DE2242752A1 - PROCESS FOR POLYMERIZING AETHYLENE - Google Patents
PROCESS FOR POLYMERIZING AETHYLENEInfo
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Description
> — £OlS©:B3SBSCHI.i:iSS:HEIM:> - £ OlS ©: B3SBSCHI.i: iSS: HEIM:
31 .AugUSt 19?231 august 19-22
S-457S-457
HBSSiLBQH-& BSfEIiOPMSM GOMPiJIY Pittsiburgh, Pennsylvania, iLst.A.HBSSiLBQH- & BSfEIiOPMSM GOMPiJIY Pittsiburgh, Pennsylvania, iLst.A.
¥erfahrem Kimm Polymerisieren iron Äthylen¥ experienced Kimm polymerizing iron ethylene
diese Anmeldung wird die Priorität void 3· September 1971 .aias eier WSA-JPateiitiaaiineläiiaag Serial Ιο. 177 864 in Aiisprucli ge-this application becomes priority void 3 September 1971 .aias eier WSA-JPateiitiaaiineläiiaag Serial Ιο. 177 864 in Aiisprucli
fiiiäet WeitYerTareiteiie Anwendung für ireicseliietleiie BlasvceiciioriniiaiigsTerfahren* Bie Blasverfomrung ist (ein ferfalireii Kar Herstellimg iron Holilikörperni, Tsei dem ein .giesemimolzeiieis Boljätkjleiirolh.rj das geiwi5ihnlieh als Külbel Tbeseielmeifc wird:, an einem Ende irersenlossen nand durch Einblasen iron ©as;, wie !raft,, zwangsläufig in die gewiänschte Form gefeaekt iwird, indein die Wandiangen des Eüllbels nach aussen Segen eine lorira ιτ,οη (der gewiänsoliten Gestallt "aiiifgeiblasen" werden. Bas JEüllbel wird dia?©Jl3. Strangpressen des Polyäthylens unter gesteuerten BedingiEoagen ir©n !iTemperatmr und Druck dnreh. eine Strangpressinatrize hergestellt» Wenn das BolyäthylenküTbel aus der Matrize austritt9 neigt es zum Quellen, woibei seine 'Wandungen dicjker als die Mätrizenoffnungen werden, Ein" ahnliches ¥erhalten Ibeolbaehtet iman,, wenn man geschmolzenes Polyäthylen durch eine kleine (Öiünung presst3 auch in diesem IPaIIe wird der Durchmesser des gesiehmolzenen Extrudäts ;gri5sser als der Durchmesser der IPressoffkung» Das ¥erhältnis des Durchmessers des Extrudats zum Durchmesser der Strangpressöff nung wird alsThe application for ireicseliietleiie BlasvceiciioriniiaiigsTerfahren is continued , inevitably feaekt in the desired shape, in the walls of the envelope to the outside blessing a lorira ιτ, οη (the solitary shape "aiiifgeiblasen". Bas JEüllbel is dia? When the bolyethylene bucket emerges from the die 9 it tends to swell, whereby its walls become thicker than the mistress openings also in this IPaIIe the diameter of the melted n extrudates ; Larger than the diameter of the compression molding »The ratio of the diameter of the extrudate to the diameter of the extrusion opening is called
ΊΙΙΙΙΟΐ (Olli!) Ii lOl Il ■· LIXIGBUHIIJ EBIMHIBTΊΙΙΙΙΟΐ (Olli!) Ii lOl Il ■ · LIXIGBUHIIJ EBIMHIBT
Quellverhältnis des Polymerisats bezeichnet.Denotes swelling ratio of the polymer.
Ptir die erfolgreiche Durchführung der Blasverformung ist es ausschlaggebend, dass nan imstande ist, das Quellverhältnis des Polymerisats bei diesem Terfahrensschritt unter Kontrolle zu halten. Wenn ζ·Β. zwei Polymerisatansätze, die durch Blasverformung verarbeitet werden, unterschiedliche Quellverhaltnisse haben, so führt dies zu einem Unterschied im Fertiggewicht des durch Blasverformung hergestellten Erzeugnisses, wenn die Maschinenbedingungen nicht auf den Unterschied in dem Quellverhältnis abgestimmt werden. Daher besteht das technische Bedürfnis, Polyäthylen von gesteuertem "Quell11-vermogen zur Verfügung su stellen.For successful blow molding, it is crucial that nan is able to keep the swelling ratio of the polymer under control during this process step. If ζ · Β. two polymer batches which are processed by blow molding have different swelling ratios, this leads to a difference in the finished weight of the product manufactured by blow molding if the machine conditions are not matched to the difference in the swelling ratio. Therefore, there is a technical need to provide controlled "source 11" polyethylene.
Ke kommt noch hinzu, dass Polyäthylen, welches sich für einen Anwendungszweck eignet, nicht notwendigerweise für einen anderen Anwendungszweck geeignet zu sein braucht. Um den Bedarf nach Polymerisaten von unterschiedlichen Quellverhältniesen zu befriedigen, muss ein Verfahren zum Steuern des Ausmasse s der Quellung des Polymerisats entwickelt werden.Ke also adds that polyethylene, which is suitable for one application, does not necessarily have to be suitable for another application. To the need for polymers with different swelling ratios To satisfy this, a method of controlling the amount of swelling of the polymer must be developed.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein lineares Niederdruckpolyäthylen mit dem gewünschten Quellverhältnis durch Anwendung eines Verfahrens zum Steuern der Polymerisation des Äthylens zur Verfügung zu stellen.The invention is therefore based on the object of providing a linear low-pressure polyethylene with the desired swelling ratio by using a method for controlling the polymerization of ethylene.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass man die Wasserstoffkonzentration und/oder die Aktivierungstemperatur des Katalysators bei der Polymerisation des Äthylens an einem einen Kieselsäuretrager aufweisenden Chromoxidkatalysator steuert.According to the invention, this object is achieved in that one the hydrogen concentration and / or the activation temperature of the catalyst in the polymerization of the Ethylene on a chromium oxide catalyst containing a silica support controls.
Die Herstellung von Hiederdruckpölyäthylen durch Polymerisieren von Äthylen in Gegenwart von Chrom(Vl)-oxid auf Kieselsäure ist in der USA-Patentschrift 2 825 721 beschrieben, auf die hier insoweit ausdrücklich Bezug genommen wird.The production of low pressure polyethylene by polymerizing of ethylene in the presence of chromium (VI) oxide on silica is described in US Pat. No. 2,825,721, to which reference is expressly made here.
Der Katalysator kann nach bekannten Verfahren, z.B. durch unmittelbares Mischen der festen Bestandteile, durch Imprägnieren und dergleichen, hergestellt werden. Zur Erzielung der optimalen Aktivität wird das Katalysatorgemisch aus Chromoxid und Kieselsäure gewöhnlich vorzugsweise für eine ausreichendeThe catalyst can be impregnated by known methods, for example by directly mixing the solid components and the like. To achieve the optimum activity, the catalyst mixture is made of chromium oxide and silica usually preferably for sufficient
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Zeitdauer auf eine erhöhte Temperatur erhitzt, um die Aktivität des Katalysators für die Polymerisationsreaktion zu erhöhen. Vorzugsweise erhitzt man den katalysator unter nieht-reduzierenden Bedingungen in einer Atmosphäre aus "beispielsweise Sauerstoff, Luft, Stickstoff, Kohlendioxid, Helium, Argon, Krypton oder Xenon. Reduzierende Gase, wie Wasserstoff oder Kohlenmonoxid, können in der Aktivierungsatmosphäre enthalten sein, wenn die Verweilzeit des Katalysators darin so "begrenzt wird, dass es zu keiner wesentlichen Reduktion des sechswertigen Chrom kommt; jedoch ist die Anwesenheit solcher .Gase und allgemein die Anwesenheit von Reduktionsmitteln gewöhnlich nicht erwünscht. . -Period of time heated to an elevated temperature to complete the activity of the catalyst for the polymerization reaction. The catalyst is preferably heated under non-reducing conditions Conditions in an atmosphere of "for example oxygen, air, nitrogen, carbon dioxide, helium, argon, krypton or xenon. Reducing gases such as hydrogen or carbon monoxide may be included in the activation atmosphere if the residence time of the catalyst in it is so "limited is that there is no substantial reduction in hexavalent chromium; however, the presence of such .gases and generally the presence of reducing agents is usually undesirable. . -
Temperatur und Dauer der Aktivierung können innerhall) weiter Grenzen sehwanken und stehen in enger Beziehung zueinander, indem "bei niedrigeren Temperaturen längere Aktivierungszeiten erforderlieh sind und umgekehrt. Durch Vermählen von fester Kieselsäure mit festem Chromoxid hergestellte Katalysatoren lassen sich bei niedrigeren Temperaturen aktivieren als Katalysatoren, die durch Tränken von Kieselsäure mit wässrigen Lösungen von Chromverbindungen hergestellt sind. Durch Mischen der trockenen Bestandteile hergestellte Katalysatoren werden gewöhnlich bei mindestens 177° G und nicht wesentlich über etwa 816° C aktiviert. Durch Tränken von Kieselsäure mit einer wässrigen Lösung einer Chromverbindung hergestellte Katalysatoren werden gewöhnlich bei Temperaturen von mindestens 232° C, aber ebenfalls nicht über 816° C, aktiviert. Die Aktivierungsdäuer liegt im Bereich von 1 Sekunde bei der höchsten Temperatur bis zu 50 Stunden oder mehr bei der niedrigsten Temperatur.The temperature and duration of the activation can be set within) further limits fluctuate and are closely related to each other by "longer activation times at lower temperatures are required and vice versa. By marrying Catalysts made from solid silica with solid chromium oxide can be activated at lower temperatures as catalysts, which are produced by impregnating silica with aqueous solutions of chromium compounds. Catalysts made by mixing the dry ingredients will usually be at least 177 ° G and not substantially activated above about 816 ° C. By soaking in silica Catalysts made with an aqueous solution of a chromium compound are usually used at temperatures of at least 232 ° C, but also not above 816 ° C. The activation time is in the range of 1 second at the highest temperature up to 50 hours or more at the lowest temperature.
Der Chromoxidkatalysator kann hergestellt werden, indem man pulverförmige Kieselsäure mit einer Lösung von Chromoxid oder einer durch Kalzinieren in Chromoxid überführbaren Verbindung tränkt,,dann trocknet und 3 bis 10 Stunden oder langer bei Temperaturen von 232 bis 816° C, vorzugsweise von 399 bis 816° C, aktiviert. Die Aktivierung wird durchgeführt, in-' dem man den Katalysator in einem Gasstrom erhitzt, der vor-The chromium oxide catalyst can be prepared by powdered silica with a solution of chromium oxide or a compound which can be converted into chromium oxide by calcination soaks, then dries, and 3 to 10 hours or longer activated at temperatures from 232 to 816 ° C, preferably from 399 to 816 ° C. The activation is carried out, in- ' by heating the catalyst in a gas stream that
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zugsweise Sauerstoff enthält und praktisch wasserfrei ist. Der Taupunkt des aktivierenden Gases soll unter 24° C und vorzugsweise, unter -18° C liegen. Inertgase, wie Kohlendioxid und Stickstoff, können für die Aktivierung verwendet werden.preferably contains oxygen and is practically anhydrous. The dew point of the activating gas should be below 24 ° C and preferably, be below -18 ° C. Inert gases such as carbon dioxide and nitrogen can be used for activation.
Das Quellverhältnis von Äthylenpolymerisaten ist für die Bestimmung der Verwendbarkeit des betreffenden Äthylenpolymerisats für ein bestimmtes Yerarbeitungsverfahren ausschlaggebend. Ein Unterschied von 4 i° im Quellverhältnis kann das Polymerisat für bestimmte technische Anwendungszwecke ungeeignet machen. Es wurde gefunden, dass das Quellverhältnis von Polyäthylen durch Erhöhung der Wasserstoffkonzentration in der Polymerisationszone bei Verwendung eines Chromoxid-Kieselsäurekatalysators entsprechend vermindert und durch Herabsetzung der Wasserstoffkonzentration in der Polymerisationszone entsprechend erhöht wird. Ferner wurde gefunden, dass das Quellverhältnis des Polyäthylens durch Herabsetzung der Aktivierungstemperatur des für die Polymerisation des Äthylens verwendeten Chromoxid-Kieselsäurekatalysators bedeutend erhöht wird. Bei Erhöhung der Aktivierungstemperatur wird das Quellverhältnis des entstehenden Polyäthylens herabgesetzt. Wenn man daher die Aktivierungstemperatur des Katalysators erniedrigt und die Wasserstoffkonzentration in der Polymerisationszone erhöht, erhält man im Endergebnis ein Polyäthylen mit einem Quellverhältnis, das zwischen demjenigen Quellverhältnis, welches sich·bei Verwendung eines bei der niedrigeren Temperatur aktivierten Katalysators einstellt, und demjenigen Quellverhältnis liegt, das sich bei Verwendung eines bei höherer Temperatur aktivierten Katalysators bei erhöhter Wasserstoffkonzentration einstellt.The swelling ratio of ethylene polymers is decisive for determining the usability of the ethylene polymer in question for a specific processing method. A difference of 4 ° in the swelling ratio can make the polymer unsuitable for certain technical purposes. It has been found that the swelling ratio of polyethylene is correspondingly reduced by increasing the hydrogen concentration in the polymerization zone when using a chromium oxide-silica catalyst and is increased accordingly by reducing the hydrogen concentration in the polymerization zone. It has also been found that the swelling ratio of the polyethylene is significantly increased by lowering the activation temperature of the chromium oxide-silica catalyst used for the polymerization of the ethylene. When the activation temperature is increased, the swelling ratio of the resulting polyethylene is reduced. If, therefore, the activation temperature of the catalyst is lowered and the hydrogen concentration in the polymerization zone is increased, the end result is a polyethylene with a swelling ratio which is between the swelling ratio which is established when using a catalyst activated at the lower temperature and the swelling ratio which occurs when using a catalyst activated at a higher temperature at an increased hydrogen concentration.
Bei der Steuerung des kontinuierlichen Äthylenpolymerisationsverfahrens kann das Quellverhältnis des Polymerisats mit Hilfe herkömmlicher Analysiergeräte, die in den Betriebsgang eingeschaltet oder unabhängig davon sein können, bestimmt werden, wie sie beispielsweise für die Bestimmung des Schmelzindex verwendet werden, und die Aktivierungstemperatur des Katalysators und/oder die Wasserstoffkonzentration in der PoIy- In controlling the continuous ethylene polymerization process the swelling ratio of the polymer can be determined with the aid of conventional analyzers which are included in the operation switched on or independent of it, can be determined, for example, for the determination of the melt index are used, and the activation temperature of the catalyst and / or the hydrogen concentration in the poly
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merisationszone können so auf die Messwerte eingestellt werden, dass man ein Produkt mit dem gewünschten Quellverhältnis erhält. Es wurde z.B. festgestellt, dass bei der Herstellung eines linearen Polyäthylens mit einem Sehmelzindex von 0,3 in Gegenwart eines Ghromoxid-Iieselsämrekatalysators ein Anstieg in der Wasserstoff konzentration im Eeaktionsgemisch mn 0,3 Molprozent zu einem Mfickgang des Quellyerhältnisses um 12,5 $ führt. Wenn man bei der Herstellung eines gleichen Polyäthylens die iLkriävieriaiigstemperatur des Katalysators von 816 auf 704° G verminder-fe, erhöht sich das QuellverhältnisThe merization zone can be adjusted to the measured values in such a way that a product with the desired swelling ratio is obtained. It was found, for example, that in the production of a linear polyethylene with a Sehmelzindex of 0.3 in the presence of a Ghromoxid-Iieselsämrekatalysators an increase in the hydrogen concentration in the reaction mixture 0.3 mol percent leads to a mfickgang the source ratio of 12.5 $ . If, in the manufacture of the same polyethylene, the operating temperature of the catalyst is reduced from 816 to 704 ° C., the swelling ratio increases
Beispiel 1 ' " _ . Example 1 '"_.
In diesem und dem folgenden Beispielen, wird Äthylen in einer 189 1 fassenden Seaktionssehlange von 15 cm lichter Weite polymerisiert. Ber !Katalysator "besteht aus Chromoxid auf Siliciumdioxid und enthält 2,0 Sewiehtsprozent OrO, und Cr2O, "bei einer Miaifiestkonzeiitration an Siliciumdioxid von 97,0 Gewichtsprozent. Die maximale Konzentration von Cr pO^ in dem Katalysator !beträgt O3 2 ©ewielitsprozent, und der Katalysator enthält andere YezronreäTnigmigeje in geringeren Konzentrationen..In this and the following examples, ethylene is polymerized in a 189 1-capacity Seaktionssehlange with a clear width of 15 cm. Ber! Catalyst "consists of chromium oxide on silicon dioxide and contains 2.0 percent by weight OrO, and Cr 2 O," with a medium concentration of silicon dioxide of 97.0 percent by weight. The maximum concentration of Cr pO ^ in the catalyst! Is O 3 2%, and the catalyst contains other YezronreäTnigmigeje in lower concentrations.
Der Katalysator wird 4 Stranden !bei erhöhter !Temperatur getrocknet waä mindestens 8 Stunden in der Wirbelschicht "bei 816 G aktiviert, Ber aktivierte Katalysator wird gekühlt und in einem !lagerbehälter umter Stickstoff aufbewahrt.The catalyst is activated for 4 strands! At an elevated temperature for at least 8 hours in the fluidized bed at 816 G, the activated catalyst is cooled and stored in a storage container of nitrogen.
im vorliegenden Beispiel wird Äthylen kontinuierlichen der Eeaktionsseialaaage in Gegenwart von Isobutan bei 104° C,. einem Überdruck von 39a2 kg/em und einer mittleren Yerweilzeit von 3»1 Stunden polymearlsierib. Die Äthylenkonzentratioh in dem Isolbiataai beträgt 4,<»ί52 Gewichtsprozent, und in dem Isobutan wird eine Konzentration an Hexen von 0,30 Gewichtsprozent innegeteäiteia. Ber !bei 816° C aktivierte Katalysator wird der EeaktioMsseialaiELge mit solcher Geschwindigkeit zugeführt, dass die Katalysaifcorkoaisiemibraitioii in der Eeaktionszone bei 0,1145-€rewi©Jh.tspr©Eeiit k©M©tarnt bleibt.In the present example, ethylene is continuously used in the reaction mixture in the presence of isobutane at 104 ° C. an overpressure of 39 a 2 kg / em and an average Yerweilzeit of 3 »1 hour polymearlsierib. The ethylene concentration in the Isolbiataai is 4. <»52 percent by weight, and in the isobutane a concentration of 0.30 percent by weight of hexene is innegeteia. Catalyst activated at 816 ° C is fed to the EeaktioMsseialaiELge at such a rate that the catalyst coaisiemibraitioii remains camouflaged in the Eeaktionszone at 0.1145 € rewi © Jh.tspr © Eeiit k © M ©.
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Das entstehende lineare Polyäthylen wird kontinuierlich aus der Reaktionsschlange in einer Ausbeute von 22 900 kg je kg Katalysator gewonnen. Der Schmelzindex und das Quellverhältnis des Polyäthylens werden durch Strangpressen des linearen Polyäthylens durch eine Strangpressöffnung von 2,10 mm Durchmesser hei 190° C gemäss der ASTM-Prüfnorm D-1238-57T1 bestimmt. Der Schmelzindex beträgt 0,30 und das Quellverhältnis 1,56.The resulting linear polyethylene is continuously obtained from the reaction coil in a yield of 22,900 kg per kg of catalyst. The melt index and the swelling ratio of the polyethylene are determined by extrusion of the linear polyethylene through an extrusion opening of 2.10 mm diameter at 190 ° C. in accordance with ASTM test standard D-1238-57T 1 . The melt index is 0.30 and the swelling ratio is 1.56.
Man arbeitet nach Beispiel 1, aktiviert jedoch den Katalysator bei 704° G. Das kontinuierlich aus der Reaktionsschlange gewonnene lineare Polyäthylen hat in diesem Falle, bestimmt gemäss Beispiel 1, einen Schmelzindex von 0,30 und ein Quellverhältnis von 1,65.Example 1 is followed, but the catalyst is activated at 704 ° G. The linear polyethylene obtained continuously from the reaction coil has in this case, determined according to Example 1, a melt index of 0.30 and a swelling ratio of 1.65.
Ein Yergleich der in den Beispielen 1 und 2 erhaltenen Quellverhältnisse zeigt, dass das Quellverhältnis um 5,8 # steigt, wenn die Aktivierungstemperatur des Katalysators um 112° C abnimmt.A comparison of those obtained in Examples 1 and 2 Swelling Ratios shows that the swelling ratio increases by 5.8 # when the activation temperature of the catalyst changes 112 ° C decreases.
Man arbeitet nach Beispiel 1, jedoch bei einer Wasserst off konzentration von 0,29 Molprozent des Reaktionsgemisches in der Reaktionsschlange. In diesem Falle hat das aus der Reaktionsschlange kontinuierlich abgezogene lineare Polyäthylen, bestimmt gemäss Beispiel 1, einen Sehmelzindex von 0,30 und ein Quellverhältnis von 1,40.You work according to Example 1, but with a Wasserst off concentration of 0.29 mole percent of the reaction mixture in the response queue. In this case, the linear polyethylene continuously withdrawn from the reaction coil, determined according to Example 1, a Sehmel index of 0.30 and a swelling ratio of 1.40.
Ein Vergleich der Beispiele 1 und 3 zeigt, dass das QuellVerhältnis des Produkts durch Einführen von 0,29 Molprozent Wasserstoff in das Reaktionsgemisch um 10,3 $ abnimmt.A comparison of Examples 1 and 3 shows that the swell ratio of the product by introducing 0.29 mole percent Hydrogen in the reaction mixture decreases by $ 10.3.
Man arbeitet nach Beispiel 2 und erhält in diesem Falle ein lineares Polyäthylen mit einem Schmelzindex von 0,27 und einem Quellverhältnis von 1,63.One works according to Example 2 and in this case a linear polyethylene with a melt index of 0.27 and a swelling ratio of 1.63.
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Man arbeitet nach Beispiel 4> jedoch mit einer Wasserstoff konzentration im Reaktionsgemisch von 0,31 Molprozent., Das kontinuierlich aus der Reaktionsschlange abgezogene lineare Polyäthylen hat in diesem Falle einen Schmelzindex von 0,27 und ein Quellverhältnis von 1,54.Example 4 is used but with a hydrogen concentration in the reaction mixture of 0.31 mol percent., The linear polyethylene continuously withdrawn from the reaction coil in this case has a melt index of 0.27 and a swell ratio of 1.54.
Ein Vergleich der Ergebnisse der Beispiele 4 und 5 zeigt, dass durch Erhöhung der Wasserstoffkonzentration in der Polymerisationszone das Quellverhältnis, um 5,5 $ herabgesetzt worden ist.A comparison of the results of Examples 4 and 5 shows that by increasing the hydrogen concentration in of the polymerization zone, the swelling ratio is reduced by $ 5.5 has been.
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