DE2721263A1 - Verfahren zur herstellung eines zieglerkatalysators - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines zieglerkatalysators

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DE2721263A1
DE2721263A1 DE19772721263 DE2721263A DE2721263A1 DE 2721263 A1 DE2721263 A1 DE 2721263A1 DE 19772721263 DE19772721263 DE 19772721263 DE 2721263 A DE2721263 A DE 2721263A DE 2721263 A1 DE2721263 A1 DE 2721263A1
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ziegler
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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
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    • C08F10/00Homopolymers and copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond

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  • Transition And Organic Metals Composition Catalysts For Addition Polymerization (AREA)
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Description

Verfahren zur Herstellung eines Ziegler-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einos Ziegler-Katalysators und auf seine Verwendung
bei der Polymerisation von Olefinen.
Seit langem uieiG man, daß 1-Olefine, wie Äthylen, polymerisiert
werden können, indem man sie unter Polymerisationsbedingungen mit einem Katalysator aus einer Übergangsmetallverbindung, wie Titantetrachlorid, und einem Kokatalysator oder Aktivitor, wie Trittthylaluminium, in Berührung bringt. Derartige Katalysatoren
werden gewöhnlich als Ziegler-Katalysatoren bezeichnet, und diese Nomenklatur wird in der vorliegenden Anmeldung bei-behalten. Katalysator und Kokatalysator zusammen werden als aktivierte Ziegler-Ketalysetoren bezeichnet. Weiter ist es bekannt, daß Ziegler-Katalysatoren auf Trägermaterialien, wie Siliciumcarbid, Calciumphoephat und Magneeiumcarbonat, -chlorid oder -hydroxid, abgeschieden werden können.
709849/0771
Die GB PS 1 411 717 beschreibt einen zum Polymerisieren von 1-0lefinen geeigneten Katalysator, der hergestellt ist, indem man (a) TiCl. mit metallischem Mg zur Bildung eines Doppelchlorid TiCl,(MgCl-) , in welchem χ = 0-0,5 ist, wahlweise in Anwesenheit eines Trägers, wie MgO, reduziert, (b) das Doppelchlorid mit einem Komplexbildungsmittel, wie Diisoamyläther, in einen Komplex umwandelt und (c) das Produkt mit einer Vanadium-Verbindung behandelt. Der Katalysator kann mit einer organischen Metallverbindung aktiviert werden.
Die vorliegende Erfindung schafft nun ein V/erfahren zur Herstellung eines Ziegler-Katalysators, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man metallisches Magnesium und eine halogenhaltige Titanverbindung in Anwesenheit eines Alkohols zusammen umsetzt.
Das erfindungsgemäß verwendete metallische Magnesium liegt zweckmäßig in Form von Teilchen oder Körner, vorzugsweise als Magnesiumpulver, vor. Insbesondere wird ein Magnesiumpulver mit einer Teilchengröße von etwa 300-60 /Um (vgl. British Standard 410t1969, Appendix C, Seite 31) verwendet (50-240 mesh).
Die halogenhaltige Titanverbindung ist zweckmäßig jede Titanverbindung der allgemeinen Formel Ti(OR). X , in welcher n einen Wert von 4 bis 1 hat und X Halogen, vorzugsweise Chlor, bedeutet und R für eine Kohlenwasserstoffgruppe, vorzugsweise eine C1-6 Alkylgruppe steht. Geeignete Titanverbindungen sind z.B. Titantetrachlorid, Ti(OEt)3Cl und Ti(OiPr)3Cl2, wobei Titantetrachlorid bevorzugt wird.
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Die erfindungsgemäß verwendete Menge der halogenhaltigen Titanverbindung liegt zweckmäßig zwischen 3-0,5 Mol pro g-Atoro metallischem Magnesium, vorzugsweise zwischen 1,5-0,9 Mol pro g-Atom. Die Anwesenheit geringer Mengen an nicht umgesetztem metallischem Magnesium kann im erfindungsgemäOen Katalysator toleriert werden. Das erfindungsgemäO verwendete Alkohol ist zweckmäßig ein primärer, sekundärer oder tertiärer aliphatischer oder aromatischer Alkohol. Bevorzugte Alkohole enthalten 1-6 C-Atome, wie Äthanol oder Isopropanol. Besonders bevorzugt werden primäre oder sekundäre aliphatische Alkohole. Die im erfindungsgemäQen Verfahren verwendete Alkoholmenge liegt zweckmäßig zwischen 0,1-5, vorzugsweise 1-3 Mol pro g-Atom verwendetem metallischem Magnesium.
Die Reaktion zwischen dem metallischen Magnesium und der halogenhaltigen Titanverbindung in Anwesenheit des Alkohols kann erfolgen, indem man einfach eine Mischung der Ausgangsmaterialien bildet und notwendigenfalls zur Regelung der Reaktionsgeschwindigkeit erhitzt oder kühlt. Gegebenenfalls kann die Reaktion in Anwesenheit eines inerten flüssigen Verdünnungsmittels, wie ein flüssiger Kohlenwasserstoff, z.B. Cyclohexan, durchgeführt «erden.
Häufig wird festgestellt, daß die gebildete Reaktionsmischung freien Chlorwasserstoff enthält, der von der Reaktionsmischung z.B. durch Destillation entfernt oder durch Zugabe von MgO neutralisiert oder durch anschließendes Waschen und Dekantieren oder Filtrieren unter Verwendung von Kohlenwasserstoff entfernt wird·
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Wenn das Reaktionsprodukt zwischen der halogenhaltigen Titanverbindung und dem metallischen Magnesium in Anwesenheit des Alkohole nicht umgesetzte Titanverbindung oder im Kohlenwasserstoff lösliche Titanverbindung enthält, ωerden diese vorzugsweise entfernt, und zu/ar z.B. durch anschließendes Waschen mit einem Kohlenwasserstoff, wie Cyclohexan, oder Vakuumdestillation dar flüchtigen, nicht umgesetzten Titanverbindungen. Ein im Reaktionsprodukt verbleibender, freier Alkohol wird vor Verwendung des Produktes als Ziegler-Katalysator zweckmäßig entfernt, und zwar durch z.B. die oben genannten Destillations- und/oder Waschverfahren«
Die erfindungsgemäße Reaktion und die anschließende Handhabung des erhaltenen Katalysators erfolgen vorzugsweise in Abwesenheit von Sauerstoff oder Feuchtigkeit.
Die vorliegende Erfindung schafft weiter ein Verfahren zum Polymerisieren von 1-0lefinen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß nan das Monomere unter Polymerisationsbedingungen mit dem erfindungsgemäßen ' Ziegler-Katalysator in Anwesenheit eines Ziegler-Katalysatoraktivators in Berührung bringt.
Das erfindungsgemäße Polymerisationsverfahren eignet eich zur Polymerisation von 1-Olefinen, wie Äthylen oder Propylen, oder Mischungen von Olefinen, z.B. Äthylen mit anderen 1-0lefinen, wie Propylen, 1-Buten, 1-Penten, 1-Hexen, 4-Methylpenten-1, 1,3-Butadien oder Isopren. Das Verfahren eignet sich besonders zur Polymerisation von Äthylen oder Mischpolymerisation von Äthylen nit bis zu 40 Gew.-^ (bezogen auf das gesamte Monomere) an Komonomeren, d.h. einem oder mehreren anderen 1-Olefinen·
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Die Ziegler-Katalysatoraktivatoren und Vorfahren zu ihrer Verwendung bei der Aktivierung der Ziegler-Katalysatoren sind bekannt. Ziegler-Katalysatoraktivatoren sind z.B. organische Derivate oder Hydride von Metallen der Gruppen I, II, III und IV des Periodischen Systems. Besonders bevorzugt werden die Trialkylaluminiumverbindungen, wie Triäthyl- oder Tributylaluminium, oder Alkylaluminiumhalogenide.
Der erfindungsgemäße Polymerisationskatalysator ist ein (in Kohlenwasserstoffen unlösliches) festes Material und wird beim erfindungsgemäßen Polymerisationsverfahren als festes Pulver verwendet.
Ee können die bei den sog. Ziegler-Polymerisationsverfahren unter Verwendung von Trägern üblichen Polymerisationsbedingungen angewendet werden. Die Polymerisation kann in der gasförmigen Phase oder in Anwesenheit eines Dispergierungsmediums," in welchem das Monomere löslich ist, durchgeführt werden. Als flüssiges Dispersionsmediums sind inerte, unter den Polymerisationsbedingungen flüssige Kohlenwasserstoffe oder das oder die Monomeren selbst, geeignet, die unter ihrem Sättigungsdruck in flüssigem Zustand gehalten werden. Die Polymerisation kann gegebenenfalls in Anwesenheit von gasförmigem Wasserstoff oder einem anderen Kettenübertragungsmittel zum Variieren des Molekulargewichtes des hergestellten Polymerisatee durchgeführt werden.
Die Polymerisation erfolgt vorzugsweise unter Bedingungen, in «eichen der aktivierte Ziegler-Trägerkatalysator in einem flüssigen Verdünnungsmittels suspendiert ist, so daß das Polymerisat als feste, im flüssigen Verdünnungsmittel suspendierte Teilchen
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gebildet u/ird. Geeignete Verdünnungsmittel sind z.B. Paraffine und Cycloparaffine mit 3-30 C-Atomen pro Molekül, wie Isopentan, Isobutan und Cyclohexan, uiobei Isobutan bevorzugt wird·
Die Polymerisation kann kontinuierlich oder absatzweise erfolgen. Die V/erfahren zur Gewinnung des Polyolefinproduktes sind bekannt.
Der erfindungsgemäGe Polymerisationskatalysator kann zur Herstellung von hoch dichten Äthylenpolymerisaten oder Mischpolymerisaten bei hoher Produktivität mit Eigenschaften verwendet werden, die die Polymeren besonders für eine SpritzguQverformung geeignet machen. Man kann Jedoch auch Polyäthylen mit einem Molekulargewicht herstellen, bei welchen der Schmelzindex für ein Messen zu niedrig ist bis zu einem Schmelzindex von einigen Hundert.
Die folgenden Beispiele veranschaulichen die vorliegende Erfindung, ohne sie zu beschränken.
In den Beispielen wurden der Schmalzindex (MI0 Λ,) und der Hochbelastungsschmelzindex (MI 21,6) nach dem ASTM Verfahren 1238 unter Verwendung von Belastungen von 2,16 bzw, 21,6 kg bestimmt; die Einheiten sind in gtpro 10 Minuten angegeben. "MIR11 ist das SchmelzindexverhSltnis MI0. £/MIo Λ,
ZJyO Z, IO *
Beispiel 15
———Cyclohexan
6,03 g Mg Pulver wurden zu 150 ccm/unter Rühren und unter einer Atmosphäre aus trockenem Stickstoff zugefügt. Dann wurden 57 ecm Isopropanol zugefügt und anschließend 36,4 ecm Titantebachlorid eingetropft. Nach Zugabe von etwa 5 ecm TiCl4 wurde die Mischung
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blau und nach Zugabe u/eiterer 20 ecm TiCl4 tief grau-braun. Die Viskosität der Mischung erhöhte sich mit der TiCl4 Zugabe· Die Aufschlämmung wurde 1 1/2 Stunden zum Rückfluß erhitzt und
Entfernung von
der Feststoff zur/überschüssigem Titan gewaschen, zentrifugiert, dekantiert und zu trockenem Cyclohexan zugefügt. Der Katalysator wurde als Aufschlämmung in 300 ecm Cyclohexan mit einem Feststoffgehalt von 63,5 mg/ccm gehandhabt. Seine Analyse zeigte einen Gehalt an metallischem Magnesium von 16,3 Gew.-^. Dieses wurde durch Lösen des Katalysators in Wasser abgetrennt, wobei elementares Magnesium unlöslich ist. Die Analyse des wasserlöslichen Anteils lieferte (Gew./Gew.): Ti 16,3 %, Mg 8,3 %, Cl 33,8 %, organischer Rückstand 41,6 %,
Beispiel 2
6,03 g Mg Pulver wurden unter Rühren und unter einer Atmosphäre aus trockenem Stickstoff zu 150 ecm Cyclohexan zugefügt. Nach Zugabe von 28,5 ecm Isopropanol wurden 18,2 ecm Titantetrachlorid eingetropft. Nach Zugabe von etwa 5 ecm TiCl. wurde die Mischung blau, und bei Zugabe der letzten ecm wurde sie wie in Beispiel 1 tief grau-braun. Die Aufschlämmung wurde durch zweimaliges Zentrifugieren, Dekantieren und Zugabe von trockenem Cyclohexan gewaschen. Der Katalysator wurde als Aufschlämmung in 500 ecm Cyclohexan mit einem Feststoffgehalt von 31 mg/ccm gehandhabt· Sein Gehalt an metallischem Mg betrug 9,1 Gew.-^. Die Analyse des wasserlöslichen Anteils lieferte (Gew./Gew.): Ti 17,7 %, Mg 6,5 %1 Cl 33,5 %, organischer Rückstand 42,3 %,
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no
Se 1 s ρ 1 el 5
6,03 g Mg Pulver und 100 ecm Cyclohexan wurden unter trockenem Stickstoff gerührt. In weiteren 50 ecm Cyclohexan wurden 10 g Merck "Maglite D" Magnesiumoxid (2 Stunden bei 15O0C. unter Vakuum vorgetrocknet) zugefügt. Es wurden 68,6 ecm Isopropanol zugefügt und dann 55,0 ecm TiCl. eingetropft. Die Farbe veränderte eich über purpur nach braun. Nach Zugabe des gesamten TiCl. wurden weitere 100 ecm Cyclohexan zugefügt und die Reaktionsteilnehmer 1 Stunde zum Rückfluß erhitzt. Der Katalysator wurde durch Dekantieren und Zugabe von trockenem Cyclohexan gewaschen und als Aufschlämmung mit einem Feststoffgehalt von 45,5 .mg/ccra gehandhabt. Seine Analyse ergab (Geu/./Gew.): Ti 10,43 %, Cl 37,54 %, Mg (insgesamt) 22,06 %, Polymerisation
In einem 2,3-1-Rührautoklaven aus rostfreiem Stahl wurden Polymerisationen durchgeführt. Der Reaktor wurde mit Stickstoff durchges^jlt» auf 7O0C. erhitzt, dann wurde mittels einer Injektionsnadel die notwendige Menge der Katalyse tonaufschlämmung zugefügt, worauf der Triäthylaluminium-Kokatalysator in Isobutan (1 l) zugegeben wurde. Die Temperatur wurde auf 850C. erhöht· Der notwendige Wasserstoffdruck wurde eingeführt, dann wurde Äthylen bis zu einem Gesamtdruck des Reaktorinhaltes von 141,4 bar eingeführt. Das Äthylen wurde kontinuierlich zugegeben, um diesen Druck während der Reaktion aufrechtzuerhalten. Die Polymerisationsdaten und Polymerisateigenschaften sind in der folgenden Tabelle gezeigt:
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fabeile λ" Äthylenpolyraerisation mit Magnesiumpulver als Ziegler-KatalysatortrSgsr
Katalysator' ' ' Kokatalye, Reakt. H2 Teil- Katalysator- MI« *, MIR Bemerkungen v.Beisp. Gew. . Gem.; mg zeit ... druck produktivit. '
' mg min bar kq/kq std g/10 min
^ 1
127
251
12,7 251
45,5 251
AO
5,2
215,7 19,4 Reaktordruck durch hohe Katalysatoraktivität auf 28,6 bar gehalten. Hoher MI und niedrige Produktivität aufgrund von Äthylen· mangel
γι . (O 63,5 251 30 5,2 11 219 143,8 23,0 maximaler Reaktordruck nach
30 min betrug 35,2 bar.
try ' Daher niedrige Produktivi
tät und hoher MI
O 31,8 251 40 5,2 19 875 32,03 24,3 Äthylenleitungsdruck von
41,4 bar nach nur 38 min
erreicht
60
5,2
26
0,54 33,0 Polymerisataufbrau bei
Äthylenzufuhr. Niedriger MI aufgrund von Wasserstoffmangel. Leitungsdruck nach 15 min erreicht
2 15, 5 251 40 2, 8 31. 548 2, 40 26 ,1. Leitungsdruck
min erreicht
nach 17
2 .15. 5 251 60 5, 2 20 838 3, 90 27 ,1 Leitungsdruck
min erreicht
nach 10
30
4,1
14
16,4 29,2 Teilchengröße d.hergestl. N)
Polymerisates = 40,3 % —»
Gem./Gew. < 500 /um und N)
3,5 % <106 ,um ' O5

Claims (15)

1,- Verfahren zur Herstellung eines Ziegler-Katalysators, dadurch gekennzeichnet, daß man metallisches Magnesium und eine halogenhaltige Titanverbindung in Anwesenheit eines Alkohols zusammen
umsetzt.
2·- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Magnesium in Form eines Pulvers mit einen Tellchengrö größe zwischen 50-240 mesh verwendet wird,
3.- Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Titanverbindung der allgemeine Formel Ti(OR). X hat, in welcher η einen Wert von 4 bis 1 hat, X Halogen bedeutet und R für eine Kohlenwasserstoffgruppe steht.
4.- Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Halogenatom Chlor ist.
5·- Verfahren nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenwasserstoffgruppe R eine C4 , AlkylgrUppe ist.
6.- Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Titanverbindung Titantetachlorid ist.
7·- Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Titanverbindung Ti(OEt)3Cl oder Ti(OiPr)2Cl2 ist.
8.- Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die Titanverbindung in einer Menge zwischen 3-0,5 Mol, vorzugsweise 1,5-0,9 Mol, pro g-Atom metallischem Magnesium verwen det wird.
9,- Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Alkohol mit 1-6 C-Atomen, vorzugsweise Äthanol oder Isopropanol, verwendet wird. 709849/0771
ORIGINAL INSPECTED
10.- Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Alkohol in einer Menge von 0,1-5,0 Mol, vorzugsweise 1,0-3,0 Hol, pro g-Atom metallischem Magnesium verwendet wird·
11·- Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsprodukt mit einem Kohlenwasserstofflösungsmittel zur Enrfernung von nicht umgesetzter Titanverbindung und/oder freiem Alkohol vor seiner Verwendung als Ziegler-Katalysator gewaschen wird.
12.- Verfahren zur Polymerisation von Äthylen oder einer Mischung aus Äthylen mit bis zu 40 Gew.-% (bezogen auf das gesamte Monomere) eines oder mehrerer anderer 1-0lefine, dadurch gekennzeichnet, daß man das Monomere mit einem gemäß Anspruch 1 bis 11 hergestellten Katalysator in Anwesenheit eines Ziegler-Katalyeatoraktivators unter Polymerisationsbedingungen in Berührung bringt.
13·- Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysator ein Trialkylaluminium, vorzugsweise Triäthylaluminium, verwendet wird.
14.- Verfahren nach Anspruch 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß solche Polymerisationsbedingungen angewendet werden, daß der Katalysator in einem flüssigen Verdünnungsmittel suspendiert ist und das Polymerisat als feste, im flüssigen Verdünnungsmittel suspendierte Teilchen gebildet wird.
15.- Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß als flüssiges Verdünnungsmittel Isobutan verwendet wird«
Der Patentanwalt}
Λ 709849/07*
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