DE2137872C2 - Verfahren zur Polymerisation von Äthylen oder dessen Gemischen mit α-Olefinen und/oder Diolefinen - Google Patents
Verfahren zur Polymerisation von Äthylen oder dessen Gemischen mit α-Olefinen und/oder DiolefinenInfo
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- C08F4/022—Magnesium halide as support anhydrous or hydrated or complexed by means of a Lewis base for Ziegler-type catalysts
Description
dadurch gekennzeichnet, daß ein Trägergemisch verwendet wird, das neben den Magnesium- oder
Manganhalogeniden 1 bis 80 Gew.-%, bezogen auf das gesamte Trägergemisch, wasserfreies Siliciumdioxid
enthält
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Polymerisation von Äihyien oder dessen Gemischen mit Λ-Oiefinen
und/oder Diolefinen in Gegenwart von Trägerkatalysatoren.
Es ist bereits bekannt für die Polymerisation von Olefinen Katalysatoren zu verwenden, die eine sehr hohe
Aktivität haben und aus dem Produkt bestehen, das durch Umsetzung eines Hydrids oder einer metallorganischen
Verbindung von Metallen der L IL und III. Gruppe des Periodensystems mit dem Produkt, das durch
Zusammenführen von Titan- oder Vanadiumverbindungen mit einem aus einem wasserfreien Mn-, Zn- oder
Mn-Halogenid bestehenden Träger unter Bedingungen, die die Aktivierung des wasserfreien Halogenids ermöglichen,
oder unter Verwendung des Halogenids selbst in bereits aktivierter Form erhalten worden ist.
Gegenstand der Erfindung ist das aus dem Patentanspruch ersichtliche Verfahren. Hierbei wurde gefunden,
dpß die beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Katalysatoren mit einer mit den bisher bekannten
Katalysatoren vergleichbaren Aktivität erhalten werden.
Unter aktivierten Magnesium- oder Manganhalogeniden sind die Halogenide in einer Form zu verstehen, die
sich dadurch auszeichnet, daß die intensivste Beugungslinie, die im Spektrum des normalen Magnesium- oder
Manganhalogenids erscheint, mit verringerter Intensität auftritt, und/oder daß sie eine Oberfläche von mehr als
3 m2/g, vorzugsweise mehr als 10 m2/g hat.
Die Magnesium- oder Manganhalogenide in der aktivierten Form können nach verschiedenen Verfahren
hergestellt werden. Eines der geeignetsten Verfahren besteht darin, daß man die Halogenide in Alkoholen,
Äthern oder anderen organischen oder anorganischen Lösungsmitteln löst, den größten Teil des Lösungsmittels
durch schnelles Abdampfen entfernt und abschließend diese Entfernung unter vermindertem Druck bei Temperaturen,
die irn allgemeinen über 100° C, insbesondere zwischen 150° und 500° C liegen, vollendet.
Magnesium- und Manganhalogenide in aktivierter Form können auch durch sehr feines Mahlen der Teilchen des Trägers und im allgemeinen nach beliebigen anderen physikalischen Verfahren, bei denen die Teilchen des Trägers der Einwirkung von Reibungs- und Gleitkräften unterworfen werden, hergestellt werden.
Magnesium- und Manganhalogenide in aktivierter Form können auch durch sehr feines Mahlen der Teilchen des Trägers und im allgemeinen nach beliebigen anderen physikalischen Verfahren, bei denen die Teilchen des Trägers der Einwirkung von Reibungs- und Gleitkräften unterworfen werden, hergestellt werden.
Eine Möglichkeit, Magnesiumhalogenide in aktivierter Form zu erhalten, besteht darin, daß man sie ausgehend
von Verbindungen der Formel RMgX, in der R ein Kohlenwasserstoffrest und X ein Halogenatom ist,
entweder durch Disproportionierung nach bekannten Verfahren oder durch Behandlung mit halogenierten
Verbindungen, zum Beispiel HCI, hergestellt.
Nach dem bevorzugten Verfahren wird die auf den Träger aufgebrachte Katalysatorkomponente hergestellt,
indem die Tiunverbindung in einem Gemisch mit Siliciumdioxid und eines Mangan- oder Magnesium..alogenids
durch gemeinsames Mahlen dispergiert wird. Das Mahlen wird vorzugsweise in einer Kugelmühle unter trockenen
Bedingungen ohne inerte Verdünnungsmittel durchgeführt.
Außer durch gemeinsames Mahlen ist die Herstellung auch durch einfaches Mischen der Titanverbindung mit
dem vorher gemahlenen Gemisch des Magnesium- oder Manganhalogenids und dem erfindungsgemäß verwendeten
wasserlreien Siliciumdioxid möglich.
Als Titanverbindungen eignen sich für die erfindungsgemäß verwendeten Katalysatoren im allgemeinen die
Halogenide, Oxyhalogenide. Halogenalkohole, Alkoholate, Halogentitanate oder Titanate von Ammonium,
Alkylammonium oder Alkalimetallen, Titanamide und Titanhalogenamide, Titansalze mit organischen Säuren
sowie die Additionsverbindungen von zweiwertigem, dreiwertigem und vierwertigem Titan mit Elektronendonatorverbindungen
(die im allgemeinen N, P, O und S als Elektronen donierende Atome enthalten), zum Beispiel
mit Äthern, Phosphinen, Aminen und Thioäthem
60 Geeignet sind ferner Titanverbindungen, die aus den oben genannten Titanverbindungen und Alkoholaten
und Amiden von Alkalimetallen erhalten werden, zum Beispiel LiTi(OCaHr)2Cb und LiTi(Ci2H8N)4
(worin CuHsN der Carbacylrest ist). Typische Beispiele von Titanverbindungen, die sich für die Herstellung der |
Katalysatoren gemäß der Erfindung eignen, sind TiCi4, TiCl3, 3 TiCl3 · AlCl3, TiJ4, Ti(OC3H7)Cl3, i|
Ti(OC4H9J2CI2, Ti[OQCHj) = CH-CO-CHJ2CI2, Ti[N(C2Hs)2]Cl3, Ti[N(C6Hs)2]CI3, Ti[N(C6H5)2]4, I
TiCI3(OSO2-C6H5), Ti(C6HsCOO)Cl3, [N(C4Hg)4J2TiCI6, [N(CHj)4JTi2Cl9, TiBr4 · O(C2HS)2,2 TiCl3 · C2H5N, Li- |
Ti(OC3Hr)2CI3 und LiTi(Ci2H8N)4 (Lithiumtitantetracarbacyl).
Die Menge der Titanverbindung, die für die Herstellung der auf den Träger aufgebrachten Katalysatorkomponente
verwendet wird, kann in weiten Grenzen liegen. Die Mindestmenge kann beispielsweise unter
0,01 Gew.-%, bezogen auf den Träger, liegen, während die maximale Menge Werte über 30 Gew.-% erreichen
kann. Besonders gute Ergebnisse in bezug auf die sowohl auf die Titanverbindung als auch den Träger bezogene
Polymerausbeute werden erhalten, wenn die Menge der Titanverbindung auf dem Träger 1 bis 10Gew.-%
betrag*
Besonders gut geeignet für die Herstellung des Katalysators sind die folgenden Hydride und metallorganischen
Verbindungen: Al(CHs)3, AI(C2Hs)2H, Al(IC4H9J3, Al(IC4Hg)2Cl, Al2(C2Hs)3Cl3, AI(C2Hs)2Cl. Al(JC4Hg)2H,
Al(C2Hs)2Br, LiAI(IC4Hg)4, und LiC4Hg.
Das Molverhältnis der metallorganischen Verbindung zur Titanverbindung ist nicht entscheidend wichtig. Bei
der Polymerisation von Äthylen liegt dieses Verhältnis vorzugsweise zwischen 50 und 1000.
Die Polymerisation und Copolymerisation wird in der Flüssigphase in Gegenwart oder Abwesenheit eines
inerten Lösungsmittels oder in der Gasphase verwendet Die Polymerisationstemperatur beträgt vorzugsweise
50° bis 100° C, wenn bei Normaldruck oder unter Druck gearbeitet wird. Während der Polymerisation wird das
Molekulargewicht des Polymeren nach bekannten Methoden eingestellt, indem beispielsweise in Gegenwart
vor, Alkylhalogeniden, metallorganischen Verbindungen von Zn oder Cd oder Wasserstoff gearbeitet wird.
Die Aktivität der üblichen Katalysatoren vom Ziegler-T; "p, die aus Verbindungen der Übergangsmetalle und
aus metallorganischen Verbindungen von Metallen der ersten, zweiten und dritten Gruppe erhalten werden,
wird bekanntlich durch die Anwesenheit von Wasserstoff und anderen Kettenüberträgern, die zur Einstellung
des Molekulargewichts verwendet werden, im Polymerisationssystem erheblich verschlechtert Im Gegensatz
hierzu ist es erfindungsgemäß möglich, das Molekulargewicht der Polymeren auf niedrige oder sehr niedrige
Werte einzusi Jlen, ohne daß eine wesentliche Verschlechterung der katalytischen Aktivität eintritt
Bei der Polymerisation von Äthylen ist es beispielsweise möglich, das Molekulargewicht des Polyäthylens
innerhalb eines Bereichs von praktischem Interesse einzustellen, der Werten der Grenzviskosität zwischen etwa
1 und 3 dl/g in Tetralin bei 135° C entspricht, ohne daß gleichzeitig eine Abnahme der auf die besonders aktiven
Katalysatoren bezogenen Polymerausbeute aufwerte eintritt, unterhalb derer das Polymere nach der Polymerisation
von Katalysatorresten gereinigt werden muß.
Die erhaltenen Polyäthylene sind im wesentlichen lineare und hochkristalline Polymere, die eine Dichte von
0,96 g/cm3 oder höher und eine sehr gute Verarbeitbarkeit haben, die im allgemeinen besser ist als bei Polyäthylenen,
die unter Verwendung der Standardkatalysatoren des Ziegler-Typs hergestellt werden.
Der Ti-Gehait der ungereinigten Polymeren liegt im allgemeinen unter 10 ppm. Gegenüber den bekannten
Katalysatoren, die aktivierte wasserfreie Halogenide des Magnesiums oder Mangans allein als Träger enthalten,
haben die Kat 'ysatoren gemäß der Erfindung erhebliche Vorteile. Der Hauptvorteil besteht darin, daß die
Katalysatorreste, die in dem erfindungsgemäß hergestellten Polyäthylen zurückbleiben, erheblich geringere
Mengen des Magnesiumhalogenids enthalten und demzufolge keine Korrosionserscheinungen oder in weit
geringerem Maße Korrosionserscheinungen während des Pressens oder der Formgebung des Polyäthylens
verursachen.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert Die dort genannten Prozentsätze beziehen
sich auf das Gewicht, falls nicht anders angegeben. Die Grenzviskosität (Inherent Viscosity) η der Polymeren
wurde in Tetralin bei 135° C bestimmt.
Beispiele 1 und 2
TiCI4, wasserfreies MgCl2 (48 Stunden in strömendem HCl bei 3500C getrocknet) oder Gemische dieser
Verbindungen mit SiO2 werden unter Stickstoff in eine Glasmühle (Länge 100 mm, Durchmesser 50 mm)
gegeben, die 550 g Stahlkugeln von 9,5 mm Durchmesser enthält. Das hierbei erhaltene Gemisch wird dann 16
Stunden bei 20°C gemahlen.
Eine gegebene Menge des in dieser Weise hergestellten Gemisches wird zusammen mit 1500 ml n-Heptan und
2 ml Al(I-C4Hg)3 in einem 3000-ml-Autoklaven aus nichtrostendem Stahl gegeben, der mit einem Ankerrührer
versehen und auf eine Temperatur von 85° C erhitzt ist. Auf den Autoklaven werden 7 Atmosphären Wasserstoff
und 6 Atmosphären Äthylen aufgedrückt. Der Druck wird durch ständiges Nachdrücken von Äthylen konstant
gehalten. Die Polymerisation wird nach 4 Stunden abgebrochen. Das Polymere wird abfiltriert und getrocknet.
Die Menge des erhaltenen Polymeren, seine Grenzviskosität sowie die Ausbeute, bezogen auf das verwendete
Titan, die Trägerkomponente und MgCl2, sind nachstehend in Tabelle I genannt.
Beiipiel | Mahlen der auf den Träger aufgebrachten | Polymerisation | Gebil | g Polyme- | g Poly- | g Poly | η |
Nr. | Komponente | Kompo | detes | res/g Ti | meres/g | meres/ | dl -g-i |
MgCI2 Streckmittel TiCl4 Ti | nente | Poly | Gesami- | g MgCI2 | |||
g Art g g Gew-% | auf dem | äthylen | träger | ||||
Träger | g | ||||||
mg |
1 | 1,7010 | Silicium | 1,6240 | 0,140 | 1,02 | 19,0 | 203 |
dioxid») | |||||||
2 | 10,0105 | — | — | 0,4000 | 0,97 | 11,0 | 90 |
(Vergl.) |
1045 000 10 680 21 780 1,16
844 000 8 180 8 510 1,33
844 000 8 180 8 510 1,33
*) Siliciumdioxid (Hersteller Grace-Davison), 6 Stunden in strömendem Stickstoff bei 900°C calciniert.
Beispiele 3bis6
3 TiCb ■ AICI3 (hergestellt durch Reduktion von TiCLj mit Aluminium und aktiviert durch Mahlen), wasserfreies
MgCl2 oder dessen Gemisch mit wasserfreiem S1O2 werden in den in Tabelle II genannten Mengen 16
Stunden bei 20° C in der in Beispiel 1 beschriebenen Mühle unter Stickstoff gemahlen. Mit dem hierbei erhaltenen
Gemisch werden Polymerisationsversuche unter den in Beispiel I genannten Bedingungen durchgeführt
Die eingesetzten Mengen und die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle II genannt
Beispiel | Mahlen der auf den Träger aufgebrachten | Polymerisation | Gebil | g Polyme- | g PoIy- | g Poly | V |
Nr. | Komponente | Kompo | detes | res/gTi | meres/g | meres/ | dl - g-i |
MgCl2 Streckmittel 3 TiCI3 · Ti | nente | Poly | Gesamt | g MgCb | |||
g Art g AICI3 Gew.-% | auf dem | äthylen | träger | ||||
g | Träger | g | |||||
mg |
410 000 17 550 62 000 1,49
320 000 13 150 80160 1,61
291000 12 550 44 IGt) 1,55
249 000 10 650 12 930 133
3 2,6185 Silicium- 4,9592 1,6379 4,28 20,2 355
dioxid·)
4 1,4326 Silicium- 5,9293 1,5188 4,12 21,2 279
dioxid*)
5 2,6437 Silicium- 4,9840 1,6632 432 18,8 236
dioxid··)
6 7,4272 - - 1,6088 4,28 15,6 166 (Vergl.)
*) Siliciumdioxid (Hersteller Grace-Davison), 6 Stunden bei 9000C in strömendem Stickstoff calciniert
**) Siliciumdioxid (Hersteller Grace-Davison), 8 Stunden bei 30C0C in strömendem Stickstoff calciniert
**) Siliciumdioxid (Hersteller Grace-Davison), 8 Stunden bei 30C0C in strömendem Stickstoff calciniert
Beispiele 7und8
3TiCb · AICI3 (hergestellt durch Reduktion von TiCU mit Aluminium und aktiviert durch Mahlen) und
wasserfreies MnCb (hergestellt durch Auflösen von MnCb in wasserfreiem Äthanol, Eindampfen und anschließendes
Mahlen bei 300°C unter 03 mm Hg) oder dessen Gemisch mit wasserfreiem SiO2 werden in den in
Tabelle III genannten Mengen 24 Stunden in der in Beispiel 1 beschriebenen Kugelmühle unter Stickstoff bei
20° C gemahlen. Unter Verwendung der erhaltenen Gemische werden Versuche zur Polymerisation von Äthylen
unter den in Tabelle III genannten Bedingungen durchgeführt Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle III
genannt.
Beispiel Nr. 7 |
8 | |
Mahlen der auf den Träger | ||
aufgebrachten Komponente | ||
MnCb, g | 2,7658 | 8,6208 |
Streckmittel | Siliciumdioxid* | } _ |
Menge des Streckmittels, g | 5,0120 | |
3TiCl3 · AlCl3, g | 0,3543 | 03834 |
Ti, Ge w.- *j | 1,05 | 1,025 |
Polymerisation | ||
Menge der auf den Träger aufgebrachten | 53,5 | 34,6 |
Komponente, mg | ||
Gebildetes Polyäthylen, g | j70 | 185 |
g Pulymerisat/g Ti | 658 000 | 522 000 |
g Polymerisat/g Gesamtträger | 6 920 | 5 350 |
g Polymerisat/g MnCb | 20 350 | 5 580 |
7, dl ■ g-1 | 2,09 | 2,44 |
*) Siliciumdioxid (Hersteller Grace-Davison), 6 | Stunden bei 900° C | in strömendem Stickstoff |
calciniert. | ||
Polymerisationsbedingungen: | ||
Autoklav 3000 ml | ||
Temperatur 85° C | ||
n-Heptan 1500 ml | ||
AI(i-C4H9)3 2 ml | ||
Wasserstof'ciruck 5 Atmosphären | ||
Äthylendruck konstant 10 Atmosphären | ||
Zeit 8 Stunden | ||
Beispiele 9und 10
ChTiN(C2Hs)2 und wasserfreies MgCb oder sein Gemisch mit Siliciumdioxid in den in Tabelle IV genannten
Mengen werden 64 Stunden in der in Beispiel 1 beschriebenen Mühle unter Stickstoff bei 20°C gemahlen. Mit
den hierbei erhaltenen Gemischen werden Polymerisationsversuche unter den in Beispiel 1 genannten Bedingungen
durchgeführt Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle IV genannt.
Beispiel Nr. | 10 (Vergleich) | |
9 | ||
Mahlen der auf den Träger | ||
aufgebrachten Komponente | 9,52 | |
MnCb. g | 4,3859 | — |
Streckmittel | Siliciumdioxid*) | — |
Menge des Streckmittels, g | 4,3975 | Cl3TiN(C2Hs)2 |
Titanverbindung | Cl3TiN(C2Hs)2 | 0,420 |
Menge der Titanverbindung, g | 0,3880 | 0,895 |
Ti,Gew.-% | 0,896 | |
Polymerisation | 14,3 | |
Auf den Träger aufgebrachte | 14,2 | |
Komponente, mg | 105 | |
Gebildetes Polyäthylen, g | 107 | 820 000 |
g Polymeres/g Ti | 842 000 | 7 340 |
g Polymeres/g Gesamtträger | 7 540 | 7 660 |
g Polymeres/g MgCb | 15 770 | 1,23 |
»indl · g-' | 1,23 | |
·) Siliciumdioxid (Hersteller Grace-Davison), 6 Stunden bei 900° C in strömendem Stickstoff 30
calciniert
Beispiele 11 und 12
Cl3Ti(n-OC3H7) und wasserfreies MgCl2 oder sein Gemisch mit Siliciumdioxid in den in Tabelle V genannten 35
Mengen werden 16 Stunden in der in Beispiel 1 beschriebenen Mühle unter Stickstoff bei 2O0C gemahlen. Unter
Verwendung der hierbei erhaltenen Gemische werden Versuche zur PolynierisaiiGn von Äthylen unter den in
Tabelle V genannten Bedingungen durchgeführt. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle V genannt.
Beispiel Nr. 11
12 (Vergleich)
Mahlen der auf den Träger | 43121 | 10,810 |
aufgebrachten Komponente | Siliciumdioxid*) | — |
MgCb, g | 43401 | — |
Streckmittel | Cl3Ti(n-OC3H7) | Cl3Ti(n-OC3H7) |
Menge des Streckmittels, g | 03596 | 0,450 |
Titanverbindung | 0,897 | 0,900 |
Menge der Titanverbindung, g | ||
Ti, Gew.-°/o | 16,0 | 12,4 |
Polymerisation | ||
Auf den Träger aufgebrachte | 283 | 241 |
Komponente, mg | 1975 000 | 2 160 000 |
Gebildetes Polyäthylen, g | 17 680 | 19 400 |
g Polymeres/g Ti | 36 950 | 20 250 |
g Poiymeres/g Gesamtträger | 2,0 | 137 |
g Polymeres/g MgCb | *) Siliciumdioxid (Hersteller Grace-Davison), 6 Stunden bei 9000C | in strömendem Stickstoff |
α dl · g | calciniert | |
21 37 872 | m | |
Polymerisationsbedingungen·. Autoklav 2000 ml Temperatur 85°C n-Heptan 1000 m! AI(IC4Hg)3 2 ml Wasserstoffdruck 5 Atmosphären Äthylendruck 10 Atmosphären konstant Zeit 8 Stunden |
a 1 1 |
|
5 | ä ■ ä I 6 I |
|
IO | ||
15 | ||
20 | ||
25 | ||
30 | ||
35 | ||
40 | ||
45 | ||
50 | ||
55 | ||
60 | ||
65 | ||
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfaliren zur Polymerisation von Äthylen oder dessen Gemischen mit «-Olefinen und/oder Diolefmen bei Temperaturen zwischen —80° und +200° C in Gegenwart eines Trägerkatalysators, der durch Reaktion
5a) eines Hydrids oder einer metallorganischen Verbindung von Metallen der L, IL und III. Gruppe des Periodensystems mitb) dem Produkt aus einer Titanverbindung und einem wasserfreien Magnesium- oder Manganhalogenid in aktivierter Form, dessen im Röntgenpulverdiagramm auftretende intensivste Beugungslinie gegenüberίο den normalen Halogeniden verringerte Intensität besitzt und/oder dessen Oberfläche größer als 3 m2/gist, hergestellt worden ist,
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