der Polymerisationsdruck liegt im allgemeinen zwi-Nebengruppe enthält. Diese Menge beträgt mehr als sehen atmosphärischem Druck und 100 kg/cm2, vor-0,1 mg/g und im allgemeinen mehr als- 1 mg/g. Dieses zugsweise bei 5 bis 50 kg/cm*. Die Temperatur wird ist ein Zeichen für die chemische Fixierung der Ver- im allgemeinen zwischen 20 und 120°C und vorzugsbindung. weise zwischen 60 und 100°C gehalten. Die Polymeri-
eine bestimmte Menge an Metall der IV., V. oder VI. 30 Der Polymerisationsdruck liegt im allgemeinen zwi-Nebengruppe enthält. Diese Menge beträgt mehr als sehen atmosphärischem Druck und 100 kg/cm2, vor-0,1 mg/g und im allgemeinen mehr als- 1 mg/g. Dieses zugsweise bei 5 bis 50 kg/cm*. Die Temperatur wird ist ein Zeichen für die chemische Fixierung der Ver- im allgemeinen zwischen 20 und 120°C und vorzugsbindung. weise zwischen 60 und 100°C gehalten. Die Polymeri-
Der Gehalt an aktiven Komponenten des kataly- 35 sation kann kontinuierlich oder diskontinuierlich
tischen Bestandteiles beeinflußt die Eigenschaften des durchgeführt werden. Die Organometallverbindung
gebildeten Polymerisates. Mna stellt im allgemeinen und der katalytische Bestandteil können dem Polyfest,
drB je mehr der Gehalt an Übergangsmetallver- merisationsmedium separat zugegeben werden. Man
bindung des Komplexes zunimmt, daß um so mehr die kann sie ebenfalls bei einer Temperatur zwischen —40
kritische Scherspannung zunimmt. *° und 80"C während einer Dauer von bis zu 2 h mitein-
Die erfindungsgemäß eingesetzten Katalysatoren ander in Berührung bringen, bevor man sie in den
enthalten ebenfalls eine Organometallverbindung, die Polymerisationsbehälter einleitet. Man kann sie auch
mit der als erste Imprägnierungsmittel verwendeten in mehreren Absätzen miteinander in Berührung brinmetal'organischen
Verbindung identisch oder ver- gen oder auch nur einen Teil der Organometallverschieden
ist, von der Formel M'R'fYp_j, in der M' ein *5 bindung vor dem Reaktionsbehälter hinzufügen oder
Metall der Gruppen, Ia, Ha, lib, IHb und IVb, wie auch mehrere verschiedene Organometallverbindungen
beispielsweise Lithium, Magnesium, Zink, Aluminium zusetzen.
und Zinn, ist, R' sinen Kohlenwasserstoff rest, und Die Gesamtmenge der verwendeten Organometall-
zwar einen verzweigten oder unverzweigten Alkyl-, verbindung ist nicht kritisch. Sie liegt im allgemeinen
Alkylcn-, Cycloalkyl, Aryl-, Alkylaryl-, Arylalkylrest 5«>
zwischen 0,02 und 50 mMol/dms Lösungsmittel, Vermit
1 bis 20 C-Atomen, vorzugsweise 1 bis 10 C-Ato- dünnungsmittel oder Reaktorvolumen und vorzugsmen,
bedeutet, und Y einen einwertigen Rest, und weise zwischen 0,2 und 5 mMol/dm3.
zwar Halogen, Wasserstoff, einen Alkoxyrest oder Di- Die Menge des verwendeten katalytischen Bestandalkylaminorest, bedeutet, ρ die Wertigkeit von M' ist teiles wird bestimmt als Funktion des Gehaltes des und q eine ganze Zahl ist, so das 1 < q < ρ ist. Die 55 Bestandteiles an Metall der Nebengruppen IV, V oder besten Ergebnisse werden mit Alkylaluminiumverbin- VI. Sie wird gewöhnlich so gewählt, daß die Konzendungen erhalten. tration zwischen 0,001 und 2,5 und vorzugsweise
zwar Halogen, Wasserstoff, einen Alkoxyrest oder Di- Die Menge des verwendeten katalytischen Bestandalkylaminorest, bedeutet, ρ die Wertigkeit von M' ist teiles wird bestimmt als Funktion des Gehaltes des und q eine ganze Zahl ist, so das 1 < q < ρ ist. Die 55 Bestandteiles an Metall der Nebengruppen IV, V oder besten Ergebnisse werden mit Alkylaluminiumverbin- VI. Sie wird gewöhnlich so gewählt, daß die Konzendungen erhalten. tration zwischen 0,001 und 2,5 und vorzugsweise
Man kann vollständig alkylierte Verbindungen ver- zwischen 0,01 und 0,25 mg-Atomen Metali pro dm3
wenden, deren Alkylketten 1 bis 20 und vorzugsweise Losungsmittel, Verdünnungsmittel oder Reaktiensbe-1
bis 10 C-Atome aufweisen und geradkettig oder ver- 60 hälter liegt.
zweigt sind, wie beispielsweise n-Butyllithium, Diäthyl- Das Verhältnis der Mengen der Organometallvertnagnesium,
Diäthylzink, Trimethylaluminium, Tri- bindung b) und des katalytischen Bestandteiles ist
üthylaluminirm, Triisobutylaluminium, Trioctylalu- nicht besondere kritisch. Man wählt sie im allgemeinen
minium, Tridecylaluminium, Tri-n-dodecylaluminium so, daß das Verhältnis Organomctallverbindung/Me-
und Tetrabutylzinc. 65 tall der Nebengruppen IV, V oder VI, ausgedrückt in
Man kann gleichfalls Alkylaluminiumhydride ver- Mol/g-Atom, über 1 und vorzugsweise über 10 Hegt.
wenden, in denen die Alkylreste auch 1 bis 20 und Das mittlere Molekulargewicht der nach dem erfinvorzugsweise 1 bi. 10 C-Atome aufweisen, wie Diiso- dungsgemäßen Verfahren hergestellten Polymeren kann
wenden, in denen die Alkylreste auch 1 bis 20 und Das mittlere Molekulargewicht der nach dem erfinvorzugsweise 1 bi. 10 C-Atome aufweisen, wie Diiso- dungsgemäßen Verfahren hergestellten Polymeren kann
durch Zugabe von einem oder mehreren Molckulargewichtsreglern.
wie Wasserstoff, Diäthylzink oder Diäthylcadmium, Alkoholen oder Kohlendioxyd, zum
Polymerisationsmiiieu eingestellt werden. Das spezifische Gewicht der nach dem crfindungspcmäßcn Verfahren
hergestellten Homopolymerisate kann ebenfalls durch Zugabe eines Alkoholate:? eines Metalles der
Nebengruppen IV oder V des F'eriodischen Systems zum Polymerisationsmilieu eingestellt werden. Hierdurch
kann man Polyäthylene mit einem mittleren spezifischen Gewicht herstellen, das /wischen dem der
nach einem HochdruckNciiahren hergestellten
Polyäthylene und dem der klassischen Niederdruckpolyäthylene liegt.
Von den Alkoholaten, die sich für die Regulierung eignen, sind die des Titans und des Vanadiums, deren
Reste jeweils I bis 20 C-Atome aufweisen, besonders geeignet. Von diesen seien Ti(OCH3),. Ti(OC2H0),,
Ti(OC8H17), und Ti(OC18H33), genannt.
Das crfindungsgcmäße Verfahren ermöglicht es, Polyäthylene mit einer erheblich verbesserten Produktivität
herzustellen. So überschreitet die Produktivität bei der Homopolymerisate von Äthylen, ausgedrückt
in g Polyäthylen pro g Feststoff a), 100 und oft sogar 500. Auf3erdem ist der Gehalt an Metall der Nebengruppen
IV, V oder Vl des Katalysators relativ niedrig. Demzufolge ist die Menge dieser Metalle, die als
Katalysatorrückstand im Polymeren enthalten ist, ebenfalls gering. Infolgedessen braucht das Polymer
vor seiner Verwendung nicht gereinigt werden. Das stellt einen sehr bedeutenden Vorteil dar, denn die
Reinigung ist eine sehr kostspielige und sehr heikle Angelegenheit bei der Fertigstellung der Polymerisate.
Dank der erfindungsgemäß verwendeten Katalysatoren kann man Polyäthylen mit einem niedrigen
Schmelzindex und einer erhöhten kritischen Scherspannung, die mit einer engen Molekulargewichtsverteilung
verbunden ist, herstellen, d. h. mit Eigenschaften, die nach bekannten Verfahren nur sehr schwer zu
vereinen sind.
TiCI1 I h unter Rückfluß auf 136 C erhitzt. Das be
dieser Behandlung erhaltene feste Produkt wird anschließend mit Hexan gewaschen, bis die letzten Spurcr
von TiCI1 beseitigt sind, und unter einem trockener Stickstoffstrom bei 60 C getrocknet. Rs enthält 46 f
Magnesium, 33 g Titan und 196 g Chlor pro kg. Da;
Atomverhältnis Magnesium/Ti beträgt 2,75.
Man nimmt 48 mg des so hergestellten Produkte; und leitet es mit 100 mg Triisobutylaluniinium in einer
>° 1.5-l-Autoklav, der 0.5 I Hexan enthält, ein. Da>
Ver hältnis Triisohutylaluminii· n,fixiertes Titan beträgt —
als Atomverhältnis Al/Ti ausgedrückt — 14. Dei
Autoklav aus rostfreiem Stahl ist mit einem Propellerrührer ausgerüstet. Man bringt die Temperatur aul
'5 85 C und leitet Äthylen und Wasserstoff unter Partial
drücken von IO b/w. 4 kg '.m2 ein. Man hält die Tem
peratur I h konstant und ebenso durch Zugabe vor Ainyieii den Druck. Nach der Fiiigasuitg des Autoklav
sammelt man 30 g Polyätlnkn. was einer Aktivi
ao tat von 60 g Polyäthylen/h g Feststoff ■ kg cm2 Ätlnlet
oder 1720 g Polyäthylen'h g fixiertes Titan · kg cm Äthylen entspricht.
Das erhaltene Polyäthylen weist einen Sehmelzirido
von 0.26 g pro IO min auf. bestimmt nach ASTM I~
»5 I5O5-57T und ISO/R 292-1963.
Die Molekulargewichtsvcrteilung dieses Polyäthylens wi(u durch den Faktor C/ bewertet, wie er in dei
französischen Patentschrift 15 82 942 definiert ist. Da;
Polyäthylen des Versuches weist einen Koeffizienter Cd von unter 6 auf.
Die kritische Scherspannung, wie sie in der deutschen Offenlegungsschrift 20 00 834 definiert ist. liegl
über 11,5 ■ Ι0β dyn./cm2.
Man sieht, daß — wenn mit RMgX imprägniertes Aluminiumoxyd verwendet wird, (wird R einen Alkylrest
und X ein Halogenid bedeutet) — es möglich ist, ein Polyäthylen zu erhalten, das eine enge Molekulargewichtsverteilung,
aber eine erhöhte kritische Scherspannung aufweist. Wenn man Magnesiumoxyd verwendet,
das mit Triäthylaiuminium behandelt wurde.
sind besonders interessant für Verwendungen, wo die Verarbeitung durch Extrusion oder Blasextrusion erfolgt.
Sie ermöglichen besonders hohe Extrusionsgeschwindigkeiten, ohne daß das Phänomen des Schmelzbruches
auftritt, und das trotz ihrer engen Molekulargewicht sverteilung.
Man zerkleinert y-Aluminiumoxyd mit großen Poren
und trennt durch Sieben die Fraktion zwischen 0,65 und 125 μ, die eine spezifische Oberfläche von 327 m2/g
und ein Porenvolumen von 1,55 ml/g aufweist, ab.
Das Aluminiumoxyd wird bei 400=C 16 h unter
einem trockenen Stickstoffstrom getrocknet. Man nimmt 20 g des getrockneten Aluminiumoxyds, das
man in 100 ml Hexan unter Stickstoffatmosphäre suspendiert. Zu der auf Umgebungstemperatur gehaltenen
Suspension gibt man nach und nach 0,15 .g-MoI in Äther gelöstes (C2H5)MgCl hinzu. Das verwendete
Grignard-Reagenz ist ein handelsübliches Produkt. Man rührt das Ganze 30 min. Das erhaltene
feste Produkt wird filtriert, mit trockenem Äther gewaschen, um die überschüssige Organornagnesiumverbindung
zu beseitigen, und getrocknet unter vermindertem Druck. Man erhält ein Produkt mit 52 g
Magnesium pro kg.
Dieses feste Produkt wird anschließend mit reinem 20 00 834 beschrieben ist, so erhält man ein Polyäthylen
mit einer viel breiteren Molekulargewichtsverteilung,
i
i
Man mahlt Siliciumdioxyd und trennt durch Sieben die Fraktion zwischen 0,65 und 125 μ ab. Das «» erhaltene
Siliciumdioxyd besitzt eine spezifische Oberfläche von etwa 300 m!/g und ein Porenvolumen von
1,6 ml/g. Das Siliciumdioxyd wird 16 h unter einem trockenen Stickstoffstrom bei 280° C getrocknet. Es
wird analog Beispiel 1 behandelt. Das nach der ersten Imprägnierung erhaltene feste Produkt enthält 48 g
Magnesium pro kg. Das durch die Gesamtbehandlung erhaltene feste Produkt enthält 43 g Magnesium, 42 g
Titan und 191 g Chlor pro kg. Das Atomverhältnis Mg/Ti beträgt 2,02.
Man nimmt 105 mg des so erhaltenen festen Produktes und leitet es mit 200 mg Triisobutylaluminium
in einen 1,5-1-AutokIav ein, der 0,5 1 Hexan enthielt.
Das festgestellte Verhältnis Aktivator/fixiertes Titan, ausgedrückt durch das Atomverhältnis Al/Ti, beträgt
11,55. Die Polymerisation wird wie in Beispiel 1 beschrieben durchgeführt.
Man erhält 54 g Polyäthylen, was einer Aktivität von 50 g Polyäthylen/h g Träger · kg/cm2 Äthylen oder
9
ίο
I 22r> g Polyäthylen/h g Titan · kg/cm2 Äthylen ent- ncm Äther gewaschen und unter vermindertem Druck
spricht. getrocknet. Es wird anschließend mit reinem TiCI4
Das erhaltene Polyäthylen besitzt einen Schmelz- behandelt und I h unter Rückfluß auf 136 C erhitzt,
index von 0.4 g/10 min, eine kritische Scherspannung Das bei dieser Behandlung erhaltene feste Produkt
von über 11.5 · 10* dyn/cm2 und einen Molekularge- 5 wird anschließend mit Hexan gewaschen, bis die letzten
wiehtsverteilungskoeffizienten von unter 6. Spuren von TiCI., entfernt sind, und bei 60 C unter
Der 'i rager auf der Basis von SiO2 ergibt einen einem trockenen Stickstoffstrom getrocknet. Man
weniger aktiven Katalysator als der Katalysator auf erhält 41 g Titan und 182 g Chlor pro kg.
der Basis von AI2O3 des Beispieles I, das erhaltene Man leitet 83 mg des so erhaltenen Produktes mit
Polyäthylen weist aber einen höheren Schmelzindex lo 100 mg Triisobutylaluminium in einen I,5-I-Autoklav,
auf, wobei es eine enge Molekulargewichtsvcrtcilung der 0,5 I Hexan enthält, ein. Das Atomverhältnis von
und eine sehr erhöhte kritische Scherspannung behält. Aktivator zu fixiertem Titan, ausgedrückt durch das
Atomverhältnis Al/Ti, beträgt 7,6.
Beispiel 3 Die Polymerisation wird wie in Beispiel I durchge-
'5 f'.ihrt. Nach der Entgasung des Atuoklav sammelt man
Man behandelt aktiviertes Aluminiumoxyd mit einer 113 g Polyäthylen, was einer spezifischen Aktivität von
spezifischen Oberfläche von 351 m2/g und einem Poren- 3320 g Polyäthylen/h g Titan · kg/cm2 Äthylen ent-
volumen von 1,81 ml/g 16 h bei 700 C unter einem spricht,
trockenen Stickstoffstrom. Der Schmelzindex des Polyäthylens beträgt 0,51 g
Man suspendiert 10 g getrocknetes Aluminiumoxyd *° pro IO min.
in 50 ml Hexan unter Stickstoff. Die Suspension wird Ein Vergleich der Beispiele 1 und 3 zeigt, daß eine
auf Umgebungstemperatur gehalten und unter Rühren Erhöhung der thermischen Behandlungstemperatur
werden progressiv 0,06 g-Mol in Äther gelöstes des aktivierten Aluminiumoxyds eine Erhöhung der
(C2H5)CIMg hinzugefügt. Es wird 30 min gerührt. Katalysatoraktivität und eine Erhöhung des Schmelz-
Das erhaltene feste Produkt wird filtriert, mit trocke- a5 index des Polyäthylens 7ur Folge hat.
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zur Polymerisation von Äthylen in Gegenwart von Katalysatoren aus a) einem Feststoff, der erhalten wurde durch Umsetzung eines Trägers aus Siliciumdioxyd, Aluminiumoxyd oder einem Siliciumdioxyd-Aluminiumoxyd-Gemisch, der eineir längeren Hitzebehandlung unterworfen worden ist, mit einer Verbindung der allgemeinen Formel MRnX1n-0, in der M ein Metall ist, R einen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen bedeutet, X Halogen ist, m die Wertigkeit von M ist und η eine ganze Zahl ist, wobei 1 ^ π <ζ m gilt, Abtrennung des festen Reaktionsproduktes und Waschen mit einem inerten Lösungsmittel, Umsetzung dieses Produktes mit einem Überschuß an einer Halogenverbindung eines ÜbergangsmetaJles der IV., V. oder VI, Nebengruppe des Periodensystems, Abtrennung des festen Reaktionsproduktes und Waschen dieses Produktes mit einem inerten Kohlenwasserstofflösungsmittel, wobei der Feststoff mehr als 0,1 mg Übergangsmetall je Gramm enthält, und b) einer Organometallverbindung der allgemeinen Formel ΜΤΙ',Υ,.,, in der M' ein Metall der I. bis IV. Hauptgruppe oder der Π. Nebengruppe des Periodensystems ist, R' einen verzweigten oder unverzweigten Alkyl-, Alkylen-, Cycloalkyl-, Aryl-, AJkylaryl- oder Arylalkylrest mit 1 bis 20 C-Atomen und Y Halogen, Wasserstoff, einen Alkoxyrest oder einen Dialkylaminorest bedeutet, ρ die Wertigkeit von M' ist und q eine ganze Zahl bedeutet, so daß 1 <;<?<;ρ ist, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Feststoff verwendet, bei dessen Herstellung als Verbindung der Formel MR11X1n _„ ein Alkylmagnesiumhalogenid verwendet worden ist
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