DE2513849A1 - Verfahren zur polymerisation von alpha-olefinen - Google Patents
Verfahren zur polymerisation von alpha-olefinenInfo
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Description
SUMITOMO CHEMICAL COMPANY, LIMITED,
Osaka, Japan
Osaka, Japan
11 Verfahren zur Polymerisation von oc-Olefinen "
Priorität: 27- März 1974, Japan, Nr. 35 006/74
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Polymerisation von a-01efinen in Gegenwart eines hochaktiven Katalysators, der in
hohem Maße die stereospezifische Polymerisation von a-01efinen ermöglicht.
Bekanntlich lassen sich Olefinpolymerisate in hohen Ausbeuten durch Polymerisation von Olefinen in Gegenwart von sogenannten
Ziegler-Natta-Katalysatoren, die eine Verbindung eines Übergangsmetalls der Gruppen IV bis VI des Periodensystems und ein Metall
oder eine metallorganische Verbindung der Gruppen I bis III des Periodensystems enthalten, herstellen. Diese Polymerisate
fallem im allgemeinen in Form eines breiartigen Produkts an, wobei neben kristallinen Olefinpolymerisäten auch amorphe Polymerisate
als Nebenprodukte entstehen.
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Bei einem derartigen Polymerisationsverfahren ist die Schüttgebildeten
ein Hinweis dichte der/Olefinpolymerisateim allgemeinen/auf die Wirtschaft-
Polyraerisationsreaktors.
lichkeit des '/ Deshalb ist es wünschenswert, die Schüttdichte zu verbessern, um den Wirkungsgrad des zur Polymerisation verwendeten Reaktors zu steigern.
lichkeit des '/ Deshalb ist es wünschenswert, die Schüttdichte zu verbessern, um den Wirkungsgrad des zur Polymerisation verwendeten Reaktors zu steigern.
Ferner hat die Stereospezifität bei Olefinpolymerisaten einen großen Einfluß auf die mechanischen Eigenschaften von Formkörpern,
wie Folien, Fasern oder anderen Gegenständen, die aus den Polymerisaten hergestellt sind.
Das Auftreten der als Nebenprodukte gebildeten amorphen Polymerisate,
die von geringerem wirtschaftlichen Wert sind, führt zu einem Verlust an monomeren Verbindungen, die zur Polymerisation
verwendet werden. Außerdem ist eine Entfernung dieser amorphen Polymerisate notwendig, so daß die großtechnische
Durchführung der Polymerisation umständlich und unwirtschaftlich ist. Es bestand daher ein Bedarf für ein Polymerisationsverfahren,
bei dem Polymerisate gebildet werden, die im wesentlichen frei von amorphen Polymerisaten sind oder nur eine sehr geringe
Menge an diesen Produkten enthalten.
Da die in den nach herkömmlichen Verfahren hergestellten Polymerisaten
enthaltene Katalysatormenge zu verschiedenen Schwierigkeiten, wie Instabilität und Färbung der Polymerisate, führt,
ist es erforderlich, Maßnahmen zur Entfernung des Katalysators vorzusehen.
509841/0895 J
Die vorgenannten Nachteile lassen sich zumindest teilweise beheben, wenn man die Polymerisationsaktivität des Katalysators,
das heißt Verhältnis von Gewichtseinheit des gebildeten Olefinpolymerisats zu Gewichtseinheit des zur Polymerisation verwendeten
Katalysators, steigert. Dadurch entfallen die Vorrichtungen und Maßnahmen zur Entfernung des Katalysators und die Produktionskosten
lassen sich senken.
Ein typisches Beispiel für einen herkömmlichen Katalysator zur Polymerisation von Olefinen ist Titantrichlorid. Titantrichlorid-Katalysatoren
werden im allgemeinen aus Titantetrachlorid durch
(1) Reduktion mit Wasserstoff,
(2) Reduktion mit metallischem Aluminium bei hohen Temperaturen oder
(3) Reduktion mit Organoaluminiumverbindungen bei Temperaturen, die annähernd der Raumtemperatur entsprechen,
hergestellt. Ferner können auch Organomagnesiumverbindungen, wie Grignard-Verbindungen als Reduktionsmittel zur Reduktion von
Titantetrachlorid verwendet werden.
Titantrichlorid, das' durch Reduktion von Titantetrachlorid mit Organoaluminiumverbindungen erhalten worden ist, weist eine
Kristallstruktur vom ß-Typ auf. Die durch Olefinpolymerisation unter Verwendung eines Katalysators aus dem vorgenannten Titantrichlorid
vom ß-Typ und einer Organoaluminiumverbindung hergestellten Polymerisate weisen den Nachteil einer geringen Stereospezifität
auf, das heißt der in siedendem Heptan unlösliche Anteil beträgt 70 bis 80 %.
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.4-
Ferner v/eisen die durch Reduktion von Titantetrachlorid unter Verwendung einer Organomagnesiumverbindung erhaltenen Katalysatoren
nur eine geringe katalytische Aktivität bei der Polymerisation von a-01efinen auf und die Stereospezifität der erhaltenen Polymerisate ist äußerst gering. Deshalb eignen sich derartige
Katalysatoren nicht zur Polymerisation von cc-Olefinen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Polymerisation von a-01efinen zur Verfügung zu stellen, bei dem
Polymerisate von hoher Stereospezifität und einem geringen Gehalt an amorphen Polymerisaten erhalten werden.
Es wurde erfindungsgemäß festgestellt, daß Katalysatoren, die
durch Umsetzung einer Übergangsmetallverbindung mit einer Organomagnesiumverbindung
und anschließende Behandlung des erhaltenen Feststoffs mit einer Lewis-Säure erhalten worden sinrf,
eine überraschend hohe katalytische Aktivität bei der Polymerisation von Olefinen aufweisen und daß die Stereospezifität der
erhaltenen Polymerisate stark verbessert ist.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Polymerisation
von ct-Olefinen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man
ein a-Olefin in Gegenwart
(1) eines Katalysators, der durch Umsetzung einer Verbindung
eines Übergangsmetalls der Gruppen IVb und Vb des Periodensystems mit einer Organomagnesiumverbindung und anschließende
Behandlung des Reaktionsprodukts mit einer Lewis-Säure erhalten worden ist,und
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(2) einer metallorganischen Verbindung eines Metalls der Gruppen Ha und IHa des Periodensystems als Aktivator,
polymerisiert.
Beispiele für Übergangsmetalle der Gruppen IVb und Vb sind Titan, Zirkon, Hafnium, Vanadin, Niob und Tantal.
Die Verbindungen der Übergangsmetalle der Gruppe IVb und Vb weisen
vorzugsv/eise die allgemeine Formel auf
MeXn-mYm
in der Me ein Übergangsmetall, X ein Chlor-, Brom-, Fluor- oder Jodatom, vorzugsweise ein Chlor- oder Bromatom, Y ein Sauerstoffatom, einen Alkylrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen oder einen Alkoxyrest mit 1 bis 9 Kohlenstoffatomen, η eine ganze Zahl, die höchstens der/Wertigkeit des Übergangsmetalls entspricht und m eine ganze Zahl mit einem Wert von 0 bis η bedeutet.
in der Me ein Übergangsmetall, X ein Chlor-, Brom-, Fluor- oder Jodatom, vorzugsweise ein Chlor- oder Bromatom, Y ein Sauerstoffatom, einen Alkylrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen oder einen Alkoxyrest mit 1 bis 9 Kohlenstoffatomen, η eine ganze Zahl, die höchstens der/Wertigkeit des Übergangsmetalls entspricht und m eine ganze Zahl mit einem Wert von 0 bis η bedeutet.
Beispiele für Übergangsmetallverbindungen der vorgenannten Formel sind Titantetrahalogenide, wie Titantetrachlorid und Titantetrabromid,
Tetraalkoxytitanverbindungen, wie Tetramethoxytitan,
Tetraäthoxytitan, Tetrapropoxytitan und Tetrabutoxytitan, AIkoxytitanhalogenide,
wie Triäthoxytitanchlorid, Tripropoxytitanchlorid, Tributoxytitanchlorid, Diäthoxytitandichlorid, Dipropoxytitandichlorid,
Dibutoxytitandichlorid, Äthoxytitantrichlorid, Propoxytitantrichlorid, Butoxytitantrichlorid und Dibutoxyäthoxytitanchlorid
sowie v/eitere vierwertige Titanverbindungen, wie Methyltitantrichlorid, Vanadinverbindungen, wie Vana-
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dintetrachlorid, Vanadintetrabromid, Vanadinoxychlorid und Vanadinoxybromi.dfZirkonchlorid, Zirkonbroraid, Niobchlorid, Tantal
chlorid und Tantalbromid.
Die im erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Organomagnesiumverbindungen
können nach üblichen Verfahren hergestellt werden. Besonders zweckmäßig ist es, diese Verbindungen nach einem
man
Grignard-Verfahren herzustellen, bei dem/metallisches Magnesium
mit einer durch ein Halogenatom substituierten organischen Verbindung der allgemeinen Formel R-X umsetzt, wobei R
einen Kohlenwasserstoffrest, wie einen Alkylrest mit 1 bis 8
Kohlenstoffatomen oder einen Arylrest mit 6 bis 18 Kohlenstoffatomen und X ein Fluor-,.Brom-, Chlor- oder Jodatom bedeutet.
Die meisten Grignard-Umsetzungen können in Gegenwart von großen
Mengen Äther, wie Diäthyläther oder Di-n-butyläther, durchgeführt werden. Das Grignard-Reagens läßt sich durch die allgemeine
Formel RMgX wiedergeben, wobei aber zu beachten ist, daß das Reagens ein Diäthyläther-Addukt bildet, das in überschüssigem
Diäthyläther gelöst ist. Die im Äther solvatisierte Organomagnesiumverbindung kann direkt zur Herstellung des erfindungsgemäßen
Katalysators verwendet werden.
Die Organomagnesiumverbindungen können auch unter Verwendung
eines inerten Verdünnungsmittels, das mit dem Grignard-Reagens nicht reagiert, z.B. inerte Kohlenwasserstoffe, wie Hexan, Heptan,
Octan, Decalin, Benzol, Toluol, Xylol oder Ligroin, und von tertiären Aminen, wie Dimethylanilin, als Solvens oder als Teil
les Solvens hergestellt werden. Die auf diese Weise herge-
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_ 7.
stellten Organomagnesiumverbindungen können zur Herstellung der erfindungsgemäßen Katalysatoren verwendet werden.
Außerdem können auch Verbindungen der allgemeinen Formel R1MgR"
oder R1MgOR", in denen R1 und R" jeweils einen Kohlenwasserstoff
rest, v/ie einen Alkyl- oder Arylrest, bedeutet, im erfindungsgemäßen
Verfahren als Organomagnesiumverbindungen verwendet werden.
Die Umsetzung der Verbindung des Übergangsmetalls der Gruppen IVb und Vb des Periodensystems und der Organomagnesiumverbindung
kann nach üblichen Verfahren durchgeführt werden, beispielsweise durch Zusatz der Organornagnesiumverbindung zur
Übergangsmetallverbindung, die mit einem inerten Verdünnungsmittel verdünnt oder darin suspendiert ist. Umgekehrt kann auch
die Übergangsmetallverbindung der Organomagneεiumverbindung zugesetzt
werden.
Die Organomagnesiumverbindung kann beispielsweise in Mengen von
etwa 0,5 bis 3 Mol, vorzugsweise 0,6 bis 2 Mol, pro 1 Mol der Übergangsmetallverbindung verwendet werden. Die Reaktionstemperaturen
betragen etwa -80 bis 1000C, vorzugsweise -30 bis
800C. Nach beendeter Umsetzung wird der erhaltene Niederschlag
entweder vom Reaktionsmedium abgetrennt, mit einem inerten Verdünnungsmittel gewaschen und getrocknet oder direkt eingesetzt.
Das auf diese Weise erhaltene feste Reaktionsprodukt kann zur Polymerisation von a-01efinen in Gegenwart einer Organometallverbindung,
insbesondere einer Organoaluminiumverbindung, als _j
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Aktivator verwendet werden. Jedoch ist die katalytische Aktivität des auf diese Weise erhaltenen und nicht weiter behandelten
Produkts sehr gering. Ferner erhält man damit nur Polymerisate von sehr geringer Stereospezifität.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die auf die vorgenannte
Weise erhaltenen festen Produkte mit einer Lewis-Säure behandelt. Dadurch wird die katalytische Aktivität bei der Polymerisation
von a-01efinen stark erhöht. Ferner ist auch die
Stereospezifität der dabei erhaltenen Polymerisate deutlich verbessert. Deshalb bringt das erfindungsgemäße Verfahren erhebliche
wirtschaftliche Vorteile bei der Polymerisation von
mit sich
a-01efinen>{ Die Art der chemischen Umsetzung oder der physikalischen
Veränderungen, die bei der Behandlung des festen Reaktionsproduktes mit der Lewis-Säure auftreten, ist nicht geklärt.
Beispiele für entsprechende Lewis-Säuren sind Halogenide und Oxyhalogenide von Metallen der Gruppen II bis VIII des Periodensystems,
sowie von Phosphor und Bor. Bevorzugte Lewis-Säuren sind ZnCl2, CdCl2, BF3, BCl3, BBr3, AlCl3, EtAlCl2, Et2AlCl,
SiCl4, SnCl4, TiCl4, TiBr4, ZrCl4, VCl3, VCl4, VOCl3, WCl3,
MnCl4, CoCl2, NiCl2, MgCl£, PCl3, POCl3 und TeCl4.
Die Menge der verwendeten Lewis-Säure ist nicht kritisch und kann vom Fachmann je nach deren Wirksamkeit und auf Grund wirtschaftlicher
Erwägungen festgelegt werden. Bei Verwendung von
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zu geringen Mengen an Lewis-Säure wird praktisch keine Wirkung erzielt, während zu große Mengen keine weiteren Vorteile bringen.
Vorzugsweise werden 0,1 bis 10 Mol Lewis-Säure pro 1 g des zu behandelnden, festen Reaktionsproduktes eingesetzt. Es
können einzelne Lewis-Säuren oder Gemische von zwei oder mehr Lewis-Säuren eingesetzt werden.
Die Behandlung mit der Lewis-Säure wird vorzugsweise auf folgende Weise durchgeführt:
Das feste. Reaktionsprodukt wird bei Temperaturen von -30 bis
1000C, vorzugsweise 0 bis 800C, mit reiner Lewis-Säure, mit
einer mit einem inerten Verdünnungsmittel, wie η-Hexan, n-Heptan, Cyclohexan, Methylcyclohexan, Benzol, Toluol oder Xylol
verdünnten Lewis-Säure oder mit einer gasförmigen Lewis-Säure, die mit einem Inertgas, wie Helium, Argon oder Stickstoff verdünnt
ist, behandelt. Die Behandlungszeit beträgt mindestens
etwa 5 Minuten, vorzugsweise etwa 30 Minuten bis 5 Stunden. Wird diese Behandlung in einer Kugelmühle durchgeführt, so verlängert
sich die Behandlungszeit gelegentlich bis zu einigenTagen
zu einigenWochen.
Wird das feste Reaktionsprodukt in Form einer Lösung oder einer
Suspension mit der Lewis-Säure behandelt, so kann das behandelte Reaktionsprodukt anschließend durch Abfiltrieren oder Dekantieren
aus dem Reaktionsmedium entfernt werden. Anschließend wird mit einem inerten Lösungsmittel, wie η-Hexan, n-Heptan,
Cyclohexan, Methylcyclohexan, Benzol, Toluol oder Xylol gewaschen, um restliche Lewis-Säure und Nebenprodukte zu entfer-
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nen. Gegebenenfalls kann anschließend getrocknet werden.
Durch Analysen wurde festgestellt, daß der auf diese Weise erhaltene
Katalysator eine Magnesiumverbindung enthält, der nicht die Reduktivität einer Organomagnesiumverbindung und einer reduzierten
Übergangsmetallverbindung aufweist. Die Zusammensetzung des Katalysators kann je nach den Eigenschaften und Mengen
der verschiedenen Reaktionsteilnehmer in einem weiten Bereich verändert werden.
Wie bereits erwähnt, werden diese Katalysatoren im erfindungsgemäßen
Verfahren zusammen mit einer Organometallverbindung als Aktivator zur Polymerisation von a-01efinen verwendet. Diese
Organometallverbindungen leiten sich von Metallen der Gruppen Ha und IHa des Periodensystems ab. Bevorzugt sind Organoaluminiumverbindungen
der allgemeinen Formel
A1X3-nZn
in der Z ein Wasserstoffatom oder einen Alkylrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, X ein Halogenatom, vorzugsweise ein Chloratom, und η eine Zahl mit einem Wert von 0 bis 3 ist. Besonders bevorzugt sind Dialkylaluminiumhalogenide und Trialkylaluminiumverbindungen, insbesondere Diäthylaluminiumchlorid und Triäthylaluminium.
in der Z ein Wasserstoffatom oder einen Alkylrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, X ein Halogenatom, vorzugsweise ein Chloratom, und η eine Zahl mit einem Wert von 0 bis 3 ist. Besonders bevorzugt sind Dialkylaluminiumhalogenide und Trialkylaluminiumverbindungen, insbesondere Diäthylaluminiumchlorid und Triäthylaluminium.
Es ist festzustellen, daß der Halogengehalt im Aktivator je
nach Art der zur Herstellung des festen Reaktionsproduktes verwendeten
Übergangsmetallverbindung zu variieren ist. Die Kombination der Übergangsmetallverbindung und der organometallisehen
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Verbindung übt einen entscheidenden Einfluß auf die katalytische Aktivität der erhaltenen Katalysatoren und die Stereospezifität
der damit hergestellten Polymerisate aus.
Das Molverhältnis von festem Katalysator zur organometallischen Verbindung kann stark variieren und beträgt etwa 1 ϊ 0,01 bis ■
1 : 1000, vorzugsweise 1 : 0,1 bis 1 : 100.
Die Konzentration der Organometallverbindung im Polymerisationssystem
kann von äußerst niedrigen Konzentrationen, d.h. 0,1 mMol/Liter, bis zu hohen Konzentrationen, das heißt ohne
Verwendung eines Verdünnungsmittels, variieren.
sich
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen/geradkettige oder
verzweigte a-01efine mit 2 bis 15 Kohlenstoffatomen polymerisieren.
Diese oc-Olefine können auch aromatische und/oder alicyclische
Kohlenwasserstoffreste enthalten. Spezielle Beispiele sind Äthylen, Propylen, Buten-1, Penten-1, Hexen-1, Octen-1,
Decen-1, 3-Methylpenten-1, 4-Methylpenten-1, Vinylcyclohexen
und Styrol.
Die festen Katalysatoren der Erfindung lassen sich sowohl zur Homopolymerisation als auch zur Copolymerisation (einschließlich
Blockcopolymerisation) von a-01efinen verwenden. Zur Copolymerisation
von Olefinen wird der feste Katalysator der Erfindung mit zwei oder mehreren verschiedenen Olefinen in vermischtem
Zustand in Berührung gebracht. Bei der Copolymerisation von zwei verschiedenen Arten von Olefinmonomeren wird vorzugsweise
eines der beiden Olefinmonomeren in einer Menge von
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öchstens
/etwa 10 Molprozent in Bezug auf das andere Monomere verwendet,
um ein Copolymerisat von hoher Stereospezifität zu erhalten.
Die Polymerisation kann durch Suspension des Katalysators in dem Monomeren, in dem Monomer engemisch oder in einer Lösung des
oder der Monomeren in einem inerten Lösungsmittel, wie aromatischen oder alicyclischen Kohlenwasserstoffen, z.B. Benzol,
Toluol, Hexan, Heptan, Octan oder Deealin; durchgeführt werden.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Polymerisation in der Gasphase ohne Verwendung eines flüssigen Verdünnungs- "bzw.
Lösungsmittels durchzuführen. Die Polymerisationstemperaturen liegen vorzugsweise im Bereich von 0 bis 200 C, insbesondere
bis 150°C. Die Reaktionszeiten betragen 1 Minute bis 20 Stunden. Der Polymerisationsdruck ist nicht kritisch. Bevorzugt
wird ein Druck von 1 bis 50 at. Das Molekulargewicht des erhaltenen Polymerisats kann üblicherweise mit Hilfe von Wasserstoff
kontrolliert werden.
Die Beispiele erläutern die Erfindung. Sofern nicht anders angegeben, beziehen sich alle Teil-, Prozent- und Verhältnisangaben
auf das Gewicht.
A. Herstellung der Organomagnesiumverbindung
In einem mit einem Rührer, einem Kühler und einem Tropftrichter ausgerüsteten Kolben mit 300 ml Fassungsvermögen werden
4,9 g (0,2 Mol) Magnesiumpulver vorgelegt. Sodann wird der Kolben 2 Stunden auf 12O0C erwärmt, wobei durch Einleiten von Ar-
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gon die Feuchtigkeit an der inneren Kolbenwand und der Oberfläche des Magnesiums vollständig entfernt wird. Sodann wird
der Tropftrichter mit 21 ml (0,2 Mol) n-Butylchlorid und
100 ml n-Butyläther beschickt. Diese Lösung wird innerhalb
1 Stunde zum Magnesiumpulver zugetropft, wobei die Temperatur des Reaktionssystems auf 90°C gehalten wird. Nach beendeter Zugabe
läßt man das Gemisch eine weitere Stunde bei 900C reagieren
und kühlt dann auf Raumtemperatur.
B. Herstellung des festen Reaktionsproduktes
Ein 500 ml fassender Kolben, der mit einem Rührer und einem Tropftrichter ausgerüstet ist, wird mit Argon gespült. Sodann
werden 250 ml Hexan und 8 ml Titantetrachlorid in den Kolben gegeben. 50 ml der gemäß A. hergestellten Organomagnesiumverbindung
v/erden in den Tropftrichter gegeben und innerhalb von
2 Stunden zur Titantetrachloridlösung zugetropft, wobei die Reaktionstemperatur
in einem Bereich von 0 bis 500C gehalten wird. Nach beendeter Zugabe wird die Umsetzung weitere 3 Stunden
fortgesetzt. Sodann wird das Reaktionsgemisch zum Absetzen des Niederschlags stehengelassen. Der nach dem Entfernen des
Überstands erhaltene Niederschlag wird fünfmal mit je 100 ml Hexan gewaschen und sodann getrocknet. Man erhält ein ockerfarbenes
festes Reaktionsprodukt.
C. Herstellung des Katalysators
10 g des gemäß B. erhaltenen festen Reaktionsproduktes werden in einen mit Argon gespülten, 100 ml fassenden Kolben gegeben.
Sodann werden 20 ml Hexan und 15 ml Titantetrachlorid zugegeben. Das erhaltene Gemisch wird 2 Stunden bei 700C gerührt und
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anschließend läßt man das Reaktionsgemisch auf Raumtemperatur abkühlen. Nach dem Absetzen des Niederschlags wird der Überstand
entfernt. Der erhaltene Niederschlag wird fünfmal mit je
50.ml Hexan gewaschen.und sodann getrocknet. Der erhaltene Katalysator
ist braun gefärbt.
D. Polymerisation von Äthylen
Ein 1 Liter fassender Autoklav aus korrosionsbeständigem Stahl^
der mit einem Rührer ausgerüstet
ist, wird mit Stickstoff gespült und sodann mit 500 ml trockenem n-Heptan, 5 mMol Triäthylaluminium und 10,0 mg des gemäß C,
hergestellten Katalysators beschickt. Hierauf wird der Autoklav unter Rühren auf 900C erwärmt. Anschließend wird Wasserstoff
bis zu einem Partialdruck von 8 kg/cm und sodann iithylen bis zu einem Gesamtdruck von 15 kg/cm eingeleitet. Nach
2 Stunden wird das restliche Monomer entfernt. Man erhält 48 g Polyäthylen. Die Menge Polyäthylen pro 1 g Katalysator beträgt
4800 g.
Bei Verwendung von 5 mMol Diäthylaluminiumchlorid als Organoaluminiumverbindung
erhält man unter Einhaltung der vorstehenden Reaktionsbedingungen 103 g Polyäthylen. Die Polyäthylenmenge
pro 1 g Katalysator beträgt 10 300 g.
E. Polymerisation von Propylen (1)
Ein 5 Liter fassender Autoklav aus korrosionsbeständigem Stahl, der mit einem Rührer ausgerüstet ist, wird mit Stickstoff gespült
und sodann mit 4,5 g Triäthylaluminium und 100 mg des ge-
, maß C. hergestellten Katalysators beschickt. Sodann wird Was-
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serstoff entsprechend einem Partialdruck von 0,53 kg/cm eingeleitet.
Anschließend werden unter Druck 1,4 kg flüssiges Propylen in den Autoklaven gegeben und innerhalb von 2 Stunden
bei einer Temperatur von 600C unter Rühren polymerisiert. Nach
beendeter Polymerisation wird nicht umgesetztes Propylen entfernt. Zur Zersetzung des Katalysators wird das Polymerisationssystem
mit 2 Liter Methanol versetzt. Das auf diese Weise erhaltene Polypropylen wird unter Verwendung eines Büchner-Trichters
abfiltriert und bei 600C unter vermindertem Druck getrocknet.
Man erhält 685 g Polypropylen. Die Polypropyleramenge pro 1 g Katalysator beträgt 6850 g. 82,6 % des erhaltenen
Polymerisats sind in siedendem Heptan unlöslich.
F. Polymerisation von Propylen (2)
Ein 5 Liter fassender Autoklav aus korrosionsbeständigem Stahl, der mit einem Rührer ausgerüstet ist, wird mit Stickstoff gespült
und sodann mit 1,5 Liter trockenem n-Heptan, 4,5 g Diäthylaluminiumchlorid
und 600 mg des gemäß C. hergestellten Katalysators beschickt. Sodann wird Wasserstoff entsprechend
einem Partialdruck von 0,16 kg/cm eingeleitet. Die Temperatur im Autoklaven wird sodann auf 70°C erhöht. Hierauf wird Propylen
bis zu einem Gesamtdruck von 6 kg/cm in den Autoklaven eingeleitet. Sodann wird 2 Stunden polymerisiert, wobei der
Druck durch Einleiten von monomerem Propylen auf 6 kg/cm gehalten
wird. Nach beendeter Polymerisation wird das nicht-umgesetzte
Propylen entfernt. Zur Zersetzung des Katalysators wird das Polymerisationssystem mit 100 ml Butanol versetzt. Das auf
diese Weise erhaltene Polymerisat wird unter Verwendung eines Büchner-Trichters abfiltriert, dreimal mit je 0,5 Liter Heptan
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gewaschen und bei 60°C unter vermindertem Druck getrocknet. Man erhält 375 g festes Polymerisat. Das Filtrat wird zur
Entfernung des Heptans der Wasserdampfdestillation unterworfen und sodann bei 60 C unter vermindertem Druck getrocknet.
Man erhält 82 g amorphes Polymerisat, das als, Nebenprodukt entstanden ist. Die Gesamtmenge an Polypropylen pro 1 g Katalysator
beträgt 762 g. Ferner werden aus dem erhaltenen festen Polymerisat 45 g in siedendem Heptan lösliches Polymerisat
gewonnen. Der Gehalt an Polymerisat, das in siedendem Heptan unlöslich ist, beträgt somit 72,2 %.
: · Vergleichsbeispiel 1
A. Polymerisation von Äthylen
Äthylen wird gemäß Beispiel 1 D. polymerisiert, wobei 10,0 mg des gemäß Beispiel 1 B. hergestellten festen Reaktionsproduktes
verwendet werden. Bei Verwendung von Triäthylaluminium als Organoaluminiumverbindung erhält man 10 g Polyäthylen entsprechend
einer Polyäthylenmenge von 1000 g pro 1 g Katalysator. Bei Verwendung von Diäthylaluminiumchlorid erhält man 88 g
Polyäthylen entsprechend einer Polyäthylenmenge von 8 800 g/ pro 1 g Katalysator.
B. Polymerisation von Propylen (1)
Propylen wird gemäß Beispiel 1 E. polymerisiert, wobei 300 mg des gemäß Beispiel 1 B. hergestellten festen Reaktionsproduktes
verwendet werden. Man erhält 97 g Polypropylen, entsprechend einer Polypropylenmenge von 323 g pro 1 g Katalysator. Der Anteil
des in siedendem Heptan unlöslichen Polymerisats beträgt 38,5 %. ■
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C. Polymerisation von Propylen (2)
Polypropylen wird gemäß Beispiel 1 F. polymerisiert, wobei 600 g des gemäß Beispiel 1 B. hergestellten festen Reaktionsproduktes verwendet werden. Man erhält 130 g festes Polymerisat
und 49 g amorphes Polymerisat. Die Gesamtmenge an Polypropylen
beträgt 299 g pro 1 g Katalysator. Der Gehalt an in siedendem Heptan unlöslichem Polymerisat beträgt 65,0 %.
A. Herstellung der Organomagnesiumverbindung
Gemäß Beispiel 1 A. werden 4,9 g Magnesiumpulver innerhalb von 2 Stunden bei einer Temperatur von 90°C/mit einem Gemisch aus
21 ml n-Butylchlorid, 60 ml n-Dibutyläther und 100 ml n-Heptan
versetzt. Man setzt die Umsetzung eine weitere Stunde fort, läßt das Reaktionsgemisch stehen und erhält die Organomagnesiumverbindung.
B. Herstellung des festen Reaktionsproduktes
Gemäß Beispiel 1 B. werden 125 ml der gemäß A. hergestellten Organomagnesiumverbindung innerhalb von 2 Stunden bei einer Temperatur
von 0 bis 500C tropfenweise mit einer Lösung von 8 ml
Titantetrachlorid in 50 ml n-Heptan versetzt. Man setzt die Reaktion weitere 3 Stunden bei Raumtemperatur fort. Beim Stehen
des Reaktionsgemisehes setzt sich ein Niederschlag ab. Der
Überstand wird entfernt und der Niederschlag fünfmal mit je 100 ml n-Heptan gewaschen. Nach dem Trocknen erhält man ein
braun gefärbtes, festes Reaktionsprodukt.
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C. Herstellung des Katalysators
10 g des gemäß B. hergestellten festen Reaktionsprodukts werden mit 25 ml n-Heptan und 15 ml Titantetrachlorid versetzt. Das
erhaltene Gemisch wird 2 Stunden bei einer Temperatur von 50°C umgesetzt und anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt. Der
nach dem Entfernen des Überstands verbleibende Niederschlag wird fünfmal mit je 50 ml n-Heptan gewaschen. Nach dem Trocknen
erhält man den bräunlich-purpurfarbenen Katalysator.
Mit diesem Katalysator werden gemäß Beispiel 1 Äthylen und Propylen polymerisiert. Die Ergebnisse sind in Tabelle I aufgeführt
.
Vergleichsbeispiel 2
Äthylen und Propylen werden gemäß Vergleichsbeispiel 1 polymerisiert,
wobei das gemäß Beispiel 2 B. hergestellte feste Reaktionsprodukt eingesetzt wird. Die Ergebnisse sind in Tabelle
II aufgeführt.
A. Herstellung des festen Reaktionsproduktes Gemäß Beispiel 1 B wird eine Lösung von 10 ml Titantetra-nbutoxid
in 200 ml Hexan innerhalb 1 Stunde bei 0 bis 5°C tropfenweise mit einer Lösung von 20 ml der gemäß Beispiel 1 A.
hergestellten Organomagnesiumverbindung versetzt. Man läßt weitere
3 Stunden bei Raumtemperatur reagieren. Sodann wird das Reaktionsgemisch stehengelassen. Nachdem sich der Nieder-
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schlag abgesetzt.hat, wird der Überstand entfernt. Der Niederschlag
wird fünfmal mit je 100 ml Hexan gewaschen. Nach dem Trocknen erhält man ein gelblich-braun gefärbtes, festes Reaktionsprodukt.
B. Herstellung des Katalysators
5 g des gemäß A. erhaltenen festen Reaktionsproduktes werden mit 15 ml Hexan und 10 ml Titahtetrachlorid versetzt. Das erhaltene
Gemisch wird 2 Stunden bei einer Temperatur von 70°C umgesetzt. Man läßt das Reaktionsgemisch stehen und entfernt
den nach dem Absetzen des Niederschlags gebildeten Überstand. Der Niederschlag wird fünfmal mit je 50 ml Hexan gewaschen.
Nach dem Trocknen erhält man ein braun gefärbtes, festes Reaktionsprodukt.
Gemäß Beispiel 1 werden Äthylen und Propylen unter Verwendung des vorstehend erhaltenen Katalysators polymerisiert. Die Ergebnisse
sind in Tabelle I aufgeführt.
Vergleichsbeispiel 3
Äthylen und Propylen werden gemäß Vergleichsbeispiel 1 polymerisiert,
wobei das gemäß Beispiel 3 A. erhaltene feste Reaktionsprodukt verwendet wird. Die Ergebnisse sind in Tabelle II
aufgeführt.
A. Herstellung des festen Reaktionsproduktes Gemäß Beispiel 1 B. wird eine Lösung von 5,5 ml Vanadinoxytrichlorid
in 250 ml Hexan innerhalb von 2 Stunden bei 0 bis
509841/0895
tropfenweise
5°C/mit 40 ml der gemäß Beispiel 1 A. hergestellten Organomagnesiumverbindung
versetzti Anschließend wird die Reaktion 3 Stunden bei Raumtemperatur fortgesetzt. Nach dem Stehenlassen
des Reaktionsgemisches setzt sich ein Niederschlag ab. Der Überstand wird entfernt und der Niederschlag fünfmal mit je
100 ml Hexan gewaschen. Nach dem Trocknen erhält man ein blaßgrün gefärbtes, festes Reaktionsprodukt.
B. Herstellung des Katalysators
5 g des gemäß A. erhaltenen festen Reaktionsprodukts werden mit 20 g Hexan und 10 ml Titantetrachlorid versetzt. Das erhaltene
Gemisch wird 2 Stunden bei 70 C umgesetzt. Beim Stehenlassen des Reaktionsgemisches bildet sich ein Niederschlag. Der Überstand
wird entfernt und der Niederschlag fünfmal mit je 50 ml Hexan gewaschen. Nach dem Trocknen erhält man einen dunkelgrün
gefärbten Katalysator.
Äthylen und Propylen werden gemäß Beispiel 1 unter Verwendung des vorstehend erhaltenen Katalysators polymerisiert. Die Ergebnisse
sind in Tabelle I aufgeführt.
Vergleichsbeispiel 4
Äthylen und Propylen werden gemäß Vergleichsbeispiel 1 unter Verwendung des gemäß Beispiel 4 A. erhaltenen festen Reaktionsprodukte
polymerisiert. Die Ergebnisse sind in Tabelle II zusammengestellt.
509841 /0895
CjO
OO
OO
Beispiel Polymerisationsverfahren
Polymerisation von
Äthylen
Polymerisation von Propylen C )
Bei der Polymerisation verwendete Organoaluminiumverbindung
Diäthylaluminiumchlorid
Di äthylaluminiumchlorid
Tri äthylaluminium
Polymerisation von Äthylen
Polymerisation von Propylen (1)
Di äthylaluminiumchlorid
Triäthylaluminium
Diäthylaluminiumchlorid
Triäthylaluminium
Gesamtmenge Poly merisat pro 1 g Katalysator
Ig)
100
1 790 6 000
000 6 350
1 920 4 340
Gesamtmenge an in siedendem Hep tan unlöslichem Material (Sä)
62,5 78,6
76,6 72,5
Polymerisation von Äthylen
Polymerisation von Propylen (1)
Triäthylaluminium
Triäthylaluminium
6 600 812
66,9
CO OO 4>« CD
Vergleichsbeispiel
Polymerisationsverfahren
Bei der Polymerisation verwendete Organoaluminiumverbindung
Gesamtmenge Polymerisat pro 1 g
Katalysator
Katalysator
(g)
Gesamtmenge an in siedendem Heptan unlöslichem Material
Polymerisation von
Äthylen
Äthylen
Polymerisation von
Propylen (1)
Propylen (1)
Diäthylaluminiumchlorid
Diäthylaluminiumchlorid
Triäthylaluminium 9 100
1 210
1 610
1 610
Diäthylaluminium-Polymerisation von chlorid
Äthylen Triäthylaluminium
Diäthylaluminium-Polymerisation von chlorid Propylen (1) Triäthylaluminium
8 580
keine Polymerisation
2 780
nur spärliche
Polymerisation
Polymerisation
Polymerisation von Triäthylaluminium Äthylen
Polymerisation von Triäthylaluminium Propylen (1)
280
nur spärliche
Polymerisation
Polymerisation
21,1 38,9
16,0
CO CX)
-F-CO
Beispiel 5
10g des gemäß Beispiel 1 B. hergestellten festen Reaktionsprodukts werden mit 30 ml Hexan und 20 ml Äthylaluminiumdichlorid
versetzt. Das erhaltene Gemisch wird 2 Stunden bei 7O0C umgesetzt. Anschließend läßt man das Reaktionsgemisch
stehen, Ms sich der gebildete Niederschlag absetzt. Nach dem Entfernen des Überstands wird der Niederschlag fünfmal mit je
50 ml Hexan gewaschen und getrocknet. Man erhält einen braun gefärbten Katalysator.
Unter Verwendung dieses Katalysators wird Propylen gemäß Beispiel 1 E.polymerisiert. Die Ergebnisse sind in Tabelle III
aufgeführt.
10g des gemäß Beispiel 1 B. hergestellten festen Reaktionsprodukts werden mit 25 ml Hexan und 10 ml Siliciumtetrachlorid
versetzt. Das erhaltene Gemisch wird 2 Stunden bei 50°C umgesetzt. Anschließend läßt man das Reaktionsgemisch stehen, bis
sich der gebildete Niederschlag absetzt. Nach dem Entfernena des Überstands wird der Niederschlag fünfmal mit je 50 ml Hexan
gewaschen und getrocknet. Man erhält einen gelblich-braun gefärbten Katalysator.
Gemäß Beispiel 1 F. wird unter Verwendung dieses Katalysators Propylen polymerisiert. Die Ergebnisse sind in Tabelle III
aufgeführt.
509841 /0895
Beispiel 7
5 g des gemäß Beispiel 1 B. hergestellten festen Reaktionsprodukts "werden mit 5 g Magnesiumchlorid versetzt. Das Gemisch
wird 5 Stunden bei Raumtemperatur in einer Kugelmühle behandelt. Man erhält einen rötlich-braunen Katalysator.
Unter Verwendung dieses Katalysators wird gemäß Beispiel 1 F. Propylen polymerisiert. Die Ergebnisse sind in Tabelle III zusammengestellt
.
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Beispiel | Polymerisationsver fahren |
Tabelle III | - 25 - | Gesamtmenge an in siedendem Hep tan unlöslichem Material 00 |
|
5 | Polymerisation von Propylen (1) |
Bei der Polymerisation verwendete Organo- aluminiumverbindung |
Gesamtmenge Poly merisat pro 1 g Katalysator (g) |
62,4 | |
cn | 6 | Polymerisation von Propylen (2) |
Triäthylaluminium | 1 970 | ^78,3 |
ο co 00 |
7 | Polymerisation von Propylen (2) |
Triäthylaluminium | 490 | 72,2 |
/0895 | Triäthylaluminium | 296 | |||
Claims (13)
- Patentansprüchedadurch gekennzeichnet, daß man eina-Olefin in Gegenwart-(1_) eines Katalysators, der durch Umsetzung einer Verbindung eines Übergangsmetalls der Gruppen IVb und Vb des Periodensystems mit einer Organomagnesiumverbindung und anschließende Behandlung des Reaktionsprodukts mit einer Lewis-Säure erhalten worden ist,
und(2) einer metallorganischen Verbindung eines Metalls der Gruppen Ha und IHa des Periodensystems als Aktivatorpolymerisiert. - 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Übergangsmetallverbindung eine Verbindung der allgemeinen Formel verwendet,MeXn-mYm
in der Me ein Übergangsmetall, X ein Fluor-, Chlor-, Brom- oderJodatom, Y ein Sauerstoffatom, einen Alkylrest mit 1 bis6 Kohlenstoffatomen oder, einen Alkoxyrest mit 1 bis 9 Kohlenmaximalen stoffatomen, η eine ganze Zahl, die höchstens der/Wertigkeit des Übergangsmetalls entspricht und m eine ganze Zahl mit einem Wert von 0 bis η bedeutet. - 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Übergangsmetallverbindung Titantetrachlorid, Titantetrabromid, Tetramethoxytitan, Tetraäthoxytitan, Tetrapropoxy-509841/089&titan, Tetrabutoxytitan, Triäthoxytitanchlorid, Tripropoxytitanchlorid, Tributoxytitanchlorid, Diäthoxy ti tandi chlorid, Dipropoxytitandichlorid, Dibutoxytitandichlorid, Äthoxytitantrichlorid, Propoxytitantrichlorid, Butoxytitantrichlorid, Dibutoxyäthoxytitanchlorid, Methyltitantrichlqrid, Vanadintetrachlorid, Vanadintetrabromid, Vanadinoxychlorid, Vanadinoxybromid, Zirkonchlorid, Zirkonbromid, Niobbromid, Niobchlorid, Tantalchlorid oder Tantalbromid verwendet.
- 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Organomagnesiumverbindung(1) ein Reaktionsprodukt aus metallischem Magnesium und einer organischen Verbindung der allgemeinen FormelR-X,in der R einen Alkylrest mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen oder einen Arylrest mit 6 bis 18 Kohlenstoffatomen und X ein Fluor-, Brom-, Chlor- oder Jodatom bedeutet, das durch Umsetzung in Gegenwart oder Abvresenheit eines inerten verVerdünnungsmittels als Lösungsmittel hergestellt worden ist,
oder(2) eine Verbindung der allgemeinen FormelR1MgR" oder R1MgOR",in der R1 und R" jeweils einen Alkylrest mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen oder einen Arylrest mit 6 bis 18 Kohlenstoffatomen bedeuten,
verwendet.J 509841/0895 - 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Umsetzung etwa 0,5 bis 3 Mol der Qrganomagnesiumverbindung pro 1 Mol der Übergangsmetallverbindung verwendet und die Umsetzung bei Temperaturen von -80 bis 1000C durchführt.
- 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Lewis-Säure ein Halogenid oder Oxyhalogenid eines Metalls der Gruppen II bis VIII des Periodensystems oder von Phosphor oder Bor verwendet.
- 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man als Lewis-Säure ZnCl2, CdCl2, BF3, BCiUf BBr3, AlCl3, EtAlCl2, Et2AlCl, SiCl4, SnCl4, TiCl4, TiBr4, ZrCl4, VCl3, VCl4, VOCl3, ViCl3, MnCl4, CoCl2, NiCl2, MgCl2, PCl3, POCl3 oder TeCl4 verwendet.
- 8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man etwa 0,1 bis 10 Mol Lewis-Säure pro 1 g des festen Reaktionsproduktes verwendet und die Behandlung mit der Lewis-Säure mindestens etwa 5 Minuten bei Temperaturen von -30 bis 1000C durchführt.
- 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daßMinuten
man die Behandlung etwa 30/bis 5 Stunden bei Temperaturen von0 bis 8O0C durchführt.509841 /0895 - 10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Organoaluminiumverbindung eine Verbindung der allgemeinen Formel verwendet,in der Z ein Wasserstoffatom oder einen Alkylrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, X ein Fluor-, Brom-, Chlor- oder Jodatom und η eine ganze Zahl mit einem Wert von 0 bis 3 bedeutet.
- 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man als Organoaluminiumverbindung Diäthylaluminiumchlorid oder Triäthylaluminium verwendet.
- 12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man 0,001 bis 100 Mol des Katalysators pro 1 Mol der metallorganischen Verbindung des Metalls der Gruppen Ha oder IHa des Periodensystems verwendet.
- 13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein geradkettiges oder verzweigtes cX-Olefin mit 2 bis 15 Kohlenstoffatomen verwendet509841 /0895
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OHW | Rejection |