DE3428221A1 - Verfahren zur herstellung eines olefin-polymerisations-katalysators - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines olefin-polymerisations-katalysators

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DE3428221A1
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Charles Kenneth Naperville Ill. Buehler
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NORTHERN PETROCHEMICAL Co OMAHA NEBR US
NORTHERN PETRO CHEM CO
Northern Petrochemical Co Omaha Nebr
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    • 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

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  • Health & Medical Sciences (AREA)
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  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
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  • Transition And Organic Metals Composition Catalysts For Addition Polymerization (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)

Description

Verfahren zur Herstellung eines Olefin-Polymerisations- Katalysators
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steigerung der Produktivität von Olefin-Polymerisations-Katalysatoren bzw. ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Katalysators, der eine verbesserte Produktivitat aufweist und ein Polymeres mit einer befriedigenden Stereospezifität erzeugt. Insbesondere betrifft die Erfindung die Verbesserung einer mit Aluminiumchlorid cokristallisierten Titanhalogenid-Katalysatorkomponente, die mit einem eine Estergruppe enthaltenden Elektronendonator modifiziert wurde, durch eine besondere Nachbehandlung.
Die US-PS 4 048 415 offenbart ein verbessertes Verfahren zur Polymerisation von Olefinen mit einem Katalysator, der eine Titantrichlorid-Komponente, die durch Reduktion von Titantetrachlorid mit Wasserstoff, Silicium, metallischem Titan oder metallischem Aluminium hergestellt wurde, einen Komplex von Aluminiumchlorid mit einem Elektronendonator sowie ein Polysiloxan aufweist, wobei der Komplex mit einem gesättigten Kohlenwasserstoff aus dem Katalysator extrahiert wurde. Es ist dabei erklärte Absicht des Patentinhabers, den Komplex, Aluminiumchlorid sowie den Elektronendonator zu entfernen, da diese sich nach seiner Aussage schädlich auf die Polymerisation auswirkt.
US-PS 3 404 096 offenbart ein Verfahren zur Verbesserung eines Titantrichlorid-Katalysators durch Vorbehandlung des Katalysators in einem inerten Verdünnungsmittel in Abwesenheit eines Aktivators mit einem Olefin mit von 2 bis 6 Kohlenstoffatomen in einem Zeitraum von mindestens etwa 10 Min. Es wird erklärt, daß der Katalysator dabei einer physikalischen Veränderung unterliegt, indem er
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zu einem käsigen Niederschlag agglomeriert und zu quellen scheint. Die Defensive Publication T951,009, veröffentlicht am 5. Oktober 1976, beschreibt einen Olefin-Polymerisations-Katalysator, der Titantrichlorid enthält, das zusammen mit Octamethylpyrophosphorsäurcamid vermählen wurde, indem die beiden Bestandteile in einer Kugelmühle vermählen wurden und dann mit Propylen einen solchen Zeitraum umgesetzt wurden, daß von der Titanverbindung von 0,1 bis zu 5,0 Mole Propylen aufgenommen wurden. Beide obigen
jQ Katalysatoren unterscheiden sich von dem erfindungsgemäßen Katalysator, wie er nachfolgend noch näher beschrieben wird, dadurch, daß sie keinen Modifikator in Form eines estergruppenhaltigen Elektronendonators enthalten, und beide scheinen mit dem Olefin in einer Weise zu reagieren,
jg daß dem Katalysator ein Material zugefügt wird. Nach der Behandlung mit dem Olefin erfolgt keinerlei weitere Zugabe irgendeines Elektronendonators.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren 2Q zur Herstellung eines Olefin-Polymerisations-Katalysators zu schaffen, bei dem ein Katalysator mit einer verbesserten Produktivität erhalten werden kann, ohne daß er sich im Hinblick auf die Stereospezifität der von ihm katalysierten Polymerisation verschlechtert.
·
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, wie es in den Patentansprüchen beschrieben ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren besteht somit'im wesent-3Q liehen darin, daß der Katalysator-mit einem Olefin gewaschen wird und daß danach eine erneute Zugabe des Elektronendonators erfolgt, die die Produktivität des Katalysators verbessert.
oc. Diese Behandlungsschritte sind aus dem Stand der Technik
OO ·
unbekannt. Gegenüber der US-PS 4 048 415 unterscheidet sich
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das erfindungsgemäße Verfahren z.B. dadurch, daß mit einem Olefin gewaschen wird, jedoch nicht mit einem gesättigten Kohlenwasserstoff.
Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft somit ein Verfahren zur Verbesserung der Produktivität eines Olefin-Polymerisations-Katalysators, der ein mit Aluminiumchlorid co-kristallisiertes Titanhalogenid enthält, das mit einem eine Estergruppe enthaltenden Elektronendonator modifi-0 ziert wurde, wobei erfindungsgemäß das modifizierte. Titanhalogenid mit einem Olefin gewaschen und dann erneut mit einem Elektronendonator versetzt wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Elektronendonator ein Ester einer organischen Säure wie bei-
■^5 spielsweise ein Benzoesäureester, Phenylessigsäureethylester oder ein Ester einer halogenierten Carbonsäure. Vorzugsweise wird das Waschen mit dem Olefin für einen Zeitraum von wenigstens etwa 1 Min. durchgeführt. Es ist ferner bevorzugt, daß von etwa 0,1 bis etwa 2 g Elektronendonator pro g Katalysator zu dem gewaschenen Katalysator wieder zugesetzt werden.
Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Katylsator kann zur Polymerisation oder Copolymerisation
2g von einem oder mehreren !X -Olefin-Monomeren wie beispielsweise Ethylen, Propylen, 1-Buten, 3-Methyl-1-buten, 1-Penten, 4-Methyl-1-penten, 1-Hexen, Styrol, 1-Octen, Dodecen und Tetradecen verwendet werden. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelte Katalysatorkomponente weist
oQ ein mit Aluminiumchlorid co-kristallisiertes Titanhalogenid auf, das mit einem Elektronendonator modifiziert wurde, der eine Kohlenstoff-Sauerstoff-Bindung aufweist.
Titanhalogenid-Cokristalle , die besonders geeignet sind, werden durch Co-Kristallisieren von Titantrichlorid mit Aluminiumtrichlorid erhalten. Co-Kristalle der Formel
TiCl3.1/3AlCl- sind ganz besonders geeignet. Titantrichlorid kann dadurch erhalten werden, daß man Titantetrachlorid mit Wasserstoff, Aluminium oder einer aluminium- ! organischen Verbindung reduziert. Die geeigneten Titan-• 5 halogenide sind übliche Handelsprodukte und müssen daher nicht näher erläutert werden.
j ■ Der Elektronendonator kann aus einer großen Vielzahl organischer Verbindungen ausgewählt werden, die eine Ester-[ 10 gruppe aufweisen. Zu derartigen Verbindungen gehören Alkylester von aliphatischen Monocarbonsäuren, Alkylester von [ aromatischen Monocarbonsäuren und Alkylester von gesättigten und ungesättigten aliphatischen und aromatischen Säuren, ohne daß diese Aufzählung als erschöpfend anzusehen ist. Für die Verwendung innerhalb des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die Alkylester von .organischen Säuren, insbesondere Ester von Monocarbonsäuren wie beispielsweise Benzoesäureester ganz besonders geeignet, wobei als derartige geeignete und bevorzugte Ester Benzoesäureethylester, Benzoesäurebutylester und Benzoesäurebenzylester, Phenylessigsäureethylester und die Ester von halogenierten Carbonsäuren wie beispielsweise 4-Chlorbuttersäureethylester zu nennen sind. Die besonders bevorzugten Elektronendonatoren für die vorliegende Erfindung sind Benzoesäurebutylester und Phenylessigsäureethylester, da diese auf einfache Weise in einer Kugelmühle vermählen werden können und auch das erhaltene Produkt einfach gehandhabt werden kann.
•30 Das im Waschschritt verwendete Olefin kann irgendein primäres oder sekundäres Olefin sein, das bei der Waschtemperatur kein .Feststoff ist, und das, wenn es ein Gas ist, in normalen Kohlenwasserstoffen löslich ist. Ethylen, Propylen, 1-Buten, 3-Methyl-1-buten, 1-Penten, 4-Methyl-i-pen-
.35 ten, 1-Hexen, Styrol, Ally!benzol, Dimethylbuten, Dodecen, ' Tetradecen, Mischungen von Dodecen und Tetradecen, Gyclo-
hexen und Dimethylbuten können alle in vorteilhafter Weise im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Es ist erforderlich, daß das Olefin mit der Katalysator-Komponente in einem flüssigen Medium in Kontakt kommt.
Das Olefin selbst kann in reiner flüssiger Form verwendet werden, oder das Olefin kann in einem Lösungsmittel wie beispielsweise Heptan gelöst werden. Im letztgenannten Falle wird die Katalysator-Komponente dann mit der Olefin-Lösungsmittel-Lösung gewaschen. Es ist bevorzugt, daß das Waschen für einen Zeitraum von wenigstens 1 Min. durchgeführt, wird, da es scheinL·, daß Komplexe uuü ElekLrunendonator-Aluminiumchlorid und Aluminiumchlorid-Olefin gebildet werden, und daß ein Kontakt von 1 Min. eine derartige Bildung fördert. Die Temperatur kann im Bereich von etwa 00C bis etwa 1000C liegen, da die Extraktion dieser Komplexe bei erhöhter Temperatur erleichtert wird. Die Waschprozedur kann als einmaliger Schritt durchgeführt werden, oder sie kann mehrfach wiederholt werden. Es wurde beobachtet, daß normalerweise nicht mehr als einmal gewaschen werden muß, um die Vorteile der vorliegenden Erfindung zu erhalten. Die Olefinwäsche wird in einer gleichzeitig eingereichten Anmeldung genauer beschrieben.
Es wird angenommen, daß die Verbesserung der Katalysator-Produktivität nach dem erfindungsgemäßen Verfahren teilweise darauf zurückzuführen ist, daß die Olefinwäsche Aluminiumtrichlorid oder Komplexe von Aluminiumtrichlorid mit dem Elektronendonator oder dem Olefin aus der Titan -
go halogenid-Komponente entfernt. Es wird angenommen, daß das deshalb zu einer Erhöhung der Produktivität führt, weil das Aluminiumtrichlorid einen negativen Effekt im Hinblick auf diese Produktivität zeigt, da seine Gegenwart dazu führen kann, daß das Chlor/Aluminium-Verhältnis einen Wert außerhalb des zulässigen Bereichs erhält. Es scheint, . daß durch die Entfernung von Aluminiumtrichlorid -,einige
:i?w w--"
der kationischen Reaktionen, die zur Bildung von Oligomeren führen, eliminiert werden*
Als abschließender Schritt zur Erreichung der endgültigen Vorteile der vorliegenden Erfindung wird der Elektronendonator, der durch die vorausgehende Waschstufe entfernt wurde, der Katalysator-Komponente wieder zugesetzt. Es ist bevorzugt, daß von etwa 0,1 bis etwa 2,0 g des Elektronendonators pro g Katalysator zu der Katalysator-Komponente zugesetzt werden. Wenn weniger als 0,1 g Elektronendonator pro g Katalysator verwendet werden, kommt es zwar zu einer gewissen Verbesserung der Produktivität des Katalysators, es sollten jedoch für alle praktischen Zwecke wenigstens 0,1 g verwendet werden. Wenn mehr als 5 2g des Elektronendonators pro g Katalysator verwendet werden, wird der Katalysator desaktiviert.
Der Elektronendonator kann dem Katalysator dadurch wieder zugesetzt werden, daß man den Katalysator in einem Lösungsmittel wie beispielsweise Heptan suspendiert und den Elektronendonator zu dieser Lösung oder Aufschlämmung zugibt, worin er selbst 16h vor seiner Verwendung und der Polymerisation verbleiben kann. Der Elektronendonator kann auch zu der Katalysator-Komponente während oder direkt vor der Polymerisation wieder zugesetzt werden. Bei einem Verfahren wird die Katalysator-Komponente .in der Polymerisationszone angeordnet, danach wird der Elektronendonator zugefügt und anschließend das Aluminiumalkyl zugegeben. Bei einem anderen Verfahren wird das Aluminiumalkyl
go als erstes ir. der Polymerisationszone angeordnet, danach der Elektronendonator zugesetzt und abschließend die Katalysator-Komponente zugegeben.
Es wird angenommen, daß die neuerliche Zugabe des Elektroneng5 donators durch die Katalysator-Komponente nach der Olefinwäsche die Produktivität des Katalysators deshalb, erhöht,
weil er den Katalysator weiter aktiviert, da das Aluminiumchlorid entfernt wurde. Der einleitende Waschschritt ist von außerordentlicher Wichtigkeit. Es wird eine größere Steigerung der Katalysator-Produktivität beobachtet, wenn die Katalysator-Komponente zuerst mit einem Olefin gewaschen und dann der Elektrohendonator der Katalysator-Komponente wieder zugegeben wird, als in einem Falle, wenn die Katalysator-Komponente nicht gewaschen wird und dieser nur weiterer Elektronendonator zugesetzt wird.
Nachdem gemäß der vorliegenden Erfindung die Titanhalo-
genid-Komponente gewaschen wurde und der Elektronendonator ihr wieder zugesetzt wurde, kann diese Katalysator-Komponente als Polymerisations-Katalysator verwendet wer- ^g den, indem sie mit einem Aktivator wie beispielsweise einem Aluminiumalkyl aktiviert wird. Geeignete Aluminiumalkyle weisen die Formel auf
X-Al-Y .
in der X und Y jeweils Alkylreste mit nicht mehr als 8, vorzugsweise nicht mehr als 2 Kohlenstoffatomen sind und Z ein Halogenrest oder ein Alkylrest mit nicht mehr als 8, vorzugsweise nicht mehr als 2 Kohlenstoff atomen,, ist.
Diese Aluminiumalkyl-Aktivatoren sind aus der Literatur und aus der industriellen Praxis so gut bekannt, daß sie keiner weiteren detaillierten Erläuterung bedürften. Besonders wichtige Beispiele sind Triethylaluminium und Diethylaluminiumchlorid.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und Vergleichsbeispielen noch näher erläutert.
Beispiel 1
In diesem Beispiel wurden verschiedene Proben des gleichen Polymerisations-Katalysators, der aus einer aluminiumaktivierten mit Aluminiumtrichlorid co-kristallisierten Titantrichlorid-Katalysator-Komponente bestand, die durch ausgedehnte Vermahlung in einer Kugelmühle mit Benzoesäurebutylester vermählen worden war, zur Polymerisation von Propylen verwendet. Alle Propylen-Polymerisationen wurden in der Gasphase bei 6,44 atm innerhalb eines Zeitraums von 1 h bei 8O0C durchgeführt. Diethylaluminiumchlorid war der Co-KaLalysator, und das Molverhältnis Dicthylaluminiumchlorid/Titantrichlorid betrug in allen Versuchen 7,0/1,0. Das Verhältnis Chlor/Aluminium betrug 0,97. Wenn der Katalysator gewaschen wurde, so wurde er mit flüssigem Propylen gewaschen, indem 10g des Katalysators in einen senkrechten Zylinder gegeben wurden, der an jedem seiner Enden zur Sicherung des Katalysators kleine Siebe aufwies. Anschließend wurde flüssiges Propylen dem Boden-Ventil zugeführt, und das Kopf-Ventil des Zylinders wurde leicht geöffnet, so daß das Propylen mit einer Durchflußgeschwindigkeit von etwa 22 g/iain durch den Zylinder strömen konnte. Nach 5 Min. wurde das Kopf-Ventil geschlossen, und der Zylinder wurde über sein unteres Ende entlüftet. Zuerst kam aus dem oberen Ende des Waschbehälters beim Waschen mit dem flüssigen Propylen eine gelbliche milchige Lösung heraus, und es entwickelte sich etwas Rauch. Nach.ungefähr der ersten Minute wurde die Farbe klar, da angenommen wird, daß der Komplex von AIuminiumtrichlorid und Benzoesäurebutylester mit dem Propylen entfernt wurde. Die gewaschene Katalysator-Komponente wurde in einen Polymerisations-Reaktor eingeführt, wonach die angegebene g-Menge Benzoesäurebutylester pro g Katalysator zugesetzt wurde und danach das Diethylalu-
g5 miniumchlorid. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle wiedergegeben.
-11-Tabelle 1
Katalysator
10
15
Kontrolle 1 2 2 2 2 3 4 4
Waschmittel neuerlich zu- Produktivität %-heptanun-
gesetzte g BBE* (g PP/g TiCl3 lösliche Be-
pro g Katalysa- .h.atm) standteile torkomponente
Propylen
0,166
0,166
Propylen 0,166
Propylen 0,166
Propylen 0,6
Propylen 1,33
Propylen 1,33
37 - 97, 1
50/6 95, 7
58,5 97, 5
56 98, 2
60 97, 5
74,0 97, 7
76,0 96, 7
47** 97, 0
56 95, 7
20
* BBE = Benzoesäurebutylester
** Der Katalysator verklumpte oder die Produktivität wäre höher gewesen.
Durch Vergleich der Kontrollprobe und des Katalysators 1 mit den behandelten Katalysatoren 2, 3 und 4 ist zu erkennen, daß das erfindungsgemäße Verfahren die Produktivität des Katalysators beträchtlich erhöht. Ferner zeigt ein Vergleich der gewaschenen und nicht-gewaschenen Proben des Katalysators 2, daß die Kombination von Waschen und erneute Zugabe besser ist als die weitere Zugabe allein.
30 Beispiel 2
Das Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt, und es wurden verschiedene andere Katalysator-ProHen mit einem Verhältnis Chlor/Aluminium von 1,018 bewertet. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle angeführt.
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-12-Tabelle
Katalysator Waschmittel
neuerlich zu- Produktivität
gesetzte g BBE* g. PP/g TiCl3
pro g Katalysa- .h.atm)
torkanponente
%-heptanunlösliche Bestandteile
Kontrolle , ——
Kontrolle
1 Propylen ■ —
2 Propylen 0,166
3 0,33
3 Propylen 0,33
4 Propylen 0,6
5 0,66
5 Propylen 0,66
6 1,0
•6 1,0
6 Propylen 1,0
7 __ 1,33
25,46
25,46
41,2
53,3
46,0
62, B
68,7
64,0
61,0
41,0
42,0
62,0
53,7
93,6 93,6 95,0 96,5 96,9 96,9 96,7 97,2 96,7 96,1 96,3 95,4 97,1
Es ist in allen Fällen zu erkennen, daß das erfindungsgemäße Verfahren die Produktivität des Katalysators beträchtlich erhöhte, ohne daß die Kristallinität des erzeugten Polymeren negativ beeinflußt wurde. Die Produktivität der gewaschenen Probe des Katalysators. 5' ist niedriger, da das angewandte Verhältnis von Diethylaluminiumchlorid zu Txtantrxchlorid 3,8:1 betrug. Die Verwendung eines niedrigeren Verhältnisses führte zu einer verminderten Produktivität. Ein direkter Vergleich der , nicht-gewaschenen und gewaschenen Proben der Katalysatoren 3 .und 6 zeigt, daß das erfindungsgemäße Verfahren zu einem Katalysator führt, der eine höhere Produktivität aufweist, als durch eine neuerliche Zugabe allein erhalten wird.

Claims (8)

Dipl.-Chem. Dr. Stefren ANDtfAE eSSSS ^eSToSSS h^ 3 1. Juli 1984 Dipl.-Chem. Dr. Richard KNElSSL PATENTANWÄLTE Steinstr. 44, D-SCX)O München 80 Anm.: Northern Petrochemical Company Omaha, Nebraska 68102 / V.St.A. Az: 234/AS/sc Verfahren zur Herstellung eines Olefin-Polymerisations- Katalysators Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Olefin-Polymerisations-Katalysators, der ein mit Aluminiumchlorid co-kristallisiertes Titanhalogenid enthält, das mit einem eine Estergruppe enthaltenden Elektronendonator modifiziert wurde, dadurch gekennzeichnet , daß das modifizierte Titanhalogenid zur Steigerung der Produktivität des Katalysators mit einem Olefin gewaschen wird und daß dann der Elektronendonator der gewaschenen Katalysatorkomponente wieder zugesetzt wird. .
·
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß pro g Katalysator von etwa 0,1 bis etwa 2 g des Elektronendonators der Katalysatorkomponente wieder zugesetzt wird. , ' ' . —
3. ' Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronendonator aus der Gruppe ausgewählt ist,
die aus Alkylestern von gesättigten und ungesättigten aliphatischen und aromatischen Säuren besteht.
4. Verfahren nach Anspruch 3/ dadurch gekennzeichnet, daß der Alkylester der organischen Säure aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Benzoesäurebutylester und "Phenylessigsäureethylester besteht.
' ·
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die gewaschene Katalysatorkomponente in einem Lösungsmittel suspendiert und der Elektronendonator dieser
Suspension zugesetzt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Elektronendonator der Katalysatorkomponente im
Polymerisationsreaktor wieder-'zugesetzt wird.
2Q
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Katalysatorkomponente,Elektronendonator und Aluminiumalkyl in der angegebenen Reihenfolge zugegeben werden.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Aluminiumalkyl, Elektronendonator und Katalysatorkomponente in der angegebenen Reihenfolge zugegeben werden.
DE3428221A 1983-09-09 1984-07-31 Verfahren zur herstellung eines olefin-polymerisations-katalysators Withdrawn DE3428221A1 (de)

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