DE2329641C3 - Verfahren zur Polymerisation von ct-Olefinen - Google Patents
Verfahren zur Polymerisation von ct-OlefinenInfo
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- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft die Polymerisation von «-Olefinen, insbesondere Propylen, zu teilkristallinen
Polymeren mittleren Polymerisationsgrades.
Zur Herstellung von hochkristallinem Polypropylen to
werden üblicherweise sogenannte Ziegler-Katalysatoren, bestehend aus Titantrichlorid und Aluminiumalkylhalogeniden,
bevorzugt Aluminiumdiälhylmonochlorid, eingesetzt. Wie beispielsweise in der DE-OS 21 47 654
ausgeführt ist, sinkt bei Verwendung von Aluminium- 5s
trialkyl die Kristallinität stark ab, während die Reaktionsgeschwindigkeit ansteigt. Ebenso verringert
sich die Kristallinität auch mit steigender Temperatur, so daß nur Polymerisationsverfahren, die erheblich
unter 1000C arbeiten und zu hochmolekularen, hochkri- wi
stallinen Kunststoffen führen, technische Bedeutung erlangt haben.
In den letzten Jahren wurde eine Reihe neuartiger, modifizierter Ziegler-Katalysatoren beschrieben, die
Unisetzungsprodukte von Magnesiumverbindungen mit h\
Titanverbindungen sowie Aluminiumorganylen darstellen. Diese Systeme haben rasch große technische
Bedeutung für die Herstellung von Polyäthylenen gewonnen. Versuche, mit diesen Kontakten auch
Polypropylene mit anwendungstechnisch interessanten Eigenschaften in technisch zufriedenstellenden Ausbeuten
herzustellen, brachten jedoch keinen Erfolg. So ist beispielsweise in der DE-OS 21 59 910 die Polymerisation
von Olefinen bei Temperaturen über 1100C unter
Verwendung von Katalysatoren, bestehend aus Magnesium- und Titanverbindungen sowie halogenhaltigen
aluminiumorganischen Verbindungen, beschrieben, wobei in hohen Kontaktausbeuten Polyäthylene erhalten
werden, während bei der Polymerisation von Propylen diese sehr gering sind.
Gegenstand der DE-AS 18 16 048 ist die Polymerisation und Mischpolymerisation von Olefinen mit
ähnlichen Kontaktsystemen, wobei bei der Polymerisation von Propylen in flüssigem Propylen bei 60° C
gearbeitet wird. Das Verfahren ist kompliziert und liefert nahezu vollständig amorphes Polypropylen.
Die Polymerisation von a-Olefinen unter Verwendung
von Kontaktsystemen, bestehend aus den Umsetzungsprodukten von Titan- und Magnesiumverbindungen
unter Zugabe von Aluminiumalkylchloriden oder Aluminiumalkylen, ist in der DE-OS 19 29 863 beschrieben.
Bei Anwendung hoher Wasserstoffkonzentrationen und Temperaturen zwischen 110 und 1800C gelingt
es, niedermolekulare Polyäthylene herzustellen. Wenn hierbei als aluminiumorganische Verbindungen Aluminiumalkylhydride
oder Aluminiumalkyle eingesetzt werden, die auch als besonders günstig hervorgehoben
sind, fallen diese Polyäthylenwachse in relativ hohen Kontaktausbeuten an.
Weitgehend identische Aussagen sind der DE-OS 19 64 186 zu entnehmen. Hier besteht der Katalysator
aus einem Umsetzungsprodukt aus Magnesium- und Titanverbindungen, dem noch Aluminiumalkoholate
und/oder Kieselsäurealkylester zugefügt werden. Die Herstellung von kunststoffartigem, hochmolekularem
Polypropylen gelingt bei Temperaturen weit unter 1000C unter Verwendung der als bevorzugt bezeichneten
halogenfreien Aluminiumalkyle. Über die Kristallinität des so hergestellten Polypropylens wird jedoch
keine Aussage gemacht, ebensowenig über das Verhalten des Propylens bei Temperaturen über 10O0C. Sollen
niedermolekulare Polyolefine hergestellt werden, so werden hohe Wasserstoffkonzentrationen in der Gasphase
benötigt. Unter diesen Bedingungen lassen sich zwar Polyäilhylenwachse vorteilhaft produzieren, bei
Einsatz von Propylen werden jedoch nur geringe Umsätze erzielt.
Nach den vorstehend aufgezeigten Verfahren gelingt es somit nicht, Polypropylen mittleren Polymerisationsgrades in technisch erforderlichen Kontaktausbeuten
herzustellen. Aus dem zitierten Schrifttum muß man vielmehr schließen, daß einerseits bei Temperaturen
über 100° C die Polymerisationsaktivitäten für Propylen
sehr niedrig werden und andererseits diese Polymeren weitgehend amorph anfallen. Selbst die Verwendung
von halogenfreien Aluminiumalkylen, die, wie dargelegt, im allgemeinen eine Aktivitätserhöhung bewirken, führt
nicht zu zufriedenstellenden Kontaktausbeuten. Darüber hinaus ist hierbei eine weitere Verminderung des
ohnehin niedrigen Anteils an kristallinem Propylen zu erwarten.
Es wurde nun ein Verfahren gefunden zur Homopolymerisation von ivOlefinen der allgemeinen Formel
R-CH=CH2. in der R einen Alkylrest mit 1 bis 30
Kohlenstoffatomen bedeutet, und zu deren Mischpolymerisation miteinander bzw. mit Äthylen in einem
inerten Kohlenwasserstoff, bei Drücken unterhalb 20 atü, mittels eines Katalysatorsystems, bestehend aus
einem durch Umsetzung zwischen einem Chlorid und/oder Alkoholat des vierwertigen Titans und
Alkoholaten und/oder hydroxylgruppenhaltigen Verbindungen des Magnesiums, wobei letztere außer den
Hydroxylgruppen noch Nitrat-, Carbonat-, Sulfat oder Carboxylatgruppen enthalten können, sowie gegebenenfalls
Chloriden oder Alkoholaten des Siliziums bzw. Aluminiums, in einem inerten Kohlenwasserstoff, bei
Temperaturen zwischen 50 und 1400C und anschließendes
wiederholtes Waschen mit inerten Kohlenwasserstoffen hergestellten, von löslichen Verbindungen
freien. Alkoxy- und Chlorgruppen enthaltenden Reaktionsprodukt (A) und aus einer aluminiumorganischen
Verbindung als Katalysatorkomponente (B), wobei die Komponente (A), bezogen auf das fixierte Titan, in
Konzentrationen zwischen 0,1 und 5 Millimolen pro Liter inertem Kohlenwasserstoff und die Komponente
(B) in Konzentrationen zwischen 1 und 20 Millimolen pro Liter inertem Kohlenwasserstoff eingesetzt werden,
gegebenenfalls in Gegenwart kleiner Mengen von Wasserstoff, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die
Polymerisation in Lösung bei Temperaturen zwischen 100 und 160° C durchgeführt wird und daß als
Komponente (B) Alkylaluminiumchloride eingesetzt werden, wobei das atomare Verhältnis von Al: Cl in der
aluminiumorganischen Komponente (B) zwischen 4 :1 und 0,8 :1 liegt.
Es war äußerst überraschend und auch für den Fachmann nicht vorhersehbar, daß es auf dem
erfindungsgemäßen Weg gelingt, teilkristalline Polypropylene mittleren Polymerisationsgrades in hohen
Ausbeuten herzustellen. Besonders vorteilhaft im Hinblick auf eine großtechnische Nutzung ist hierbei die
relativ hohe Temperatur, die die Abführung der entstehenden Reaktionswärme erleichtert. Darüber
hinaus ist die Abtrennung von Kontaktresten bei Lösungen vergleichsweise einfach, insbesondere dann,
wenn die Mengen aufgrund hoher Kontaktausbeuten niedrig sind. Als weiterer sehr wesentlicher Vorteil des
erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Möglichkeit anzusehen, durch Variation des Verhältnisses Al: Cl in
der aluminiumorganischen Komponente das Verhältnis amorph zu kristallin in den Polymeren zu beeinflussen.
Während jedoch allgemein, wie bereits erwähnt, die Verschiebung des atomaren Verhältnisses Al : Cl von
1 : 1 zugunsten des Aluminiums, beispielsweise durch Zugabe von Aluminiumtriäthyl zum System Titantrichlorid-Diäthylaluminiummonochlorid
eine starke Zunahme von amorphen Anteilen bewirkt, zeigt sich unter erfindungsgemäßen Bedingungen völlig überraschend
der entgegengesetzte Effekt.
Polymerisate, die unter Verwendung einer aluminiumorganischen Komponente mit dem Verhältnis
Al : Cl = 1:1 hergestellt worden waren, erwiesen sich
beispielsweise als weniger kristallin als solche, die bei einer Zusammensetzung von AhCl = 2:1, d.h.
chlorärmeren, entstanden waren.
Als Maß für das Verhältnis a'.aktisch : isotaktisch bzw. für den Kristallisationsgrad werden hierbei die Dichte
und die Härte herangezogen.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt also die Herstellung von Poly-(\-Olefinen, insbesondere PoIypropylenen,
die sich durch die Kombination der Eigenschaften zäh-elastisch und relativ hart auszeichnen,
wobei diese Relation je nach Verwendungszweck, wie oben erläutert, auf einfachem Wege verändert
werden kann.
Der zur Polymerisation verwendete Mischkatalysator ist an sich bekannt. Die titanhaltige Komponente A
entsteht durch eine Reaktion zwischen Chloriden oder Alkoholaten des vierwertigen Titans, bzw. Mischungen
derselben, mit Alkoholaten oder hydroxylgruppenhaltigen Verbindungen des Magnesiums sowie gegebenenfalls
Chloriden oder Alkoholaten von Aluminium oder Silizium.
ίο Die Titanalkoholate besitzen die allgemeine Formel
Ti(OR)4, wobei R gleiche oder verschiedene Alkylreste
mit 1—6 C-Atomen sein können, beispielsweise Ti(OC3H7J4, Ti(Oi-C3H,)*, Ti(Oi-C4He)4.
Zur Herstellung der Komponente A werden Magnesiumalkoholate
der allgemeinen Formel Mg(OR)2 verwendet, in der R die Bedeutung gleicher oder
verschiedener Kohlenwasserstoffreste mit 1 — 10 C-Atomen hat; besonders bevorzugt sind Magnesiumalkoholate
mit Alkylresten von 1—4 C-Atomen. Als Beispiele seien Mg(OCH3)2, Mg(OC2H5J2, Mg(Oi-C3Hz)2
genannt.
Es können auch komplexe Metallalkoholate wie Mg[Al(Oi-C3H?)4]2 verwendet werden.
Die hydroxylgruppenhaltigen Magnesiumverbindungen können außer OH-Gruppen beispielsweise Nitrat, Carbonat, Sulfat oder Carboxylatgruppen enthalten. Bevorzugt ist die Verwendung von Magnesiumverbindungen mit einem OH-Gruppengehalt von 0,5—2 Mol OH-Gruppen pro g-Atom Magnesium.
Die hydroxylgruppenhaltigen Magnesiumverbindungen können außer OH-Gruppen beispielsweise Nitrat, Carbonat, Sulfat oder Carboxylatgruppen enthalten. Bevorzugt ist die Verwendung von Magnesiumverbindungen mit einem OH-Gruppengehalt von 0,5—2 Mol OH-Gruppen pro g-Atom Magnesium.
Über die Reaktionspartner müssen Alkoxygruppen und Chlor in die Reaktion zur Herstellung der
Kontaktkomponente A eingeführt werden. Gegebenenfalls können diese jedoch auch durch Zugabe von
Chloriden bzw. Alkoholaten des Siliziums bzw. Aluminiums in das System gebracht werden.
Die Aluminiumalkoholate der allgemeinen Formel AI(OR)3 enthalten als R gleiche oder verschiedene
Kohlenwasserstoffreste mit 1—6 C-Atomen, beispielsweise AI(OC2Hs)3, AI(Oi-C3H7J3, AI(OC4He)3.
Erfindungsgemäß können weiterhin SiCI4 bzw. Alkoholate
des Siliziums der allgemeinen Formel Si(ORJ4 verwendet werden, wobei R gleiche oder verschiedene
Kohlenwasserstoffreste mit 1—6 C-Atomen bedeutet. Als Beispiele seien Si(OC2H5J4 und Si(Oi-C3H7J4 genannt.
Die Herstellung der Komponente A erfolgt in einem inerten Kohlenwasserstoff als Verdünnungs- bzw.
Suspensionsmittel bei Temperaturen zwischen 50 und 1400C. Geeignet sind aliphatische oder cycloaliphatische
Kohlenwasserstoffe, wie z. B. Hexan, Heptan, Cyclohexan sowie aromatische Kohlenwasserstoffe wie
Toluol usw. Zweckmäßigerweise legt man die Magnesiumkomponente als Suspension vor und fügt unter
Rühren die Titanverbindung zu, gegebenenfalls in Verbindung oder gefolgt von der Silizium- bzw.
Aluminiumverbindung. Reihenfolge und Art der Zugabe können jedoch auch geändert werden.
Die Reaktionszeiten betragen im allgemeinen zwischen 1 und 10 Stunden. Die Komponente A liegt dann
als Feststoff vor und wird durch wiederholtes Waschen
hi) mit inerten Kohlenwasserstoffen und löslichen Verbindungen
befreit.
Die Molverhältnisse der Reaktanten liegen zweckmäßigerweise etwa im Bereich Magnesiumverbindung zu
Tiianverbindung zu Silizium bzw. Aluminiumverbin-
Im dung wie 1 zu 0,2 — 5 zu 0,2 — 5, jedoch sind
Polymerisationen auch mit Kontakten, die aus Mischungen außerhalb dieses Bereiches hergestellt wurden,
möglich.
Bevorzugte Kombinationen zur Herstellung der Komponente A sind:
Mg(OR)2 - TiCI4
Mg(OR)2 - Ti(OR)4 - SiCl4
Mg(OH)2 - Ti(OR)4 - SiCI4
Mg(OH)2 - TiCI4 - Al(OR)2
Besonders bevorzugt ist hiervon Mg(OR)2 — TiCI4.
Es ist möglich, Mischungen von Magnesiumalkoholaten und hydroxylgruppenhaltigen Magnesiumverbindungen
bzw. von Titantetrachlorid und Titantetraalkoholaten zu verwenden.
Für die Polymerisation wird die Komponente A, bezogen auf das fixierte Titan, in Konzentrationen
zwischen 0,1 und 5 Millimolen, vorzugsweise zwischen 03 und 2 Millimolen, pro Liter Lösungsmittel eingesetzt.
Als Komponente B dienen chlorhaltige aluminiumorganische Verbindungen, wobei die darin enthaltenen
Kohlenwasserstoffreste, vorzugsweise Alkylreste, mit 2—12 C-Atomen sind.
Das atomare Verhältnis Al: CI liegt zwischen 4 :1
und 0,8 :1. Bevorzugt ist der Bereich zwischen 2 :1 und
1 :1. Die Komponente B ist dementsprechend in Form von Aluminiumdiäthylmonochlorid direkt zugänglich
oder wird durch Mischen verschiedener aluminiumorganischer Verbindungen mit unterschiedlichem Chlorgehalt
hergestellt.
Als Mischungskomponenten sind chlorhaltige sowie chlorfreie Aluminiumalkyle wie Aluminiumtrialkyle
oder Aluminiumsesquichloride geeignet; beispielsweise Aluminiumtriäthyl bzw. Aluminiummonoäthyldichlorid.
Besonders bevorzugt ist die Verwendung von Aluminiumdiäthylmonochlorid.
Die Konzentration der Komponente B während der Polymerisation liegt zwischen 1 und 20 Millimolen/l
Lösungsmittel und beträgt vorzugsweise 3 bis 10 Millimolen/l.
Die Polymerisation kann man kontinuierlich oder diskontinuierlich durchführen. Komponente B wird vor
Beginn der Polymerisation durch Mischen der entsprechenden Aluminiumalkyle hergestellt. Es ist jedoch auch
möglich und gegebenenfalls vorteilhaft, während der Polymerisation das Verhältnis zwischen Chlor und
Aluminium durch Zugabe eines Aluminiumalkyls mit anderer Zusammensetzung zu verändern.
Die Polymerisation wird erfindungsgemäß in Lösung bei Temperaturen zwischen 100 und 1600C, bevorzugt
zwischen 115 und 140°C, durchgeführt. Als Lösungsmittel
dienen, analog der Kontaktherstellung, inerte Kohlenwasserstoffe. Es ist jedoch auch möglich und
unter Umständen besonders vorteilhaft, in bei der Polymerisationstemperatur flüssigen, bei Raumtemperatur
jedoch festen, inerten Kohlenwasserstoffen wie Paraffinen zu polymerisieren.
Der Polymerisationsdruck liegt unterhalb 20 atü und beträgt vorzugsweise 2 — 10 atü.
Die Regelung der Molekulargewichte ist in bekannter Weise durch die Zugabe kleiner Mengen von Wasserstoff
möglich. Darüber hinaus werden üie Molekulargewichte von der Polymerisationstemperatur, dem Druck
und von der Zusammensetzung der Katalysatorkomponenten A und B beeinflußt.
Als Monomere werden Olefine der allgemeinen Formel R—CH = CH2 eingesetzt, wobei R einen
Alkylrest mit 1 bis 30 C-Atomen bedeutet. Besonders bevorzugt ist die Polymerisation von Propylen.
Es können weiterhin Mischungen dieser Olefine mit anderen Olefinen der allgemeinen Formel
R-CH = CH2 eingesetzt werden, wobei R Wasserstoff
oder einen Alkylrest mit 1 bis 30 C-Atomen bedeutet Vorzugsweise wird als Zweitmonomeres Äthylen
gewählt.
Die Kontaktausbeuten, bezogen auf das eingesetzte Titan im Kontakt betragen bei 5 atü und Propylen als
Monomerem bereits bis zu 800 g Polymeres/Miliimol Titan bzw. bis über 3 kg Produkt/g an für die
Katalysatorherstellung eingesetzter Magnesiumverbindung.
Demgegenüber erhält man bei der entsprechenden Polymerisation unter Verwendung von halogenfreien
Aluminiumalkylen wie Aluminiumtriäthyl, nur geringe
Polymerisationsaktivitäten und Kontaktausbeuten unter 50 g/Millimol Titan.
Die bei der erfindungsgemäßen Arbeitsweise erzielbaren hohen Kontaktausbeuten sind insbesondere
deshalb von technischem Interesse, weil sie Operationen wie Katalysatorzersetzung und -abtrennung vereinfachen
bzw. gegebenenfalls überflüssig machen.
Die Abtrennung des Lösungsmittels erfolgt gegebenenfalls durch Destillation; bei Produkten mit höheren
Viskositäten zweckmäßigerweise auf einem Dünnschichtverdampfer.
Die nach dem beanspruchten Verfahren hergestellten Polyolefine sind je nach den Herslellungsbedingungen
relativ harte bis weiche, zäh-elastische bis klebrige Produkte im Viskositätsbereich zwischen etwa 100 und
100 000 cP, gemessen bei 170°C. Die Werte für die relative spezifische Viskosität, gemessen bei 135° C in
Dekalin, liegen zwischen etwa 0,3 und 1 und damit weit unterhalb der bei handelsüblichen Polypropylen
üblichen Größe.
Die erfindungsgemäß erhaltenen Produkte eignen sich beispielsweise für siegelfähige Beschichtungen und
für Klebstofformulierungen.
Beispiel 1
a) Darstellung des Trägerkatalysators
a) Darstellung des Trägerkatalysators
171g Magnesiumäthylat wurden in 1000 ml einer Dieselölfraktion im Siedebereich 140— 160°C suspendiert
und unter Rühren bei einer Temperatur von 100"C
330 ml Titantetrachlorid, gelöst in 400 ml des obigen Dieselöls, zugetropft. Dann wurde die Suspension eine
Stunde bei 1000C gerührt und anschließend der Niederschlag durch Dekantieren und erneutes Verrühren
mit Dieselöl gewaschen, bis das über dem Feststoff stehende Dieselöl frei von Titanverbindungen war.
Der Titangehalt der Suspension wurde kolorimetrisch mit Wasserstoffperoxid bestimmt. Etwa 12% des
eingesetzten Titans waren auf den Feststoff fixiert.
b) Polymerisation von Propylen
In einen 50-1-Kessel mit Impeller-Rührer wurden 15 I
einer Dieselölfraktion vom Siedebereich 140—160°C vorgelegt und bei einer Temperatur von 135°C 100
Mtllimole Aluminiumdiäthylmonochlorid (im folgenden
w) stets mit Monochlorid bezeichnet) und 60 ml der obigen
Katalysatorsuspension (entsprechend 20 Millimo! an fixiertem Titan) zugegeben. Dann wurde gasförmiges
Propylen eingeleitet. Die Innentemperatur wurde auf 135°C gehalten. Nach 4 Stunden warder Druck bis auf 5
i'S itü angestiegen. Dann wurde die Reaktion durch
Zugabe einer kleinen Menge an Wasser bzw. Wasserdampf abgebrochen, die Polymerisatlösung durch
Filtration von dem dcsaktivierten Kontakt befreit und
anschließend das Lösungsmittel im Vakuum iibdestilliert.
Es blieben 8.1 kg eines Polypropylens nut einer
Schmel/viskositat. gemessen bei 170cC von 510OcI'
zurück. Die Kontaktausbeute, d. h. die Menge an Polymerisat pro Millimol Titan betrug demnach etwa
40OgZMiIHmOl. Die Kugeldruckhärte lag unter HK)(DIN
53 456). die Shorchärlc A bei 75. Die Dichte, gemessen
bei 2 Ϊ C. betrug 0.867. Bei der Extraktion mil siedendem
Pctrolather licUen sich 751"» herauslösen. Das Produkt
war zäh und hochelastisch.
Vcrgleichsversuch A
Unter entsprechenden Bedingungen wie bei obiger Polymerisation wurde anstelle von Monochlond Aluminiijmiriä'.hvI
eingesetzt.
Der maximale Druck von 5 atü konnte nur durch weitgehende Reduzierung des Eingases gehalten werden.
Nach dem Abtrennen des Lösungsmittels blieben etwa 580 g Polypropylen zurück, entsprechend einer
Kontaktausbeute von nur 29 gZMillimol Titan. Das Produkt ist wesentlich spröder als das erfindungsgemäß
hergestellte Polypropylen.
Beispiel 2
a) Darstellung des TrägerkataKsators
a) Darstellung des TrägerkataKsators
69g Magnesiumäth\lat wurden in 800ml Dieselöl
suspendiert und bei 80'C 176 ml Titantetraisopropylat
zugefügt. In diese Mischung wurde im Laufe einer Stunde eine Lösung von 68 ml Siliziumtetrachlorid,
verdünnt mit 200 ml Dieselöl, unter Rühren eingetropft. Anschließend wurde das Reaktionsgemisch weitere 4
Stunden bei 80 C gerührt und schließlich der Nieder schlag durch Dekantieren und erneutes Verrühren mit
Dieselöl gewaschen, bis das über dem Feststoff stehende Dieselöl frei von Titanverbindungen war.
In 950m! Suspension wurden 215 Millimole Titan,
entsprechend einer fixierten Menge von 35%. bestimmt.
b) Polymerisation von Propylen
Der Vergeh -Aurtc analog Beispiel 1 durchgeführt.
Es wurden 150 Millimole Aluminiumdiäthylmonochlorid
vorgelegt und £4 ml obiger Suspension, entsprechend 19 Millimole Titan, zugegeben. Bei einer
Temperatur von 130 C wurde Propylen eingeleitet
Nach 3 Stunden wurde der Versuch nach Erreichen von 5 atü abgebrochen
Man erhiei; 5.6 kg Polypropylen mit einer Schmclz- \iskositä!.ge-;cssen bei 170' C. von 19 000. Das Produkt
•a ar zah und das! ι se H .Die Shorehärte A betrug 85.
\ crg!eiLhs\ers!Jch B
In einem 2-l-Giasau'okla\ wurden 1 I Dieselöl. 10
Millimole Tnäthylaluminium und 8,9 ml obiger Kontaktsuspension (entsprechend 2 Millimole Titan) bei 1300C
gemischt. 6 atü Propylen aufgedrückt und dieser Druck durch nachdosiertes Propylen aufrechterhalten.
Nach 2 Stunden wurde die Reaktion abgebrochen. Die Ausbeute betrug etwa 35 g Polymerisat, entsprechend 17 j g/Millimole des im Kontakt enthaltenen
Titans.
VergleichsversucheC und D
Polymerisation von Propylen bei 70" C
In einen 2-1-Autoklav wurden nach Vorlage von 1 1 Dieselöl 10 Millimole Triäthylaluminium sowie 3 ml einer entsprechend Beispiel 1 hergestellten Kontaktsuspension (Titangehalt 1 Millimol) gegeben und bei 70°C Propylen eingeleitet. An der exothermen Reaktion war der Verlauf der Polymerisation zu verfolgen. Um die Temperatur von 70°C nicht zu überschreiten, mußte das Eingas soweit gedrosselt werden, daß 3 atü nicht überschritten wurden. Nach 30 Minuten wurde die Polymerisation abgebrochen. Es lag dann eine Suspension von Polypropylen in dem stark fadenziehenden Suspensionsmittel vor.
In einen 2-1-Autoklav wurden nach Vorlage von 1 1 Dieselöl 10 Millimole Triäthylaluminium sowie 3 ml einer entsprechend Beispiel 1 hergestellten Kontaktsuspension (Titangehalt 1 Millimol) gegeben und bei 70°C Propylen eingeleitet. An der exothermen Reaktion war der Verlauf der Polymerisation zu verfolgen. Um die Temperatur von 70°C nicht zu überschreiten, mußte das Eingas soweit gedrosselt werden, daß 3 atü nicht überschritten wurden. Nach 30 Minuten wurde die Polymerisation abgebrochen. Es lag dann eine Suspension von Polypropylen in dem stark fadenziehenden Suspensionsmittel vor.
Die Ausbeute betrug etwa 150 g.
In einem Parallelversuch wurde statt Triäthylalumini
um Aluniiniumdiäthylmonochlorid eingesetzt und die
übrigen Bedingungen unverändert übernommen.
Der an der niedrigeren Wärmeiönung sichtbare,
langsame Verlauf der Polymerisation erlaubte die Erhöhung des Druckes auf fc aiii.
Dennoch betrug die Ausbeute in diesem FaIi nur etwa 60 g.
Beispiel 3 Polymerisation von Propylen
Apparatur und Kontaktkoinponente A entsprechen
Beispiel 1.
Nach Vorlage von 15 I Dieselöl wurden bei 115°C 100
Millimole Diäthylmonochlorid und 15 Millimole der Kontaktkomponente A zugegeben und etwa 2.4 kg
PropylenZStunde eingeleitet. Nach etwa IV2 Stunden
war ein Druck von 5 atü erreicht, der für weitere 30 Minuten konstant gehalten wurde.
Anschließend erfolgte die Dcsaktivierung durch Wasserdampf und die Abtrennung der Kontaktreste
und des Lösungsmittels
Es waren 4,2 kg Polypropylen mit einer Schmelzviskosität
von 51 000cPZ170°C und einer Shorehärte A
von 91 entstanden. Die Dichte betrug 0,875.
Beispiel 4
Polymerisation von Propylen
Apparatur und Kontaktkomponente A entsprechen Beispiel 1.
Nach Vorlage von 15 I Dieselöl wurden bei 150'C 100
Millimole Aluminiumdiäthylmonochlorid und 10 MiIIi mole, bezogen auf fixiertes Titan, der Kontaktkomponente
A zugegeben. Dann wurde Propylen bis zu einem Druck von 6 atü eingeleitet, der dann durch entsprechende
Dosierung des Eingases konstant gehalten wurde.
Nach 2 Stunden wurde die Polymerisation abgebrochen Es waren 1600 g Polypropylen mit einer
S^hmelzviskosität von 504OcP. gemessen bei 170'C
entstanden. Die Shorehärte A lag bei 62.
Beispiel 5 Polymerisation von Propylen
Apparatur und Kontaktkomponente A entsprechen Beispiel 1.
Es wurden 15 1 Dieselöl vorgelegt. Nach Zugabe von
67 Mülimolen Aluminiumdiäthylmonochlorid. 33 MiIIi
mole Aluminiumtriäthyl und 10 Millimole. bezüglich Titan, der Kontaktkomponente A bei 1300C wurde
Propylen (2,4 kg/Stunde) eingeleitet. Nach 21A Stunden
war der Druck bis auf 5 atü angestiegen, woraufhin die
ίο
Polymerisation beendet wurde. Die Ausbeute betrug 4,8 kg Polypropylen mit einer Schmelzviskositat von
18 00OcP/170°C und einer Sho.eharte A von 90. Die
Dichte, gemessen bei 23"C, lag bei 0,877.
Beispiel b
Polymerisation von Propylen
Polymerisation von Propylen
In einen 50-1-Kessel mit Impellerrührcr wurden 15 1
Dieselöl, IO Millimole Aluniiniumdiäthylmonochlorid
und IO Millimole Triäthyliiluminiiiiii gegeben. Anschließend
wurde Propylen bis /u einem Druck von 5 atü eingeleitet und dann das Eingas auf 2,4 kg/Stunde
eingestellt. Vom Erreichen der 5 atü an wurde mit der Zudosierung einer Mischung aus 21 Dieselöl, 50
Millimolen Diäthylaluminiummonochlorid, 50 Millimolen Triäthylaluminium und 20 Millimolen (bezüglich des
fixierten Titans) einer entsprechend Beispiel 1 hergestellten Kontaktkomponente A begonnen. Die Zudosiergeschwindigkeit
wurde so eingestellt, daß der Druck von 5 atü konstant blieb. Die Polymerisationstemperatur
lag bei 135°C.
Nach 2'/4 Stunden wurde der Ansatz mittels Wasserdampf desaktiviert. Bis dahin waren 930 ml der
Kontaktsuspension eingepumpt worden.
Die Ausbeute betrug 5,2 kg Polypropylen mit einer Schmelzviskosität von 28 00OcP, gemessen bei 1700C.
Die Shorehärte A lag bei 94, die Dichte, gemessen bei 23° C. bei 0,877.
Die Kugeldruckhärte (DIN 53 456) war mit
110kp/cm2 deutlich höher als bei entsprechenden
Versuchen ohne Triäthylaluminiumzugabe. Bei der Extraktion mit siedendem Pctroläther ließen sich 53%
herauslösen.
Vergleichsversuch F.
Apparatur und Kontaktkomponente A entsprechen Beispiel 1.
66 Millimole Aluminiumdiäthylmonochlorid und 33 Millimole Aluminiumsesquichlorid wurden in 15 1
Dieselöl vorgelegt und bei 135°C 10 Millimole Kontakt (bezüglich fixiertem Titan) zugegeben. Dann wurde
Propylen in einer Menge von etwa 2,4 kg/Stunde eingeleitet. Nach etwa 15 Minuten war der Druck auf 5,3
atü angestiegen. Um einen weiteren Druckanstieg zu vermeiden, mußte das Eingas bis auf etwa 250 g/Stunde
reduziert werden. Auch eine Nachdosierung von aluminiumorganischer Verbindung derselben Zusammensetzung
brachte keine Verbesserung. Damit lag die Aktivität des Kontaktes bei Verwendung obiger
aluminiumorganischer Verbindung weit unterhalb derer, die bei der erfindungsgemäßen erhalten wurde.
Beispiel 7
Polymerisation von Propvlen
Polymerisation von Propvlen
Apparatur und Kontaktkomponente A entsprechen Beispiel 1.
Nach Vorlage von 151 Dieselöl und 50 Millimole Diäthylaluminiummonochlorid wurde die Temperatur
auf 1200C eingestellt und durch Einleiten von Propylen
ein Innendruck von 13 atü aufgebaut.
In einem Vorratsgefäß mit Rührer wurde eine Mischung von 1 1 Dieselöl, 50 Millimolen Aluminiumdiäthylmonochlorid und 10 Millimolen der Kontaktkomponente A (bezogen auf das fixierte Titan) hergestellt
und diese nach und nach in den Polymerisationskessel gepumpt, wobei die Zudosiergeschwindigkeit so gewühlt wurde, daß der Kesseldruck bei gleichzeitigem
Einleiten von 1,5 kg Propylen/Stunde konstant bei 13 atü blieb. Nach 2 Stunden wurde die Kontakt- und
Monomerenzugabe beendet und bis auf 4 aiii abpolymer)
risiert.
Der Ansät/ wurde wie üblich aufgearbeitet.
Die Ausbeute betrug 4,3 kg; die eindosierte Kontaktkomponente A enthielt 4,3 Millimole Titan.
Das Polypropylen besaß eine .Schmelzviskosität von in 56 000 cP/170"C.
a) Darstellung des Trägerkatalysators
52,6 g Magnesiumhydroxid wurden gemahlen und in 800 mi Dieselöl aufgeschiänimi.
245 g Aluminiumisopropylat wurden hinzugefügt und anschließend bei 95°C im Laufe von 4 Stunden 82,7 ml
Titantetrachlorid, verdünnt mit 400 ml Dieselöl, unter Rühren zugetropft.
Nach einem weiteren halbstündigen Rühren bei 95°C wurde der Feststoff durch mehrfaches Dekantieren und
Wiederaufschlämmen mit Dieselöl gewaschen, bis das 2s überstehende Suspensionsmittel titanfrei war.
Die Menge an fixiertem Titan, bezogen auf das eingesetzte Titantetrachlorid, betrug 29%.
b) Polymerisation von Propylen
ίο In einen 1-l-Glasautoklav wurde nach Vorlage von
500 ml Dieselöl 5 Millimole Diäthylaluminiummonochlorid und 8 ml obiger Kontaktsuspension, entsprechend
1 Millimol an fixiertem Titan gegeben.
Dann wurde Propylen bis zum Erreichen von 6 atü
."> aufgedrückt und dieser Druck durch nachdosiertes
Propylen konstant gehalten. Die Zugabe von weiteren Diäthylalumir.iummonochlorid erhöhte die Polymerisationsgeschwindigkeit.
Nach 2 Stunden waren 189 g Polypropylen mit einer
Nach 2 Stunden waren 189 g Polypropylen mit einer
4i relativen, spezifischen Viskosität von 0,65 entstanden.
Beispiel 9
Copolymerisation von Propylen und Äthylen
Copolymerisation von Propylen und Äthylen
Apparatur und Kontaktkomponente A entsprechen Beispiel 1.
Nach Vorlage von 15 1 Dieselöl wurde Äthylen bi< /um Erreichen von 1 atü eingeleitet und anschließen
w Propylen aufgedrückt, bis ein Gesamtdruck von 5 att erreicht war.
Die Temperatur wurde auf 120° C eingestellt unc
konstant gehalten.
Dann wurde eine Mischung von 1 1 Dieselöl, 7! "j") Millimole Diäthylaluminiummonochlorid und 10 Muli
mole der Kontaktkomponente A (bezogen auf fixierte· Titan) nach und nach eingepumpt und gleichzeitig
1,5 kg/Stunde einer Mischung von Propylen unc Äthylen (22 Gewichtsprozent Äthylen) eingeleitet
Die Dosierung der Kontaktmischung wurde entspre chend der Monomerenaufnahme so eingestellt, daß dei
Druck konstant bei 5 atü blieb.
Nach 3 Stunden wurde die Reaktion abgebrochen unc das Copolymerisat isoliert. Bis zu diesem Zeitpunk
waren insgesamt 480 ml Kontaktmischung eingepump worden.
Die Ausbeute betrug 4,5 kg, entsprechend einei
Kontaktausbeute von 940 g/Millimol Titan.
11 12
Die Schmelzviskosität lag bei 100 000 cP/170°C, die entsprechend 2 Millimolen Titan wurde Buten bis zu
Shorchärte A bei 16. Das Produkt war sehr flexibel und einem Druck von maximal 2,3 atü aufgedrückt und
relativ weich, die Dichte, gemessen bei 20°C, betrug dieser Wert durch Nachdosieren von Buten konstant
0,856. gehalten. Die Polymerisation setzte sofort ein. Durch
') während der Reaktion nachdosiertes Diälhylaluminium-
Beispiel 10 monochlorid in kleinen Mengen ließ sich die Polymeri-
„ . . . _ sationsgeschwindigkeil noch erhöhen.
Polymerisat von Buten Nach 3V2 Stunden wurde die Reaktion abgebrochen
In einem 2-1-Glasautoklav wurde 11 Dieselöl auf und der Ansatz vom Lösungsmittel befreit.
I3OCC erwärmt. Nach Zugabe von 10 Millimolen io Die Ausbeute betrug 315 g, die relative, spezifische
Diäthylaliiminiunimonochlorid sowie der Kontaktkom- Viskosität, gemessen bei 135°C in Dekalin, lag bei 0,45.
ponente A, wie in Beispiel 1 beschrieben, in einer Menge Das Polybuten war elastisch und relativ weich.
Claims (2)
1. Verfahren zur Homopolymerisation von ot-Olefinen
der allgemeinen Formel R—CH=CFb, in der R einen Alkylrest mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen
bedeutet, und zu deren Mischpolymerisation miteinander bzw. mit Äthylen in einem inerten Kohlenwasserstoff,
bei Drücken unterhalb 20 atü, mittels eines Katalysatorsystems, bestehend aus einem durch
Umsetzung zwischen einem Chlorid und/oder Alkoholat des vierwertigen Titans und Alkoholaten
und/oder hydroxylgruppenhaltigen Verbindungen des Magnesiums, wobei letztere außer den Hydroxylgruppen
noch Nitrat-, Carbonat-, Sulfat- oder Carboxylgruppen enthalten können, sowie gegebenenfalls
Chloriden oder Alkoholaten des Siliziums bzw. Aluminiums, in einem inerten Kohlenwasserstoff,
bei Temperaturen zwischen 50 und 140°C und anschließendes wiederholtes Waschen mit inerten
Kohlenwasserstoffen hergestellten, von löslichen Verbindungen freien, Alkoxy- und Chlorgruppen
enthaltenden Reaktionsprodukt (A) und aus einer aluminiumorganischen Verbindung als Katalysatorkomponente
(B), wobei die Komponente (A), bezogen auf das fixierte Titan, in Konzentrationen
zwischen 0,1 und 5 Millimolen pro Liter inertem Kohlenwasserstoff und die Komponente (B) in
Konzentrationen zwischen 1 und 20 Millimolen pro Liter inertem Kohlenwasserstoff eingesetzt werden,
gegebenenfalls in Gegenwart kleiner Mengen von Wasserstoff, dadurch gekennzeichne!,
daß die Polymerisation in Lösung bei Temperaturen zwischen 100 und 160°C durchgeführt wird und daß
als Komponente (B) Alkylaluminiumchloride einge- is setzt werden, wobei das atomare Verhältnis von
Al : Cl in der aluminiumorganischen Komponente (B) zwischen 4 :1 und 0,8 :1 liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß »Is α-Olefin Propylen eingesetzt wird
und die Polymerisationstemperatur zwischen 115 und 1400C liegt.
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