DE2525511A1 - Herstellung und verwendung eines polymerisationskatalysators - Google Patents

Herstellung und verwendung eines polymerisationskatalysators

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DE2525511A1
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DE19752525511
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Ronald Alfred Crump
Brian Peter Forsyth Goldie
Prem Sagar Thukral
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BP PLC
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BP PLC
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F10/00Homopolymers and copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond
    • C08F10/02Ethene

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  • Transition And Organic Metals Composition Catalysts For Addition Polymerization (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

PATENTANWÄLTE
Dipl.-lng. P. WIRTH ■ Dr. V. SCHMIED-KOWARZIK Dlp!.-lng. G. DANNENBERG · Dr. P. WEINHOLD · Dr. D. GUDEL 281134 6 FRANKFURT/M.
TELEFON (0611) 28?0]4 GR. ESCHENHEIMER STR.39
Case: CHE 3759
wd/cw/um
IHE BRITISH PETROLEUM COMPAlTY LIMITED Britannic House
Moor Lane London EC2Y 9
England
"Herateilung und Verwendung eines Polyraerisationskatalysators"
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel-' lung eines Polymerisationskatalysators und die Verwendung des Katalysators bei der Polymerisation von Olefinen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines zur PoIymerisierung von 1-Olefinen geeigneten Polyraerisationskatalysators ist nun dadurch gekennzeichnet,daß es die folgenden- Stufen umfaßt:
i) Erhitzen eines Katalysatorträgermaterials, das ein schwer reduzierbares anorganisches Oxyd mit chemisorbierten Hydroxylgruppen auf der Oberfläche umfaßt, zusammen mit einer Titanverbindung und einer oder mehreren weiterer Me ta-1 Iv erb indungen auf eine Temperatur im Bereich von etwa 150 bis 120O0C und
ii) Einbringen einer Chromverbindung in das Produkt i) unter praktisch wasserfreien Bedingungen und Erhitzen auf eine Temperatur von etwa 100 bis 9000C, um den Katalysator zu aktivieren.
Beispiele für Trägermaterialien, die zweckmäßig bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden, sind Silizium-, Aluminium-, Zirkon- und Thoriumoxyd. Kombinationen solcher 0x3>-de,wie beispielsweise Siliziumoxyd-Aluminiumoxyd, sind auch geeignet. Siliziumoxyd, z.B. mikrosphärodisches Siliziumoxyd, Silikagel und Siliziumoxyd-Aluminiumoxyd, werden bevorzugt. Besonders bevorzugt werden mikrosphärodische Siliziumoxyde mit einem Oberflächenbereich (BET) von 200 bis 600 qm/g und einem Porenvolumen ( das auf dem Wege der Wasserporosimetrie gemessen wird) von 0,5 bis 2,5 ccm/g.
Als Titanverbindung wird zweckmäßig eine Verbindung gewählt, die durch die folgenden Formeln dargestellt werden: (I) (R') Ti (0R')m; (II) (R0)m Ti (OR')n; worin m = 1, 2, 3 oder 4 ist; η = 0, 1, 2 oder 3 ist; m + η = 4 ist; (III) Ti X4; (IV) Titanacetylacetonatverbindungen und (V) Alkanolamintitanate, worin R eine Alkyl-, Aryl- oder Cycloalkylgruppe oder eine Kombination
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ο ~~
von zwei oder mehreren von diesen, wie z.B. Aralkyl oder Alkaryl, darstellt, wobei Jede Gruppe 1 bis einschl. 12 Kohlenstoffatome besitzt; R' eine Gruppe ist, wie sie für R definiert wurde, oder ein Cyclopentadienyl oder eine C2-Cj2-Alkenylgruppe, wie z.B. Äthenyl, Propenyl, Isopropenyl oder Butenyl, darstellt und X Halogen, z.B. Chlor, bedeutet. Titanverbindungen, die durch die Formel (RO)^ Ti dargestellt werden, insbesondere die Alkylverbindungen mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen in jeder Alkylgruppe, wie z.B. Tetraäthyltitanat und Tetraisopropyltitanat, v/erden bevorzugt. Titanacetylacetonatverbindungsn können beispielsweise Titandiacetylacetonatdiisopropylat, Titandichlordiacetylacetonat oder das sogenannte "Titanacetylacetonat" oder "Titanylacetylacetonat" sein. Das Alkanoiamintitanat kann Z?B# Triäthanolamintitanat sein.
Metallverbindung bedeutet in der gesamten Beschreibung beliebige Metallverbindungen, die von dem Trägermaterial chemisch verschieden sind und bei denen als Metall Bor, Kupfer, Magnesium, Aluminium, Zirkon, Thorium, Vanadium, Chrom, Molybdän, Wolfram, Mangan, Eisen, Kobalt, Nickel, Zink, Gallium, Zinn, Blei und Lanthan gewählt wird.
Beispiele für Metallverbindungen,die man in dem erfindungsgemäßen Verfahren zweckmäßig verwenden kann, sind Oxyde ( andere als Aluminium-, Zirkon- und Thoriumoxyd), Salze, Alkylate, Acetylacetonate, Aminverbindungen und Organokomplexe. Bevorzugte Metallverbindungen sind Verbindungen von Vanadium, Eisen, Kobalt, Nickel, . Aluminium, Kupfer, Magnesium, Gallium, Zinn, Molybdän und Wolfram. Beispiele für Metallverbindungen, die verwendet werden können, sind Vanadiumacetylacetonat, Eisenoxyd, Kobaltchlorid, Nickeloxyd, Nickelacetylacetonat, Kupferoxyd, Kupferacetylacetonat, Magnesiumchlorid, Magnesiumäthylat, Galliumchlorid, Zinn-II-chlorid, Molybdänoxyd, Wolfram-VI-oxyd.
Die Titanverbindung (oder Verbindungen) und die Metallverbindung (oder Verbindungen) können mit dem Trägermaterial in einer Stufe
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oder in jeder gewünschten Reihenfolge erhitzt werden. Deshalb kann beispielsweise die Titanverbindung mit dem Trägermaterial erhitzt werden. Die Metallverbindung kann dann zugegeben und das Erhitzen fortgesetzt werden; ferner können Titan- oder Metallverbindungen zugegeben und das Erhitzen fortgesetzt werden.
Die Menge der in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Titanverbindung und Metallverbindung oder -verbindungen kann innerhalb eines großen Bereiches, z.B. von 0,1 bis 80 Gew.-$>, bezogen auf das Gesamtgewicht des Katalysators, variieren. Vorzugsweise beträgt die Menge der Titanverbindung und Metallverbindung 0,5 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Katalysators.
Die Chromverbindung kann Jede praktisch wasserfreie Chromverbindung sein, die geeignet ist, in Verbindung mit dem Trägermaterial einen aktiven Katalysator für die Äthylenpolymerisation zu bilden. Beispiele für solche Chromverbindung sind Chromsalze, wie beispielsweise Chrom-III-sulfat und Chrom-III-nitrat; Chromoxyde und Oxyverbindungen, wie z.B. Chromoxyd (CrOv) und Chromylchlorid; Chromate, wie z.B. Ammoniumchromat und tertiär- Butylchromate (z.B. Di-tert-butylchromat); und organische Chromverbindungen, wie z.B. Chromacetylacetonate und Bis-(cyclopentadienyl)-chrom. Die Verbindung Di-tert-butylchromat wird bevorzugt.
Der gesamte Chromgehalt des in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Katalysators liegt zweckmäßig im Bereich von 0,1 bis 30 Gew.-% und vorzugsweise 0,25 bis 5,0 Gew.-#, bezogen auf das Gesamtgewicht des Katalysators.
Die Titanverbindung und Metallverbindung werden vorzugsweise im gesamten Trägermaterial gründlich dispergiert. Beispielsweise können die Metallverbindung (d.h. die Titanverbindung und/oder die Metallverbindung) und das Trägermaterial trocken
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gemischt oder zusammen gemahlen (z.B. in der Kugelmühle) werden, oder - wenn die Verbindung in einem geeigneten Lösungsmittel löslich ist - kann das Mischen durch Mischen der Lösung mit dem Trägermaterial und Abdampfen des Lösungsmittels erzielt werden.
Geeignete Lösungsmittel sind solche, die nicht mit der Verbindung oder dem Trägermaterial unerwünscht reagieren und keine Vergiftung des endgültigen Katalysators zur Folge haben. Wo die Verbindung wasserlöslich ist, kann das Mischen zweckmäßig beispielsweise durch Imprägnierung des Trägermaterials mit einer v/ässrigen Lösung der Verbindung und dann Trocknen in einer beliebigen Methode erzielt werden. Beispielsweise kann Nickel- oder Kobaltchlorid auf einem Trägermaterial aus Siliziumoxyd durch das vorher beschriebene Verfahren der wässrigen Imprägnierung dispergiert werden. Verbindungen, die durch Wasser beträchtlich hydrolysiert werden, v/erden zweckmäßig mit dem Trägermaterial durch ein nicht wässriges Misch- oder Imprägnierungsverfahren gemischt. Beispiele für derartige nicht wässrige Verfahren sind Trockenmischen und Kugelmahlbehandlung. Wenn die Metallverbindung flüchtig ist oder durch Erhitzen verflüchtigt werden kann, kann die Imprägnierung beispielsweise durch Einleiten des Dampfes in das Trägermaterial erzielt werden. Ein Beispiel für eine flüchtige Titanverbindung, mi* der das Trägermaterial auf diese Weise imprägniert werden kann, ist Isopropyltitanat. Unter den letzteren Umständen wird das Trägermaterial vorzugsweise verwirbelt. Wenn die Metallverbindung in geeigneten nicht wässrigen Lösungsmitteln löslich ist, kann die Imprägnierung beispielsweise durch Mischen der Lösung mit dem Trägermaterial und Abdampfen des Lösungsmittels durchgeführt werden. Es wird bevorzugt, das Mischen oder Imprägnieren unter Anwendung nicht wässriger Verfahren durchzuführen, und unter diesen Bedingungen wird bevorzugt, daß das Trägermaterial praktisch von Wasser frei sein sollte. Dies kann beispielsweise durch Vortrocknen des Trägermaterials in einem Ofen oder Trokkenluftstrom bei einer Temperatur von etwa 50 bis 800°C erzielt werden.
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Die Metall Verbindung oder -verbindungen (wie oben definiert) und die Titanverbindung oder -verbindungen, die in der ersten Erhitzungsstufe entsprechend der vorliegenden Erfindung verwendet werden, können in dem Trägermaterial entweder aufeinanderfolgend oder zusammen dispergiert werden, und das Erhitzen kann in einer Stufe, oder beispielsweise in Stufen zwischen der aufeinanderfolgenden Zugabe der Verbindungen, durchgeführt werden. Das Trägermaterial und die Verbindungen können zusammen bei einer Temperatur oder Temperaturen im Bereich von 150 bis 12000C und vorzugsweise 400 bis 100O0C, insbesondere 500 bis 9000G, während einer Zeitdauer von einigen Minuten bis mehrere Stunden erhitzt werden, Das Erhitzen kann beispielsweise durchgeführt werden, indem die Mischung in einem Wirbelbett, durch welches Trockengas (z.B. Luft) strömt, erhitzt wird.
Die Chromverbindung kann in das Produkt aus der ersten Erhitzungsstufe i) durch ein beliebiges Verfahren, z.B. durch Trockenmischen, Lösen der Chromverbindung in einem geeigneten inerten nicht wässrigen Lösungsmittel oder Kugelmahlbehandlung eingearbeitet v/erden, oder - wenn eine flüchtige Verbindung (CrO2Cl2) verwendet wird - kann die Verbindung gegebenenfalls verdampft und in den die Metallverbindung enthaltenden Träger geleitet oder in einem Strom von Trockengas (z.B. Luft, Stickstoff oder Sauerstoff) eingebracht werden.
Das in der zweiten Stufe ii) der Katalysatorherstellung durchgeführte Aktivierungsverfahren umfaßt das Erhitzen des Katalysators bei einer Temperatur von etwa 100 bis 9000C, vorzugsweise 200 bis 7000C, wobei ein aktiver Polymerisationskatalysator hergestellt wird. Gewöhnlich wird bevorzugt, daß das Erhitzen in Gegenwart von Luft durchgeführt wird. Die Dauer des Erhitzens beträgt zweckmäßig einige Minuten bis mehrere Stunden, beispielsweise 1/2 bis 12 Stunden. Im allgemeinen neigen niedrigere Aktivierungstemperaturen, z.B. 200 bis 400°C, dazu, ein Polymer mit höheren Schmelzindices zu erzeugen.
d.h. trockenes Gas
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform entsprechend der vorliegenden Erfindung wird der Katalysator durch ein Verfahren hergestellt, das die folgenden Stufen umfaßt:
ia) die Zugabe von einer oder mehreren Metallverbindung(en) (wie oben definiert) und/oder Titanverbindungen zu einem Katalysatorträgermaterial, das ein schwer reduzierbares anorganisches Oxyd mit chemisorbierten Hydroxylgruppen auf der Oberfläche umfaßt und Erhitzen auf eine Temperatur im Bereich von 150 bis 12000C und
ib) Nachbehandlung mit einer oder mehreren weiteren Metallverbindung (en) (wie oben definiert) und/oder Titanverbindungen, die gleich oder unterschiedlich von den ersten Metallverbindungen oder Titanverbindungen sein können, indem die folgenden Stufen ic) und id)
ic) erneute Bildung einiger Hydroxylgruppen auf der Oberfläche des mit der Metallverbindung oder Titanverbindung behandelten Trägermaterials durch Reaktion mit einer Hydroxylenthaltenden Verbindung und
id)
Zugabe einer oder mehrerer weiteren Metallverbindungen oder Titanverbindungen zu diesem behandelten Trägermaterial und Erhitzen bei einer Temperatur im Bereich von 150 bis 12000C
einmal oder mehrmals durchgeführt wird, und
ii) Einbringen einer Chromverbindung in das Produkt aus id) unter praktisch wasserfreien Bedingungen und Erhitzen bei einer Temperatur im Bereich von 100 bis 9000C, um einen aktiven Polymerisationskatalysator herzustellen ,wobei bei der Katalysatorherstellung mindestens eine Titanverbindung und mindestens eine Metallverbindung (wie oben definiert) verwendet werden.
In dieser bevorzugten Ausführungsform wird ein erstes Erhitzen in Stufe ia) und weiteres Erhitzen in Stufe id) durchgeführt.
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Die Temperatur, bei welcher diese Erhitzungsstufen durchgeführt werden, liegt zweckmäßig im Bereich von 150 bis 1200°C, vorzugsweise 400 bis 1OOO°C, insbesondere 500 bis 9000C.
Die in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Hydroxylenthaltende Verbindung soll geeignet sein, Oberflächenhydroxylgruppen auf dem anorganischen Oxyd wieder zu bilden, nachdem letzteres während der Stufe ia) erhitzt worden ist. Beispiele für solche Verbindungen sind Wasser und Alkohole. Wasser wird bevorzugt.
Die Menge der Hydroxyl-enthaltenden Verbindung ist zweckmäßig ausreichend, um mindestens einige Hydroxylgruppen auf der Oberfläche des Oxydträgermaterials wieder zu bilden. Vorzugsweise wird ein schwacher Überschuß von der Menge verwendet, die erforderlich wäre, alle Hydroxylgruppen wieder zu bilden, die Verwendung einer übermäßigen Menge sollte vermieden werden, da ihre Anwesenheit oder nachfolgende Entfernung die Porenstruktur des Trägers schädigen könnte. Wenn ein Überschuß der HydroxyI-enthaltenden Verbindung verwendet wird, wird der Überschuß vorzugsweise vor der Zugabe der weiteren Metallverbindung, beispielsweise durch Destillieren oder Verwirbeln des Trägers in einem Strom heißen Gases, entfernt.
Die Hydroxyl-enthaltende Verbindung kann mit dem mit der Metallverbindung behandelten Trägermaterial bei jeder gewünschten Temperatur umgesetzt werden. Vorzugsweise wird das Trägermaterial vor Reaktion mit der Hydroxylverbindung auf eine Temperatur bei oder nahe der Zimmertemperatur abgekühlt. Die Hydroxyl-enthaltende Verbindung und das Trägermaterial können auf beliebige Weise, beispielsweise durch Zugabe der Hydroxylverbindung und Rühren oder anderweitige Bewegung der Mischung oder durch Einströmen-lassen des Dampfes einer flüchtigen Hydroxylverbindung in das Trägermaterial, zusammengebracht werden.
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Das Verfahren zur Aktivierung des Katalysators ist hier bereits beschrieben worden.
Die vorliegende Erfindung sieht ferner ein Verfahren zur PoIymerisierung von Äthylen oder einer Mischung von Äthylen und ein oder mehrerer anderer 1-Olefine vor, das das Inlcontaktbringen des monomeren Materials mit dem erfindungsgemäß hergestellten Katalysator unter Polymerisationsbedingungen umfaßt.
Das in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete monomere Material kann aus Äthylen als einziges Monomer bestehen, wenn ein Äthylenhomopolymer gewünscht wird, oder aus Mischungen von Äthylen mit anderen 1-Olefinen, z.B. Propylen, 1-Buten, 1-Penten, 1-Hexen, 4-Methyl-1-penten, 1,3-Butadien oder Isopren, wenn Mischpolymere erhalten werden sollen. Vorzugsweise werden nicht mehr als etwa 25 Gew.-% (bezogen auf das gesamte monomere Material) dieser·Comonomeren zu dem Äthylen gegeben.
Die Polymerisationsbedingungen, d.h. Reaktionsbedingungen, und Gewinnungsverfahren, Vorrichtung und dergl., die in dem erfindungsgeraäßen Polymerisationsverfahren angewendet werden, können beispielsweise der bei den bekannten Phillipsverfahren angewendeten Arbeitsweise entsprechen. Die Phillips-Polymerisationsverfahren werden z.B. in den Britischen Patentschriften Nos. 790 195; 804 641; 853 414; 886 784 und 899 156 beschrieben. Die Polymerisationsreaktion kann beispielsweise unter solchen Reaktionsbedingungen durchgeführt werden, daß das Polymer in Lösung in einem geeigneten Lösungsmittel erhalten wird (das sogenannte Phillips "solution forra"-Verfahren.,)oder daß das Polymer als feste Teilchen erhalten wird, die in einem Verdünnungsmittel, das flüssig oder gasförmig sein kann, suspendiert oder verwirbelt werden ( das sogenannte "particle form"-Verfahren ). In der Gasphasen-Polymerisation kann das Verdünnungsmittel das gasförmige Monomer sein. Gewöhnlich wird das gasförmige Verdünnungsmittel zurückgeführt und abgekühlt, um die Temperatur der Polymerisationsreaktion zu regeln. * = Teilchenformverfahren
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Es wird bevorzugt, die Polymerisations- oder Mischpolymerisationsreaktion unter Bedingungen des Teilchenformverfahrens durchzuführen, und unter diesen Bedingungen ist das Verdünnungsmittel vorzugsweise ein flüssiges Verdünnungsmittel (siehe beispielsweise Britische Patentschriften Nos. 853 414; 886 784 und 899 156).
Als flüssiges Verdünnungsmittel kann in der Polymerisationsoder Mischpolymerisationsreaktion jeder Kohlenwasserstoff verwendet werden, der chemisch inert ist und unter Reaktionsbedingungen den Katalysator nicht beeinträchtigt. Im allgemeinen wird das Verdünnungsmittel aus den Gruppen der Paraffine und Cycloparaffine mit 3 bis 30 Kohlenstoffatomen pro Molekül ausgev/ählt. Geeignete Verdünnungsmittel sind beispielsweise Isopentan und Isobutan. Wenn das erfindungsgemäße Polymerisationsverfahren unter den Bedingungen des Teilchenformverfahrens in einem flüssigen Verdünnungsmittel durchgeführt wird, ist das bevorzugte flüssige Verdünnungsmittel Isobutan. Wenn flüssige Verdünnungsmittel verwendet werden, sind diese gewöhnlich in einer ausreichenden Menge anwesend, so daß die Konzentration des monomeren Materials in der gesamten Kohlenwasserstoffbeschickung 2 bis 10 Gew.-% beträgt, obgleich gegebenenfalls Konzentrationen außerhalb dieses Bereichs verwendet werden können.
Für weitere Details über die Bedingungen des Teilchenformverfahrens oder andere Verfahrensbedingungen, die in dem erfindungsgemäßen Polymerisationsverfahren angewendet werden können, kann auf die oben erwähnten Britischen Patentschriften verwiesen werden.
Der Polymerisationsdruck ist vorzugsweise hoch genug, um das Verdünnungsmittel - wenn ein flüssiges Verdünnungsmittel verwendet wird - in flüssiger Phase zu halten und um sicherzustellen, daß das monomere Material - wenn es nicht unter den
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angewendeten Bedingungen verflüssige wird - in der flüssigen Phase in ausreichender Menge gelöst wird. Zu diesem Zweck ist
ein Druck in der Größenordnung von etwa 3s5O "bis 49 kg/cm ausreichen. Im allgemeinen kann der Reaktionsdruck von annähernd at-
mosphärischem Druck bis zu einer Höhe von mehreren Hundert kg/cm" Die Behandlungs- oder Reaktionszeit kann von einigen Minuten bis mehrere Stunden variieren und liegt im allgemeinen im Bereich von etwa 50 Minuten bis 3 Stunden.
Die Polyraerisationsreaktion kann beispielsweise durch Inkontaktbringen des monomeren Materials oder der das Monomer enthaltenden Kohlenwasserstoffbeschickung mit einem Festbettkatalysator, durch Schwerkraft wirkendes Katalysatorbett, mit dem Katalysator, der in fein zerteilter Teilchenform in einem Verdünnungsmittel suspendiert und durch Bewegung in Suspension gehalten wird; oder unter Anwendung einer Fließbett-Technik durchgeführt v/erden.
Gegebenenfalls kann die Polymerisation in Gegenwart von Wasserstoff gas durchgeführt werden, um den Schmelzindex des erhaltenen Polymers zu erhöhen. Je höher der Partialdruck des Wasserstoffs in der Reaktionszone ist, desto niedriger wird im allgemeinen das Molekulargewicht des erzeugten Polymers.
Methoden zur Gewinnung des Polyolefinprodukts sind dem Fachmann bekannt, und für die weitere Beschreibung von Gewinnungstechniken kann auf die oben erwähnte Britische Patentschrift verwiesen werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann zur Herstellung von Polyäthylen und Mischpolymeren davon mit einem großen Schmelzindexbereich angewendet werden. Die Katalysatoren besitzen gute Aktivität, selbst wenn sie bei relativ niedrigen Temperaturen aktiviert werden.
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Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung, ohne diese zu beschränken.
In den Beispielen wurde der Schmelzindex (MI) und Hochbelastungsschmelzindex (HLMI) entsprechend dem Verfahren 1238 nach ASTM unter Verwendung einer Belastung von 2,16 kg bzw. 21,6 kg bestimmt. Die Einheiten sind g/10 Minuten. Das Schmelzindexverhältnis (MIR) ist HLMI/MI.
Beispiel 1
Ein Träger aus Siliziumoxyd, der im Handel von W.R. Grace & Co erhältlich und als Siliziumoxyd 952 bekannt ist, wurde mit einer Petrolätheraufschlämmung von Aluminiumisopropylat, die etwa 5 Gew.-% Aluminium, bezogen auf das Gewicht des Siliziumoxyds, enthielt, imprägniert. Das Siliziumoxyd 952 ist vorher bei 15O0C getrocknet worden. Nach Entfernen des Petroläthers wurde das Produkt auf 8000C während 3 Stunden di
in einem Strom trockner Luft erhitzt.
Produkt auf 8000C während 3 Stunden durch Wirbelschichttechnik
Das mit Aluminium behandelte Siliziumoxyd wurde abgekühlt und mit destilliertem Wasser bedeckt und die erhaltene Aufschlämmung 30 Minuten lang mechanisch geschüttelt. Das Produkt wurde mit der Petrolätherlösung von Titanisopropylat,die etwa 5 Gew.-%, Titan, (bezogen auf das Gewicht des Siliziumoxyds) enthielt, behandelt. Der Petroläther (Lösungsmittel) wurde abkantiert und das modifizierte Siliziumoxyd dreimal mit frischem Petroläther gewaschen (um das nicht umgesetzte Titan zu entfernen), und die letzten Lösungsmittelspuren wurden abdestilliert. Das mit Titan/Aluminium behandelte Siliziumoxyd wurde 3 1/2 Stunden auf 800°C durch Wirbelschichttechnik in einem Strom trockner Luft erhitzt.
Eine Petrolätherlösung des Reaktionsprodukts von 0,4 g Chromtrioxyd und 2 ml tertiär-Butylalkohol (d.h. Di-tert-butylchromat) wurde zu einer Petrolätheraufschlämmung von 20 g des oben mit Titan/Aluminium behandelten Siliziumoxyds gegeben. Das Lösungsmittel wurde durch Destillation entfernt.
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Der Katalysator wurde etwa 3 1/2 Stunden bei 4500C durch Wirbelschichttechnik in einem Strom trockner Luft aktiviert. Der Aluminium-, Titan- und Chromgehalt des Katalysators betrug 4,56, 3,93 bzw. 0,94 Gew.-96.
Der Katalysator (0,133 g) wurde dann in einen mit Stickstoff gespülten Autoklaven (etwa 1,9 1) gegeben. Der Autoklav wurde dann mit 1000 ml Isobutan beschickt und Äthylen eingelassen, um den Druck zu erhöhen und bei 42 kg/cm zu halten. Die Reaktionstemperatur wurde 60 Minuten bei 1030C gehalten. Die Ausbeute des Polyäthylens betrug 354 g und die Produktivität 2660 g Polymer/g Katalysator/h. Die Schmelzindexeigenschaften des Polymers wurden nach Behandlung mit einem Antioxydationsmittel und Homogenisierung auf einer Walzenmühle bei 150°C gemessen. Der MI und MIR des Polymers betrug 8,6 bzw. 78.
Beispiel 2
Ein Träger aus Siliziumoxyd, der im Handel von W.R. Grace & Co erhältlich und als Siliziumoxyd 952 bekannt ist, wurde mit einer Petrolätheraufschlämmung von Kupfer-II-oxyd,■die etwa 2 Gew.-% Kupfer, bezogen auf das Gewicht des Siliziumoxyds, enthielt und einer Petrolätherlösung von Titantetraisopropylat, die etwa 3 Gew.-% Titan, bezogen auf das Gewicht des Siliziumoxyds, enthielt, co-imprägniert. Das Siliziumoxyd 952 ist vorher bei 1500C getrocknet worden. Nach Entfernen des Petroläthers wurde das Produkt 3 1/2 Stunden bei 7000C durch Wirbelschichttechnik in einem Strom trockner Luft erhitzt.
Eine Petrolätherlösung des Reaktionsprodukts von 0,4 g Chromtrioxyd und 2 ml tertiär-Butylalkohol (d.h. Di-tert-butylchromat) wurde zu einer Petrolätheraufschlämmung von 20 g des oben modifizierten Siliziumoxyds gegeben. Das Lösungsmittel wurde durch Destillation entfernt. Der Katalysator wurde bei 4500C etwa 4 Stunden durch Wirbelschichttechnik in einem Strom trockner Luft aktiviert. Der Kupfer-, Titan- und Chromgehalt des Katalysators betrug 0,88, 3,3 bzw. 0,87 Gew.-?6.
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Der Katalysator (0,168 g) wurde dann in einen mit Stickstoff gespülten Autoklaven (etwa 1,9 l) gegeben. Der Autoklav wurde dann mit 1000 ml Isobutan beschickt und Äthylen eingelassen, um den Druck zu erhöhen und bei 42 kg/cm zu halten. Die Reaktionstemperatur wurde bei 1030C während 60 Minuten gehalten. Die Ausbeute des Polyäthylens betrug 395 g und die Produktivität 2351 g Polymer/g Katalysator/h. Die Schmelzindexeigenschaften des Polymers wurden nach Behandlung mit einem Antioxydationsmittel und Homogenisierung auf einer Walzenmühle bei 1500C gemessen. Der MI und MIR des Polymers betrug 1,09 bzw. 116.
Beispiele 3-9
Ein Träger aus Siliziumoxyd, der im Handel von W.R. Grace & Co erhältlich und als Siliziumoxyd 952 bekannt ist, wurde mit eigner Petrolätheraufschlämmung von einer Metallverbindung (Tabelle 1), die etwa 5 Gew.-% Metall (bezogen auf das Gewicht des Siliziumoxyds) enthielt, imprägniert. Das Siliziumoxyd 952 ist vorher bei 150°C getrocknet worden. Nach Entfernen des Petroläthers wurde das Produkt bei 8000C etwa 3 1/2 Stunden durch Wirbelschichttechnik in einem Strom trockner Luft erhitzt.
Das mit Metall behandelte Siliziumoxyd wurde abgekühlt und mit destilliertem Wasser bedeckt und die erhaltene Aufschlämmung 30 Minuten mechanisch geschüttelt. Das Wasser wurde abdestilliert und das Produkt bei 1500C getrocknet. Das Produkt wurde mit einer Petrolätherlösung von Titantetraisopropylat, die etwa 5 Gew.-% Titan (bezogen auf das Gewicht des Siliziumoxyds) enthielt, behandelt. Der Petroläther (Lösungsmittel) wurde abdekantiert und das modifizierte Siliziumoxyd gewaschen und dreimal mit frischem Petroläther dekantiert (um das nicht umgesetzte Titan zu entfernen), und die letzten Lösungsmittelspuren wurden abdestilliert. Das mit Titan/Metall behandelte Siliziumoxyd wurde etwa 3 1/2 Stunden bei 8000C durch Wirbelschichttechnik in einem Strom trockner Luft erhitzt.
Eine Petrolätherlösung von Di-tert-butylchromat (die etwa 1 Gew.-
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Chrom, bezogen auf das Gewicht des Siliziumoxyds, enthielt) wurde zu einer Petrolätheraufschlämmung des oben modifizierten Siliziumoxyds gegeben. Das Lösungsmittel wurde durch Destillation entfernt. Der Katalysator wurde bei 450°C etwa 4 Stunden durch Wirbelschichttechnik in einem Strom trockner Luft aktiviert. Die /nalyse der Katalysatoren ist in Tabelle 1 angegeben.
Der Katalysator wurde in einen mit Stickstoff gespülten Autoklaven (etwa 1,9 1) gegeben. Der Autoklav wurde dann mit 1000 ml Isobutan beschickt und Äthylen eingelassen, um den Druck zu erhöhen und bei 42 kg/cm zu halten. Die Reaktionstemperatur wurde wie in Tabelle 1 gehalten,und die Schmelzindexeigenschaften des erhaltenen Polymers wurden nach Behandlung mit einem Antioxydationsmittel und Homogenisierung auf einer Walzenmühle bei 1500C gemessen.
Beispiele 10-14
Ein Träger aus Siliziumoxyd, der im Handel von W.R. Grace & Co erhältlich und als Siliziumoxyd 952 bekannt ist, wurde mit einer Petrolatherlösung von Ti(OPr1)-, die etwa 5 Gew.-% Ti (bezogen auf das Gewicht des Siliziumoxyds )enthielt, imprägniert. Das Siliziumoxyd 952 ist vorher bei 150°C getrocknet worden. Nach Entfernen des Lösungsmittels wurde das Produkt bei 80O0C etwa 3 Stunden durch Wirbelschichttechnik in einem Strom trockner Luft erhitzt.
Das mit Titan behandelte Siliziumoxyd wurde abgekühlt und mit destilliertem Wasser bedeckt und die erhaltene Aufschlämmung "*15 Minuten mechanisch geschüttelt. Das Wasser wurde abdestilliert und das Produkt bei 150°C getrocknet. Das Produkt wurde in Petroläther aufgeschlämmt und mit einer zweiten Metallverbindung (siehe Tabelle 2) imprägniert. Der Petroläther wurde abdestilliert und das modifizierte Siliziumoxyd etwa 3 Stunden bei 800 C durch Wirbelschichttechnik in einem Strom trockner Luft erhitzt. Eine Petrolätherlösung von Di-tert-butylchromat (die etwa 1 Gev.-% Cr, bezogen auf das Gewicht des Silizium-
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oxyds, enthielt) wurde zu einer Petrolätheraufschlämmung des oben modifizierten Siliziumoxyds gegeben. Das Lösungsmittel wurde durch Destillation entfernt und der Katalysator bei 4500C etwa 4 Stunden durch Wirbelschichttechnik in einem Strom trockner Luft aktiviert. Die Analyse der Katalysatoren ist in Tabelle 2 angegeben.
Der Katalysator wurde in einen mit Stickstoff gespülten Autoklaven (etwa 1,9 1) gegeben. Der Autoklav wurde dann mit 1000 ml Isobutan beschickt und Äthylen eingelassen, um den Druck zu erhöhen und bei 42 atu zu halten. Die Reaktionstemperatur wurde wie in Tabelle 2 gehalten, und die Schmelzindexeigenschaften des erhaltenen Polymers wurden nach Behandlung mit einem Antioxydationsmittel und Homogenisierung auf einer Walzenmühle bei 1500C gemessen.
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Tabelle
Beisp.
Nr.
Metall
verb in-
dung
Analyse
Gew.-So
Polymerisationsangaben Kataly-
satbrge-
wicht g
Reaktor
tempera
tür C
- Reakti-
- onszeit
Min
Polymer
ausbeu
te g
Produktivi
tät
g/g/h +
Polymereigensch. HLMI MIR
3- Zr(OPr)4 Zr=5,B
Ti=3,8
Cr=I,02
0,151 104 70 320 1816 MI 160,5 118
4 Ni(NO3)2 Ni=3»95
Ti=4,15
Cr=I,23
0,092 104 70 293 2730 1,36 483 97
5 Fe(NO3)3 Fe=3>93
Ti=3,91
Cr=O,92
0,13 104 60 272 2092 5,0 89,6 109
6 CuO Cu=2 ,92
Ti=3-i9
Cr=O ,96
0,11 104 60 314 2854 0,82 181 111
t
7 %(02H5)z Mg=2,81
Ti=4 Al
Cr=I ,04
0,13 105 60 276 2123 1,67 465 79
8 LaCl„ La=7,3
Ti-5 ,34
Cr=I ,23
0,212 105 58 206 1005 *
5,9
43,1 68
9 ZnCl2 Zn=I,8
Ti=2,8
Cr=l,l6
0,142 100 60 362 2549 *
0,63
30,1 201
0,15
CXl LTl
Φ Mit Wasserstoff modifizierter Ansatz, 2,80 atü
* Schmelzindexangaben des nicht homogenisierten Polymers
+ g Polymer/g Katalysator/h.
Anmerkungen zu den Beispielen:
Beispiel 3:
Beispiel 4: Wässrige Lösung von Nickel Beispiel 5: Wässrige Lösung von Eisen Beispiel 6: Aufschlämmung von CuO in Pstroläther
Beispiel 7: Mg mit Siliziumoxyd trocken gemischt, Ti(OPr*1)^ zu dem Wirbelbett des Siliziumoxyds gegeben
Beispiel 8: La mit Siliziumoxyd trocken gemischt, Ti(OPr )r zu dem Wirbelbett des Siliziumoxyds gegeben
Beispiel 9: Zn mit Siliziumoxyd trocken gemischt
5 09881/0978
Tabelle
ο co cc co
Beisp.
Nr.
Metall
verb in-
ding
Analyse
Gew.-%
Polymerisationsangaben Kataly
satorge
wicht g
Reaktor·
temp.
0C
Reakti
onszeit
Min
Polymer-
ausbeutf
g
Produkti-·
vitat,
g/g/h+
Polymereigensch. HLMI MIR X
10 B(OC2H5), B=I,06
Ti=4 ,55
Cr=O ,56
0,137 105,5 70 223 1395 MI 5,0 -
11 Al(OPr1L Al=4,0
Ti=4,25
Cr=I,20
0,155 104 60 232 1497 - 32 160
12 Sn(C2O4) Sn=2,6
Ti=4,35
Cr=I,12
0,123 105 75 262 1704 0,2 5,3 -
13 Ni(NO5)2 Ni=4t5
Ti=4,85
Cr=O,87
0,126 104 70 342 2326 - 6,4 -
14 ^g(OC2Hc Mg=2,0
Ti=4,83
Cr=O, 52
0,121 104 50 239 2370 - 61,5 82
*
0 75
* Schmelzindexangaben des nicht homogenisierten Polymers + g/Polymer/g Katalysator/h
Anmerkungen zu den Beispielen: Beispiel 10: Zweites Erhitzen bei 600°C (0,5 Gew.-^ Cr) Beispiel 11:
Beispiel 12: Zweites Erhitzen bei 600°C. Zinn (CPD) mit Siliziumoxyd trocken gemischt
Beispiel 13: Wässrige Lösung von Nickel
Beispiel 14: 0,5 Gev.-% Cr; Cyclohexanlösung von Ti(OPr )r
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Claims (12)

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Polymerisationskatalysators, der geeignet ist, 1-Olefine zu polymerisieren, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Stufen umfaßt:
1) Erhitzen eines Katalysatorträgermaterials, das ein schwer reduzierbares anorganisches Oxyd mit chemisorbierten Hydroxylgruppen auf der Oberfläche umfaßt, zusammen mit einer Titanverbindung und einer oder mehreren anderen Metallverbindung (en) entweder aufeinanderfolgend oder zusammen auf eine Temperatur von etwa 150 bis 12000C und
2) Einbringen einer Chromverbindung in das Produkt 1) unter praktisch wasserfreien Bedingungen und Erhitzen auf eine Temperatur von etwa 100 bis 9000C.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es
die folgenden Stufen umfaßt:
1a) Zugabe von einer oder mehreren Metallverbindung(en) und/ oder Titanverbindungen zu einem Katalysatorträgermaterial, das ein schwer reduzierbares anorganisches Oxyd mit chemisorbierten Hydroxylgruppen auf der Oberfläche enthält, und Erhitzen auf eine Temperatur im Bereich von 150 bis 12000C und
1b) Nachbehandlung mit einer oder mehreren Metallverbindungen und/oder Titanverbindungen, die gleich oder unterschiedlich von den ersten Metallverbindungen oder Titanverbindungen sein können, indem die folgenden Stufen 1c) und ld)
1c) erneute Bildung einiger Hydroxylgruppen auf der Oberfläche des mit der Metallverbindung oder Titanverbindung behandelten Trägermaterials durch Reaktion mit einer Hydroxyl- enthaltenden Verbindung und
1d) Zugabe einer oder mehrerer weiteren Metallverbindungen oder Titanverbindungen zu diesem behandelten Trägermaterial
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und Erhitzen auf eine Temperatur von etwa 150 bis 12000C
einmal oder mehrmals durchgeführt wird, und
2) Einbringen einer Chromverbindung in das Produkt aus 1d) unter praktisch wasserfreien Bedingungen und Erhitzen auf eine Temperatur von etwa 100 bis 9000C, um einen aktiven Polymerisationskatalysator zu erhalten, wobei bei der Katalysatorherstellung mindestens eine Titanverbindung und mindestens eine Metallverbindung verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß als anorganisches Oxyd
Aluminiumoxyd, Zirkonoxyd, Thoriumoxyd und Kombinationen solcher Oxyde verwendet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß als Titanverbindung Titan-tetra-alkylat mit etwa 1-6 Kohlenstoffatomen in Jeder Alkylgruppe verwendet v/ird.
5· Verfahren nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß als Titanverbindung Titan-tetra-isopropylat verwendet v/ird.
6. Verfahren nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß
als Metallverbindung eine Verbindung von Aluminiumoxyd, Vanadiumoxyd, Eisen, Kobalt, Nickel, Kupfer, Magnesium, Zinn, Molybdän oder Wolfram verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallverbindung Aluminiumisopylat verwendet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Titanverbindung und Metallverbindung zusammen in einer Menge von etwa 0,5 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Katalysators, verwendet werden.
9. Verfahren nach Anspruch 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß als Chromverbindung tert-Butylchromat verwendet wird.
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10. Verfahren nach Anspruch 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß
das Trägermaterial und die Titanverbindung(en) und/oder die Metallverbindung(en) in der ersten Stufe auf eine Tempertur von etwa 4-00 bis 100O0C erhitzt werden.
11. Verfahren nach Anspruch 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß
das Erhitzen in der zweiten Stufe bei Temperaturen von etwa 200 bis 700'
führt wird.
200 bis 70O0C, vorzugsweise etwa 200 bis 400°C, durchge-
12. Verfahren nach Anspruch 2-11, dadurch gekennzeichnet, dass als Hydroxyl-enthaltende Verbindung Wasser verwendet wird.
.13. Verfahren zur Polymerisierung von Äthylen oder einer Mischung von Äthylen mit einem oder mehreren 1-Olefinen, dadurch gekennzeichnet, daß es das Inkontaktbringen des monomeren Materials mit dem Polymerisationskatalysator, der nach dem Verfahren nach Anspruch 1-12 hergestellt worden ist, unter Polymerisationsbedingungen umfaßt.
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