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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf die Herstellung von Propylenpolymeren. Die vorliegende Erfindung
betrifft insbesondere filmbildende Terpolymere aus Propylen und
zumindest zwei Alpha-Oelfin-Monomeren sowie ein Verfahren zur Herstellung
der Polymere. Die vorliegenden Terpolymere sind beispielsweise für Anwendungen
geeignet, bei denen eine gute Wärmeverschließbarkeit
bzw. Heißsiegelfähigkeit
und Weichheit erforderlich sind.
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Beschreibung
der verwandten Technik
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Polyolefine, die in Filmanwendungen
als Dichtungsschichten verwendet werden, sollten niedrige Schmelztemperaturen
für eine
gute Wärmedichtungsleistung
besitzen. In Polypropylenfilmen werden beliebige Copolymere mit
einem relativ hohen Gehalt an Comonomeren, üblicherweise Ethylen, weithin
als eine derartige Dichtungskomponente verwendet. Ein hoher Comonomergehalt
ist zur Erzielung niedriger Schmelztemperaturen erforderlich. Es
gibt jedoch in Verbindung mit der Herstellung von beliebigen Copolymeren
sowie in Verbindung mit den Endeigenschaften des Materials Probleme.
Diese gehen auf dessen niedrige Schmelztemperatur, auf die Breite
des Schmelzbereichs aufgrund einer schlechten Comonomer-Verteilung
und auf die Polymerlöslichkeit
im Polymerisationsmedium zurück.
Durch Einbeziehen eines dritten Monomers, wie 1-Buten oder eines
anderen höheren
Alpha-Olefins können
die oben erwähnten
Pro bleme in gewissem Ausmaß überwunden
werden, und es ist eine Anzahl von Verfahren zur Herstellung von
Terpolymeren aus Propylen im Stand der Technik bekannt. Indessen
gibt es noch Probleme in Bezug auf die Herstellung der Polymere
und die Höhe
der löslichen
Stoffe der Produkte.
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Im Vergleich zur Homopolymer-Produktion,
bei der ein Terpolymer oder ein anderes, einen hohen Comonomergehalt
enthaltendes Polymer mit einer niedrigen Schmelztemperatur in einem
Schlammreaktor herzustellen ist, muss die Reaktionstemperatur in
dem betreffenden Reaktor aufgrund des hohen Anteils an löslichen
Stoffen im Polymer gesenkt werden. Ferner rufen die bei der Polymerisation
verwendeten Comonomere, wie Ethylen und Butylen ein Schwellen der
Polymere im Polymerisationsmedium des Schlammreaktors hervor. Wenn
ein Schwellen erfolgt ist und weiche Polymerpartikel nach der Polymerisation
ausgetrieben bzw. ausgespült
werden, ist die Morphologie der Partikel zerstört, und die Schüttdichte
des Pulvers wird sehr niedrig. Es besteht außerdem ein höherer Bedarf
an externer Wärme,
bevor es möglich
ist, ein Monomer ohne Reaktion nach dem Schlammreaktor zu verdampfen.
Ferner muss die Oberflächentemperatur
der Austrieb- bzw. Spülleitung
wegen der niedrigen Schmelztemperatur des Produkts abgesenkt werden.
Ein flüssiges
Monomer, welches zusammen mit einem klebrigen Polymer in den Austrieb
bzw. die Ausspülung
eintritt, wird das Gefäß verstopfen.
Falls der Druck im Spülbehälter zu
sehr verringert wird, um die Monomerverdampfung zu verbessern, tritt
der Austrieb bzw. die Spülung
zu schnell auf, und es wird, wie oben erwähnt, die Morphologie von Partikeln zerstört, was
Probleme bei der Pulververarbeitung hervorruft.
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Die oben erwähnten Probleme sind verschlimmert,
wenn der Anteil an Comonomeren im Terpolymer zunimmt.
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Aus diesem Grunde ist gemäß dem Stand
der Technik die Polymerisation von Terpolymeren, die eine Schmelztemperatur
unter 132°C
besitzen, mit Hilfe von Gasphase-Prozessen ausgeführt worden.
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In der
EP
0 674 991 ist ein Propylen-Terpolymer angegeben, welches
20 bis 60 Gew.-% eines Copolymers aus Propylen und Ethylen umfasst,
enthaltend 1 bis 5 Gew.-% Ethylen und 40 bis 80 Gew.-% eines Copolymers
aus Propylen zusammen mit Ethylen und einem C
4-C
8 Alpha-Olefin, wobei der Ethylengehalt 1
bis 5 Gew.-% und der C
4-C
8-Alpha-Olefin-Gehalt
6 bis 15 Gew.-% betragen. Das betreffende Erzeugnis wird vorzugsweise
in zwei Gasphase-Reaktoren hergestellt. Das C
4-C
8 Alpha-Olefin wird im zweiten Gasphase-Reaktor
hinzugesetzt.
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Im US-Patent 4.740.551 ist ein Verfahren
zur Herstellung von Propylen-Ethylen-Schlag-Copolymeren angegeben.
Gemäß diesem
bekannten Verfahren wird das Propylen zunächst in einem Pfropfenströmungs-Pipelinereaktor
homopolymerisiert, und das Polymer wird sodann einer zweiten Stufe
zugeführt,
in welcher die Homopolymerisation durch Hinzufügen von Propylen fortgesetzt
wird, wonach das Polymergemisch einer dritten Gasphasestufe zugeführt wird
und eine Polymerisation in Anwesenheit von Propylen und Ethylen zur
Herstellung der genannten Schlag-Copolymere
ausgeführt
wird. In dem oben erwähnten
Patent wird kein anderes Alpha-Olefin in der dritten Stufe verwendet,
die die einzige Stufe darstellt, in der ein anderes Comonomer als
Propylen verwendet wird.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, auf der Grundlage von Terpolymeren neue Materialien bereitzustellen,
die zur Herstellung von Filmen mit guten Wärmedichtungseigenschaften verwendet
werden können.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung von Terpolymeren
aus Propylen, Ethylen und anderen Alpha-Olefinen in einem Prozess bereitzustellen,
der insbesondere einen Schlamm- und Gasphasereaktor bzw. Schlamm-
und Gasphasereaktoren umfasst, die direkt miteinander verbunden
sind, während
die Nachteile bezüglich
der Operabilität
in dem Fall, dass Produkte mit einem hohen Comonomergehalt hergestellt
werden, vermieden sind.
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Diese und weitere Aufgaben werden
zusammen mit ihren Vorteilen gegenüber bekannten Verfahren bzw.
Prozessen und Produkten durch die nachstehend beschriebene und beanspruchte
Erfindung gelöst,
und sie werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlich werden.
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Die vorliegende Erfindung basiert
auf der Erkenntnis, dass die Eigenschaften von Propylen-Terpolymeren
dadurch verbessert werden können,
dass der Anteil bzw. die Menge von schwereren Comonomeren in Bezug
auf Ethylen gesteigert wird. Es hat sich ferner herausgestellt,
dass derartige Terpolymere in vorteilhafter Weise mittels einer
Multi-Reaktor-Polymerisationstechnologie hergestellt werden. Damit
umfasst die Erfindung den Einsatz einer Kombination von zwei oder
mehr Reaktoren, die vorzugsweise in Reihe bzw. in Kaskade geschaltet
sind, um ein Gemisch aus unterschiedlichen Propylen-Terpolymerzusammensetzungen
zu erzeugen, so dass ein Polymerprodukt erhalten wird, welches ein
Verhältnis
von Ethylen zu Butylen (oder schwereren Alpha-Olefinen) von weniger
als 0,3 aufweist. Eine derartige Comonomerverteilung (Zufallsverteilung)
liefert ein Material mit einem geringen Anteil an löslichen
Stoffen von vorzugsweise weniger als 6,5% hexanlöslichen Stoffen (bestimmt nach
dem FDA-Test), mit guten optischen Eigenschaften und guter Verarbeitbarkeit.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird besonders bevorzugt, dass Material in einer Kombination aus einem
oder mehreren Massenpolymerisations-Reaktoren und einem oder mehreren
Gasphase-Reaktoren herzustellen. Dadurch kann die Comonomerumwandlung
gesteigert werden; der Betrieb des Copolymerisationsprozesses ist
durch Anwendung der Gasphase erleichtert, und die Struktur sowie
die Eigenschaften des resultierenden Produkts führen zu einer verbesserten
Wärmedichtbarkeit
bzw. Heißsiegelfähigkeit
von Artikeln, die aus dem Produkt hergestellt sind.
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Gemäß dem hier beschriebenen Verfahren
ist ein Verfahren bzw. Prozess zur Herstellung von einen hohen Comonomergehalt
aufweisenden Polymeren mit einem niedrigen Schmelzpunkt in zumindest
einem Schlammreaktor in Anwesenheit von Katalysatoren bei erhöhter Temperatur
ausgelegt. Das Verfahren bzw. der Prozess umfasst:
- a) Einführen
eines Reaktionsgemisches, das 50–85 Gew.-% Propylen, 1–10 Gew.-%
Ethylen, 15–40 Gew.-%
eines anderen Alpha-Olefins,
ein Katalysatorsystem, welches imstande ist, für eine Olefinpolymerisation
unter den genannten Temperaturbedingungen zu sorgen, und optional
Wasserstoff enthält,
in einen Schlammreaktor,
- b) Polymerisieren des genannten Reaktionsgemisches bei einer
Temperatur unter 70°C
während
einer ausreichenden Zeit, um ein Propylenterpolymer zu erhalten,
welches 50–99
Gew.-% des Endprodukts ausmacht,
- c) Übertragen
des genannten Reaktionsgemisches in einen Gasphase-Reaktor, der
bei einem Druck von höher
als 5 bar vorzugsweise höher
als 10 Bar betrieben wird, und optionales Hinzufügen von 0 bis 10 Gew.-% Ethylen,
0 bis 10 Gew.-% eines anderen Alpha-Olefins, 0 bis 40 Gew.-% Propylen
von dem übertragenen
Gemisch sowie optional von Wasserstoff und
- d) Fortsetzen der Polymerisation in dem genannten Gasphase-Reaktor zur Erzeugung
eines Propylenterpolymers, welches 1 bis 50 Gew.-% des Endprodukts
ausmacht,
wobei ein Terpolymer erhalten wird, welches eine
Schmelztemperatur aufweist, die niedriger ist als 135°C, vorzugsweise
niedriger als 132°C.
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Somit wird gemäß der vorliegenden Erfindung
die Terpolymerisation in der Schlammphase, vorzugsweise in einem
Umlaufreaktor unter Verwendung von relativ hohen Mengen an C4-C8 Alpha- Olefinen als Comonomere
ausgeführt.
Dies ist möglich,
da der Polymerschlamm direkt in einen Gasphase-Reaktor eingeführt bzw. übertragen
wird, ohne dass das Reaktionsmedium getrennt wird.
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Gemäß einer Ausführungsform
wird ein Umlaufreaktor als der genannte Schlammreaktor verwendet. Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
wird die genannte Schlammphase in zwei Schlammreaktoren, vorzugsweise
allerdings nicht notwendigerweise in zwei Umlaufreaktoren ausgeführt. Auf
diese Weise kann die Comonomerverteilung leicht gesteuert bzw. reguliert
werden. Wenn die Polymerisation in einem Gasphase-Reaktor oder in
Gasphase-Reaktoren
fortgesetzt wird, kann der Comonomergehalt weiter gesteigert werden.
Damit können
die End-Polymereigenschaften durch Einstellen der Comonomer-Verhältnisse
in den verschiedenen Reaktoren abgestimmt werden.
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Genauer gesagt ist das Terpolymer
gemäß der vorliegenden
Erfindung durch die Merkmale gekennzeichnet, die im Patentanspruch
1 angegeben sind.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung ist durch die
Merkmale gekennzeichnet, die im kennzeichneten Teil des Patentanspruchs
5 angegeben sind.
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Anschließend wird die Erfindung an
Hand einer detaillierten Beschreibung und unter Bezugnahme auf die
beigefügten
Zeichnungen und die folgenden Arbeitsbeispiele näher betrachtet.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 veranschaulicht
die Dichtungs- bzw. Siegelnahtfestigkeit (maximale Dichtkraft N)
der Polymere von Beispielen 11, 14 und 15 in Abhängigkeit von der Dichtungstemperatur.
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2 veranschaulicht
das Heißhaftungsvermögen (maximale
Heißhaftungskraft
N) derselben Polymere in Abhängigkeit
von der Dichtungstemperatur.
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3 gibt
die Dichtungsfestigkeit (maximale Dichtungskraft N) in Abhängigkeit
von der Dichtungstemperatur des Terpolymers gemäß dem Beispiel 12 im Vergleich
zu zwei kommerziellen Polymeren an.
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4 vergleicht
das Heißhaftungsvermögen derselben
Polymere wie in 3.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Gemäß der Erfindung wird ein Propylenterpolymer
bereitgestellt, welches in einem mehrstufigen Prozess hergestellt
wird, um ein einen hohen Monomergehalt aufweisendes Polypropylen
zu erhalten, welches einen niedrigen Schmelzpunkt besitzt. Die Comonomere
des Terpolymers werden bzw. sind aus der Gruppe ausgewählt, die
aus Alpha-Olefinen, CH2=CHR (R=H oder Alkylgruppe)
besteht.
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Das erzeugte Polymer ist ein Gemisch
aus unterschiedlichen Polymerzusammensetzungen. Eine niedrige Schmelztemperatur
und ein breiter Schmelzbereich werden bzw. sind mit einer guten
Comonomerverteilung kombiniert. Das Verhältnis der beiden Comonomerkomponenten,
insbesondere das Ethylen-zu-Butylen-Verhältnis im Terpolymer ist niedriger
als bei dem konventionellen Verfahren bzw. Prozess. Bei praktischen Anwendungen,
insbesondere bei der Filmherstellung tragen alle diese Merkmale
dazu bei, eine Kombination aus geringen xylol- und hexanlöslichen
Stoffen, guter Steifigkeit, guten optischen Eigenschaften, einem
breiteren Dichtungsfenster sowie einem überlegenen Heißhaften
zu liefern.
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Eine gute Kombination von Dichtungseigenschaften
und dem Heißhaften
wird durch ein Material erzielt, welches eine derart breite Schmelzverteilung
aufweist, dass eine ausreichende Fraktion des Polymers bei der Dichtungstemperatur
schmilzt, dass jedoch noch genügend
Material ungeschmolzen bleibt, um ein gutes Heißhaften zu liefern. Die Fraktion,
die unterhalb von 120°C
bei einem Material mit einer Schmelztemperatur von etwa 132°C schmilzt,
und die Fraktion, die unterhalb von 110°C bei einem Material mit einer
Schmelztemperatur von 126°C
schmilzt, gibt die Fraktion des Polymers an, welches gute Dichtungseigenschaften
liefert. Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist die Fraktion des Polymerprodukts, gemessen durch DSC,
welches bei der oben angegebenen Dichtungstemperatur (120°C oder 110°C) schmilzt,
größer als
40 Gew.-%. Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung,
umfassend ein Produkt mit einer Schmelztemperatur von etwa 132°C, beträgt die Fraktion
des unterhalb von 120°C
schmelzenden Produkts mehr als 50 Gew.-%.
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Im Vergleich zu einem Produkt mit
derselben Schmelztemperatur weisen die vorliegenden Polymere eine
breitere Schmelzverteilung auf (hergestellt in bzw. nach einem zweistufigen
oder mehrstufigen Verfahren); sie liefern eine bessere Dichtung,
steiferes Material (Dehnungsmodul) und enthalten weniger hexanlösliche Stoffe
gemäß dem FDA-Test
als ein Produkt mit einer engeren Schmelzverteilung (einstufiger
Prozess).
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Im Vergleich zu einem beliebigen
Copolymer mit Ethylen als Comonomer und derselben Schmelztemperatur
liefern die Terpolymere gemäß dieser
Erfindung eine geringere Menge an hexanlöslichen Bestandteilen. Darüber hinaus
sollte darauf hingewiesen werden, dass beliebige Copolymermaterialien
mit Ethylen als Comonomer und Schmelztemperaturen von weniger als
132°C in
einem Schlammprozess mit Z/N-Katalysatoren schwer oder unmöglich herzustellen
sind.
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Das Verhältnis von Ethylen zu Buten
(oder schwerer) von weniger als 0,3, insbesondere von weniger als
0,28, liefert eine gute Comonomerverteilung (Zufallsverteilung),
die zu einem Material mit niedrigen löslichen Bestandteilen, guten
opti schen Eigenschaften und guter Verarbeitbarkeit und darüber hinaus
zur verbesserten Herstellung von Terpolymeren führt.
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Um das Material zu erhalten, wird
insbesondere bevorzugt, ein Verfahren bzw. einen Prozess auf der Grundlage
einer Kombination einer ersten Polymerisationszone, die zumindest
einen Schlammreaktor enthält, und
einer zweiten Polymerisationszone anzuwenden, die zumindest einen
Gasphase-Reaktor aufweist.
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In der ersten Stufe des Verfahrens
bzw. Prozesses werden ein Polymerisations-Katalysatorsystem und
ein Monomergemisch in einen Schlammreaktor eingeführt. Propylen
wirkt als Monomer und Verdünnungsmittel
in dem Reaktionsgemisch. Das C4-C8-Alpha-Olefin
kann 1-Buten, 1-Penten, 4-Methyl, 1-Penten, 1-Hexen, 1-Hepten oder
1-Okten sein. Die Menge des Propylens kann 50 bis 85 Gew.-% betragen,
die Menge an Ethylen kann 1 bis 10 Gew.-% betragen, und die Menge
eines anderen Alpha-Olefins
kann 15 bis 40 Gew.-% betragen. Damit ist der Gehalt von Alpha-Olefin,
wie 1-Buten, sehr hoch. Das Austreiben bzw. Spülen des Reaktionsgemisches,
welches Polymerpartikel bei einem gewöhnlichen Austrieb bzw. Spülen enthält, wobei
das Austreiben bzw. Spülen
von Monomeren in einer Austriebs- bzw. Spülleitung erfolgt und Polymerpulver
und Gas im Austriebsbzw. Spülbehälter getrennt
werden, wäre
sehr schwierig. Der Nachteil kann gemäß der Erfindung dadurch vermieden
werden, dass ein Austreiben bzw. Spülen direkt in einem Gasphase-Reaktor erfolgt.
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Als Katalysator können jegliche gewöhnliche
steroespezifische Ziegler-Natta-Katalysatoren verwendet werden.
Eine wesentliche Komponente in jenen Katalysatoren sind feste Katalysatorkomponenten,
die eine Titankomponente mit zumindest einer Titan-Halogenbindung,
eine Elektronen-Donatorverbindung und ein Magnesiumhalogenid in
aktiver Form enthalten. Die Katalysatoren können als interne Elektronen-Donatorverbindung
Verbindungen enthalten, die aus Äthern,
Ketonen, Laktonen, Ver bindungen, die N-, P- und/oder S-Atome enthalten,
sowie aus Estern von Mono- und Dicarboxylsäuren ausgewählt sind.
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Eine Polymerisation kann in Anwesenheit
einer Organo-Aluminium-Verbindung, wie von Aluminiumalkyl und einer
optionalen externen Donatorverbindung bei Temperaturen unter 70°C und Drucken
im Bereich von 30 bis 90 Bar, vorzugsweise bei 30 bis 70 Bar ausgeführt werden.
Die Polymerisation wird unter solchen Bedingungen ausgeführt, dass
50 bis 99 Gew.-%, vorzugsweise 60 bis 90 Gew.-% des Endprodukts
im Schlammreaktor oder in Schlammreaktoren polymerisiert sind. Die
Verweilzeit kann zwischen 15 und 120 min betragen.
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Optional kann irgendein Metallocene-Katalysator
verwendet werden, der imstande ist, die Bildung eines Terpolymers
aus Propylen zu katalysieren. Ein geeigneter Metallocene-Katalysator
umfasst ein metallisches/Aktivator-Reaktionsprodukt, das in einem
porösen
Träger
mit einem maximalen Innenporenvolumen imprägniert ist. Der Katalysatorkomplex
umfasst einen Liganden, der in typischer Weise überbrückt ist, und ein Übergangsmetall
der Gruppe IVA ... VIA sowie eine Organo-Aluminiumverbindung. Die
Katalysatormetallverbindung ist typischerweise ein Metallhalogenid.
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In der ersten Schlammstufe wird ein
Terpolymer erzeugt, in welchem der Anteil des Ethylenmonomers im
Bereich von 1 bis 4 Gew.-%, vorzugsweise unter 3 Gew.-% liegt. Der
C4-C8 Olefin-Anteil im Produkt
wird im Bereich von 5 bis 12 Gew.-% liegen.
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Wenn erwünscht, wird dem Schlammreaktor
Wasserstoff zur Regulierung des Molekulargewichts des Polymers hinzugesetzt,
wie dies üblich
ist.
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Nachdem die Polymerisation in dem
Schlammreaktor abgeschlossen ist, wird das Reaktionsmedium nicht
von den Polymerpartikeln in einem konventionellen Kondensatsammler
abgeschieden. Vielmehr wird der gesamte Anteil des Polymerisationsmediums zusammen
mit den Polymerpartikeln in einen Gasphase-Reaktor übertragen.
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In dem Gasphase-Reaktor werden 1
bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 30 Gew.-% des Endprodukts gebildet.
Die Polymerisation kann bei einer Temperatur von 60 bis 90°C und bei
einem höheren
Druck als 5 Bar, vorzugsweise bei einem höheren Druck als 10 Bar ausgeführt werden.
Propylen und andere Monomere können,
müssen
jedoch nicht notwendigerweise dem Gasphase-Reaktor hinzugesetzt
werden. Damit können 0
bis 40 Gew.-% Propylen und 0 bis 30 Gew.-% Ethylen in dieser Stufe
hinzugefügt
werden. Wasserstoff kann, wenn erwünscht, ebenfalls dem Gasphase-Reaktor hinzugefügt werden.
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Das flüssige Medium von dem Reaktor
der ersten Stufe kann als Kühlmedium
des Fluidbettes in dem Gasphase-Reaktor wirken, wenn es darin verdampft.
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Mittels des Verfahrens gemäß der Erfindung
können
Terpolymere aus Propylen gebildet werden, in denen der Ethylenanteil
generell 1 bis 10 Gew.-% und der Anteil eines anderen Alpha-Olefins 5 bis 25
Gew.-% betragen. Diese Produkte besitzen einen niedrigen Schmelzpunkt
und können
somit für
Anwendungen genutzt werden, wie als durch Wärme verschließbare Blätter bzw.
Platten und Filme, wenn Weichheit benötigt wird. Produkte, die eine
geringe Steifigkeit aufweisen, können
in Anwendungen, wie bei geformten Blättern, Deckeln, Flaschen und
Fasern angewandt werden. Zur Herstellung von Filmen und entsprechenden
bzw. ähnlichen
Artikeln wird bevorzugt, Terpolymere zu erzeugen, die weniger als
3 Gew.-%-Einheiten (beispielsweise 0,3 bis 3 Gew.-%) aus Ethylen
abgeleitet und weniger als 15 Gew.-% (beispielsweise 1 bis 15 Gew.-%)
der anderen Einheiten von Alpha-Olefinen enthalten.
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Die folgenden nicht beschränkenden
Beispiele veranschaulichen die vorliegende Erfindung.
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Beispiele
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Eine Kombination aus einem Umlaufreaktor
und einem Gasphase-Reaktor
wurde zur Herstellung von Propylen-Terpolymeren für einen
Film verwendet. Die folgenden Charakterisierungsverfahren wurden
beim Testen der erzeugten Polymere verwendet:
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Schmelzfließraten wurden mit einer Belastung
von 2,16 kg bei 230°C
gemäß ISO 1133
gemessen.
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Die Comomeranteile (Ethylen und Buten)
wurden mit einer Fouriertransformations-Infrarotspektroskopie (FTIR)
gemessen, die mit NMR geeicht war.
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Die Zufälligkeit (Ethylenverteilung)
wurde mit einer Fouriertransformations-Infrarotspektroskopie (FTIR)
gemessen, die mit NMR geeicht war.
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Die hexanlöslichen Stoffe stellen ein
bei 50°C
und 2h bestimmtes Maß,
der niedrigen molekularen Massenspezien im Polymer dar, und sie
wurden gemäß FDA 21
LFR.Ch 1(4-1-92 Ed.) bestimmt.
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Die Schmelztemperatur (Spitzentemperatur)
wurde mittels der Differential-Abtastungs-Kalorimetrie (DSC) durch
Anwendung einer Temperaturanstiegsrate von 10°C/min gemäß ISO/DIS 11357-3v gemessen. Die
Kristallinität,
die Spitzenbreite und die Fraktionsschmelzung unterhalb einer spezifizierten
Dichtungs-Auslösetemperatur
wurden ebenfalls durch bzw. nach DSC gemessen.
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Die Reißfestigkeit (Streckspannung)
wurde gemäß ISO 572-2
gemessen (Zugstangenkopfgeschwindigkeit = 50 mm/min).
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Der Zugmodul wurde gemäß ISO 572-2
gemessen (Zugstangenkopfgeschwindigkeit = 1 mm/min).
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Die Izod-Größe, die Kerbschlagzähigkeit
wurde gemäß ISO 180/1A
gemessen.
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Filmproben wurden bei einem 40 Mikrometer
dicken Film, der in einer Gießfilmlinie
(Collin) hergestellt worden ist, bei einer Schmelztemperatur von
270°C und
einer Kühlwalzentemperatur
von 30°C
gemessen.
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Der Filmmodul (1% Sekantenmodul)
wurde gemäß ISO 1184
(ASTM D882) gemessen (Zugstangenkopfgeschwindigkeit = 5 mm/min).
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Die Trübung wurde gemäß ASTM D
1003 gemessen, und der Glanz bei 60°C wurde gemäß ASTM D 523 gemessen.
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Die Wärmedichtungseigenschaften wurden
bei bzw. von einem 25 Mikrometer-ABA-Film gemessen (Kernschicht
PP-Homopolymer und als Oberflächen-
bzw. Deckschicht das überprüfte Heißsiegel-PP-Terpolymer. Die
Dichtungs- bzw. Siegelungszeit betrug 0,1 s bei einem Druck von
3 Bar. Die Heißsiegel-
bzw. Wärmedichtungsfestigkeit
= Reißen
bzw. Brechen der Dichtung unter Verwendung von Filmstreifen, die
Breite von 25,41 mm wurde mit einem Instron-Universaltester gemessen
(Zugstangenkopfgeschwindigkeit = 100 mm/min).
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Die Heißklebkraft ist die Festigkeit
der Dichtung, wenn sie noch heiß ist,
und gemessen wird sie, wie oben angegeben.
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Beispiele 1 bis 4
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Eine Kombination aus einem Umlaufreaktor
und einem Gasphase-Reaktor
im Pilot-Maßstab
wurde dazu herangezogen, Propylenterpolymer für Filme herzustellen. Propylen,
Ethylen, Buten und Wasserstoff wurden dem Umlaufreaktor hinzugesetzt.
Die Polymerisationstemperatur betrug in beiden Reaktoren 60°C. Der Druck
im Umlaufreaktor betrug 35 Bar, und im Gasphase-Reaktor betrug er
15 Bar. Der verwendete Katalysator war ein vorpolymerisierter Katalysator,
der gemäß den FI-Patenten
Nr. 70028 und 86472 hergestellt war, und die Aktivität des Katalysators
betrug 35 kg PP/g cat h.
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Das zusammen mit Monomeren ohne Reaktion
erzeugte Polymer wurde gerade in den Gasphase-Reaktor ausgespült bzw.
abgegeben, und die Polymerisation wurde darin abgeschlossen.
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Beispiel 5
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Die Polymerisation wurde wie bei
den Beispielen 1 bis 4 ausgeführt,
wobei jedoch der Gasphase-Reaktor bei einem Druck von 5 Bar und
bei der Temperatur von 60°C
betrieben wurde.
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Beispiel 6 (Vergleich)
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Die Polymerisation wurde wie bei
den Beispielen 1 bis 4 ausgeführt,
wobei jedoch das Produkt von dem Umlaufreaktor zu dem konventionellen
Austrieb- bzw. Spülbehälter hingeleitet
wurde, der bei einem Druck von 5 Bar betrieben wurde. Es wurde kein
Gasphase-Reaktor verwendet. Die Polymerisationsbedingungen sind
in der folgenden Tabelle 1 angegeben.
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Die Produkteigenschaften des von
dem Gasphase-Reaktor erhaltenen Terpolymers sind in der folgenden
Tabelle 2 angegeben.
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Beim Vergleichsbeispiel 6 wurden
die Spülleitung
und der Spülbehälter sehr
schnell zugestopft, und ein Dauerbetrieb war nicht möglich. Ein
Austrieb in der Spülleitung
war wegen der hohen Reaktionstemperatur (70°C) zu schnell. Andererseits
erfolgte in der Spülleitung
und im Spülbehälter keine
genügende
Wärmeübertragung,
um sämtliche
Monomere ohne Reaktion zu verdampfen.
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Beim Beispiel 5 war die Durchführbarkeit
im Vergleich zum Beispiel 6 stark verbessert, allerdings wurde in
der Spülleitung
noch eine Ansammlung von amorphem Material beobachtet. Die Verbesserung
im Vergleich zum Beispiel 6 ging auf eine niedrigere Reaktionstemperatur
im Umlaufreaktor (60°C)
zurück,
was ein geringeres (langsameres) Spülen in der Spülleitung
und eine bessere Wärmeübertragung
im Gasphase-Reaktor (aufgrund eines rezirkulierenden Gasstromes)
im Vergleich zur konventionellen Spülung bedeutet.
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Beispiele 7 bis 9 und
Vergleichsbeispiel 10
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Eine Polymerisation wurde bei den
Beispielen 1–5
unter Verwendung eines Wachs-vorpolymerisierten Katalysators ausgeführt, der
gemäß dem finnischen
Patent Nr. 88047 hergestellt war. Die Polymerisationsbedingungen
sind in der folgenden Tabelle 3 angegeben.
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Das Terpolymer besaß die in
der Tabelle 4 unten angegebenen Eigenschaften.
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Beim Vergleichsbeispiel 10 war die
Spülrate
wegen des niedrigeren Druckes im Gasphase-Reaktor (5 Bar) zu schnell.
Das Material war aufgrund des Verstopfens inhomogen, und es wurden
keine mechanischen Tests durchgeführt. Bei den Beispielen 7–9 war der
Druck im Gasphase-Reaktor erhöht.
Die Spülrate
in der Übertragungsleitung
war stärker
abgesenkt, und es wurde keine Ansammlung von amorphem Material beobachtet.
Die Schüttdichte
von Terpolymer war ebenfalls erhöht.
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Beispiele 11–13
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Eine Kombination eines Umlaufreaktors/von
Umlaufreaktoren und eines Gasphase-Reaktors wurde zur Herstellung
von Propylenterpolymeren für
einen Film verwendet. Propylen, Ethylen, Buten und Wasserstoff wurden
in den Umlaufreaktor eingeführt.
Die Prozessbedingungen sind in der Tabelle 5 angegeben. Der verwendete
Katalysator war ein vorpolymerisierter Katalysator, der gemäß dem FI-Patent
88047 (EP-B1 591 224) hergestellt war; die Aktivität des betreffenden
Katalysators betrug 35 kg/g cat h.
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Die mechanischen Eigenschaften und
die Filmeigenschaften der Materialien sind in der Tabelle 6 angegeben.
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Beispiel 14 (vergleichend)
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Ein beliebiges Copolymer mit Ethylen
als Copolymer wurde in einem Umlaufreaktor unter Verwendung eines
vorpolymerisierten Katalysators hergestellt, der gemäß dem FI-Patent
88047 hergestellt war. Die Testergebnisse sind in den Tabelle 5
und 6 angegeben.
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Beispiel 15 (vergleichend)
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Terpolymer mit Ethylen und Buten
als Comonomere wurden in einem Umlaufreaktor unter Verwendung eines
vorpolymerisierten Katalysators hergestellt, der gemäß dem FI-Patent
86472 hergestellt war. Die Testergebnisse sind in den Tabellen 5
und 6 angegeben.
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Die Heißdichtungseigenschaften (Dichtungsstärke bzw.
Siegelnahtfestigkeit und Heißklebkraft)
der aus Materialien gemäß den Beispielen
11, 14 und 15 hergestellten Filme sind in den 1 und 2 dargestellt.
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Die 3 und 4 vergleichen die Heißsiegel-
bzw. Heißdichungseigenschaften
von Filmen, die aus dem Terpolymer des Beispiels 12 hergestellt
sind, und von zwei kommerziellen Polymeren. Die Ergebnisse wurden
unter Verwendung eines 20 μm-B0PP-Films (1/18
(1)) mit einem PP Homopolymer im Kern bestimmt. Das kommerzielle
Polymer mit Tm von 126,4°C enthält 2,9 Gew.-% Ethylen, 5,9
Gew.-% 1-Buten, und es weist einen Fraktions-Schmelzpunkt unter
110°C von
34,3% auf. Das kommerzielle Polymer 2 mit einem Tm von 131,6°C enthält 2,3 Gew.-%
Ethylen, 4,7 Gew.-% 1-Buten, und es weist einen Fraktions-Schmelzpunkt unter 110°C von 34,3%
auf.
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Die 1 und 2, die die Dichtungs- bzw.
Siegelnahtfestigkeit in Abhängigkeit
von der Dichtungstemperatur angeben, zeigen, dass das in einem Multireaktorsystem
hergestellte Terpolymer niedrigere Dichtungs-Anfangstemperaturen
aufweist als ein Copolymer bzw. Copolymere und ein Terpolymer, die
in lediglich einem Reaktor hergestellt sind, was bedeutet, dass
die geforderte Dichtungs- bzw. Siegelnahtfestigkeit bei niedrigeren
Temperaturen erreicht wird. Darüber
hinaus bringt das breitere Verarbeitungsfenster oder der breitere
Dichtungsbereich, wie aus den Figuren ersichtlich, einen weiteren
Verarbeitungsvorteil mit sich.
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In entsprechender Weise zeigen die
Figuren, die die Heißklebkraft
in Abhängigkeit
von der Dichtungstemperatur angeben, dass das Terpolymer gemäß der Erfindung
eine höhere
Heißklebfestigkeit
besitzt.
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Wie die Daten in der Tabelle 6 veranschaulichen,
besitzen in Multireaktoren hergestellte Terpolymere die geforderte
Kombination von Eigenschaften: niedrige Schmelztemperatur, breite
Schmelzspitze und gute Comonomerverteilung, was zu überlegenen
Dichtungseigenschaften führt,
sowie niedrige hexan- und xylenlösliche
Stoffe und gute optische Eigenschaften.
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3 und 4 zeigen, dass die vorliegenden
Terpolymere ein verbessertes Abdichtungsvermögen aufweisen als die getesteten
kommerziellen Polymere, die ein höheres Ethylen-zu-Butylen-Verhältnis aufweisen.