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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Polymerisationsverfahren für die Herstellung
von Polyolefinen unter Verwendung eines Katalysators, der für die Polymerisierung
von Olefinen geeignet ist, und einer Verbindung, umfassend eine
Etherbindung, in Mengen, die ausreichend sind, um die elektrostatische
Aufladung im Polymerisationsreaktor zu verringern. Die Verwendung
der Verbindung, umfassend die Etherbindung, als ein katalytisches
Mittel liefert ferner Polyolefine, die für Formteil- und Folien-Anwendungen
geeignet sind.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Polyolefine
wie Polyethylen sind gut bekannt und sind in vielen Anwendungen
nützlich.
Insbesondere lineare Polyethylenpolymere besitzen Eigenschaften,
die sie von anderen Polyethylenpolymeren, wie verzweigten Ethylenhomopolymeren,
die üblicherweise
als LDPE (Polyethylen niedriger Dichte) bezeichnet werden, unterscheiden.
Bestimmte dieser Eigenschaften werden von Anderson et al., US-Patent
Nr. 4 076 698, beschrieben.
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Ein
besonders nützliches
Polymerisationsmedium für
die Herstellung von Polyethylen- und
Polypropylen-Polymeren ist ein Gasphasenverfahren. Beispiele von
solchen sind in den US-Patenten Nr. 3 709 853; 4 003 712; 4 011
382; 4 302 566; 4 543 399; 4 882 400; 5 352 749 und 5 541 270 und
im kanadischen Patent Nr. 991 789 und im belgischen Patent Nr. 839
380 gegeben.
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Dabei
sind verschiedene Katalysatoren für die Polymerisierung von Olefinen
bekannt. Beispielhaft für solche
Katalysatoren sind wie folgend:
- 1. Chromoxid-Katalysatoren,
die Ethylen zu Polyethylenen hoher Dichte (HDPE) mit hohem Molekulargewicht
und einer breiten Molekulargewichtsverteilung polymerisieren. Diese
Katalysatoren basieren typischerweise auf Cn(6+) und sind trägergestützt.
- 2. Organochrom-Katalysatoren, wie Bis(triphenylsilyl)chromat,
gestützt
auf Silica und aktiviert mit Organoaluminium-Verbindungen, und Bis(cyclopentadienyl)chrom,
gestützt
auf Silica.
- 3. Ziegler-Natta-Katalysatoren, die typischerweise aus einer Übergangsmetallkomponente
und einem organometallischen Co-Katalysator, der typischerweise
eine Onganoaluminium-Verbindung ist, bestehen.
- 4. Ein Olefin-Polymenisationskatalysator, der Olefine polymerisiert,
um Homopolymere und Interpolymere von Olefinen mit einer Molekulargewichtsverteilung
(MWD) von 1 bis 2,5 zu erzeugen.
- 5. Metallocen-Katalysatoren, die typischerweise aus einem Übergangsmetall
mit mindestens einem substituierten oder unsubstituierten Cyclopentadienyl
oder einem Cyclopentadienylrest und einem organometallischem Co-Katalysator,
der typischerweise ein Alkylaluminoxan, wie Methylaluminoxan, oder
eine arylsubstituierte Borverbindung ist, bestehen.
- 6. Katalysatoren dieses Typs der Gruppe 13, beschrieben im US-Patent
Nr. 5 777 120, wie kationische Aluminiumalkylamidinat-Komplexe mit
einem organometallischen Co-Katalysator, der typischerweise ein
Alkylaluminoxan, wie Methylaluminoxan, oder eine arylsubstituierte
Borverbindung ist.
- 7. Katalysatoren des Typs, der im US-Patent Nr. 5 866 663 beschrieben
ist, wie kationische Nickelalkyldiimin-Komplexe mit einem onganometallischen
Co-Katalysator,
der typischerweise ein Alkylaluminoxan, wie Methylaluminoxan, oder
eine arylsubstituierte Borverbindung ist.
- 8. Katalysatoren des Typs, der in Organometallics, 1998, Band
17, Seiten 3149–3151
beschrieben ist, wie neutrale Nickelalkylsalicylaldiminato-Komplexe.
- 9. Katalysatoren des Typs, der im Journal of the American Chemical
Society, 1998, Band 120, Seiten 7143–7144 beschrieben ist, wie
kationische Eisenalkylpyridinbisimin-Komplexe mit einem organometallischen
Co-Katalysator, der typischerweise ein Alkylaluminoxan, wie Methylaluminoxan,
oder eine arylsubstituierte Borverbindung ist.
- 10. Katalysatoren des Typs, der im Journal of the American Chemical
Society, 1996, Band 118, Seiten 10008–10009 beschrieben ist, wie
kationische Titanalkyldiamid-Komplexe
mit einem organometallischen Co-Katalysator, der typischerweise
ein Alkylaluminoxan, wie Methylaluminoxan, oder eine arylsubstituierte Borverbindung
ist.
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Die
oben genannten Katalysatoren sind, oder können gestützt sein auf einem inerten,
porösen,
partikulären
Träger.
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Ein
allgemein angetroffenes Problem in Polymerisationsverfahnen, insbesondere
in Gasphasenpolymerisationsverfahren, ist die Bildung von Agglomeraten.
Agglomerate können
sich an verschiedenen Orten bilden, wie in dem Polymerisationsreaktor
und den Leitungen für
die Rückgewinnung
des gasförmigen
Stroms. Als eine Folge der Agglomeratbildung kann es notwendig sein,
den Reaktor herunterzufahren.
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Wenn
sich Agglomerate innerhalb des Polymerisationsreaktors bilden, können viele
schädliche
Wirkungen auftreten. Zum Beispiel können die Agglomerate die Entnahme
des Polymers aus dem Polymerisationsreaktor durch Verstopfung des
Polymerauslasssystems zum Erliegen bringen. Ferner kann, wenn die
Agglomerate absinken und einen Teil des Fluidisierungsgitters bedecken,
ein Verlust an Fluidisierungseffizienz auftreten. Dies kann die
Bildung von größeren Agglomeraten
nach sich ziehen, was zum Verlust des gesamten Wirbelbetts führen kann.
In jedem Fall kann die Notwendigkeit zum Abschalten des Reaktors
bestehen.
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Es
wurde herausgefunden, dass Agglomerate als eine Folge der Anwesenheit
von sehr feinen Polymerteilchen im Polymerisationsmedium gebildet
werden können.
Diese feinen Polymerteilchen können
als eine Folge der Einführung
feiner Katalysatorpartikel oder des Zerbrechens des Katalysators
innerhalb des Polymerisationsmediums anwesend sein.
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Von
diesen feinen Teilchen glaubt man, dass sie sich an den inneren
Wänden
des Polymerisationsreaktors und der angeschlossenen Gerätschaft
für die
Rückgewinnung
des gasförmigen
Ströme,
wie zum Beispiel dem Wärmeaustauscher,
abscheiden und elektrostatisch anhaften. Wenn die feinen Teilchen
aktiv bleiben, und die Polymerisationsreaktion weiter geht, dann
nehmen die Teilchen an Größe zu, was
die Bildung von Agglomeraten zur Folge hat. Diese Agglomerate neigen
dazu, wenn sie sich innerhalb des Polymerisationsreaktors bilden,
in der Form von Tafeln zu sein.
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Es
sind mehrere Lösungen
vorgeschlagen worden, um das Problem der Bildung von Agglomeraten
in Gasphasenpolymerisationsverfahren zu lösen. Diese Lösungen schließen die
Deaktivierung der feinen Polymerpartikel, die Steuerung der Katalysatoraktivität und die
Reduzierung der elektrostatischen Ladung ein. Beispielhaft für die Lösungen sind
wie folgt.
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Die
europäische
Patentanmeldung 0 359 444 A1 beschreibt die Einführung von kleinen Mengen eines Aktivitätsverzögerers in
den Polymerisationsreaktor, um entweder die Polymerisationsrate
oder den Gehalt an Übergangsmetall
im hergestellten Polymer im Wesentlichen konstant zu halten. Das
Verfahren soll ein Polymer ohne die Bildung von Agglomeraten erzeugen.
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Das
US-Patent Nr. 4 739 015 beschreibt die Verwendung von gasförmigen Sauerstoff
enthaltenden Verbindungen oder flüssigen oder festen aktiven
Wasserstoff enthaltenden Verbindungen, um die Haftung des Polymers
an sich selbst oder an die innere Wand der Polymerisationsvorrichtung
zu verhindern.
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Im
US-Patent Nr. 4 803 251 wird ein Verfahren zur Verringerung der
Belagbildung unter Verwendung einer Gruppe von chemischen Additiven
beschrieben, die sowohl positive als auch negative Ladungen im Reaktor
erzeugen, und die in einer Menge von wenigen Teilen pro Million
(ppm) pro Teil des Monomers zum Reaktor zugegeben werden, um die
Bildung von unerwünschten
positiven oder negativen Ladungen zu verhindern.
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Andere
Verfahren und andere Additive, die verwendet werden können, um
die elektrostatische Aufladung im Wirbelbett-Reaktor zu neutralisieren,
werden in den US-Patenten
Nr. 4 792 592; 4 803 251; 4 855 370; 4 876 320; 5 162 463; 5 194
526 und 5 200 477 gefunden.
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Zusätzliche
Verfahren zur Verringerung oder Eliminierung der elektrostatischen
Aufladung schließen (1)
die Installation von Erdungsvorrichtungen in einem Wirbelbett, (2)
die Ionisierung von Gas oder Teilchen durch elektrische Entladung,
um Ionen zu erzeugen, die die elektrostatische Ladung auf den Partikeln
neutralisieren, und (3) die Verwendung von radioaktiven Quellen
zur Erzeugung von Strahlung, die Ionen erzeugen kann, welche die
elektrostatische Ladung auf den Teilchen neutralisieren, ein.
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Es
wäre daher
wünschenswert,
ein Verfahren zur Herstellung von Polyolefinen, insbesondere Polyethylen,
zur Verfügung
zu stellen, in dem die mit der elektrostatischen Aufladung verbundenen
Probleme reduziert werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für die Polymerisierung eines
Olefins und/oder eines Olefins und mindestens eines anderen oder
mehrerer anderer Olefin(e), umfassend das Kontaktieren unter Polymerisationsbedingungen
in einem Polymerisationsmedium des Olefins und/oder des Olefins
und mindestens eines anderen oder mehrerer anderer Olefin(e) mit
einem Olefin-Polymerisationskatalysator und mindestens einem Ether,
gewählt
aus der Gruppe bestehend aus Tetrahydrofuran, Diethylether, Dipropylether,
Diisopropylether, Dibutylether, Dioctylether, tert-Butylmethylether,
Trimethylenoxid und Tetrahydropyran.
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Der
Ether liegt in einer Menge vor, die ausreichend ist, um die elektrostatische
Ladung in dem Polymerisationsmedium auf ein niedrigeres Niveau zu
senken, als es in dem gleichen Polymerisationsverfahren in Abwesenheit
des Ethers auftreten würde.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zur Verringerung
der elektrostatischen Ladung, welche erzeugt wird bei der Polymerisierung
eines Olefins und/oder eines Olefins und mindestens eines anderen
oder mehrerer anderer Olefin(e) in einem Polymerisationsmedium in
Gegenwart eines Olefin-Polymerisationskatalysators, umfassend das
Einführen
in das Polymerisationsmedium mindestens eines Ethers, gewählt aus
der Gruppe bestehend aus Tetrahydrofuran, Diethylether, Dipropylether,
Diisopropylether, Dibutylether, Dioctylether, tert-Butylmethylether,
Trimethylenoxid und Tetrahydropyran, in einer Menge, die ausreichend
ist, um die elektrostatische Aufladung in dem Polymerisationsmedium
zu verringern.
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Wahlweise
kann ein halogenierter Kohlenwasserstoff dem Polymerisationsmedium
hinzugesetzt werden.
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Der
Ether, wie hierin definiert, und der optionale halogenierte Kohlenwasserstoff
können
dem Polymerisationsmedium auf beliebige Weise zugesetzt werden.
Der Ether, wie hierin definiert, und der halogenierte Kohlenwasserstoff
können
dem Olefin-Polymerisationskatalysator
gerade vor der Zugabe zum Polymerisationsmedium zugesetzt werden,
oder getrennt vom Katalysator in einer beliebigen im Fachbereich
bekannten Weise zum Polymerisationsmedium gegeben werden. Zum Beispiel
kann der Ether, wie hierin definiert, wahlweise mit dem halogenierten
Kohlenwasserstoff vor der Zugabe zum Polymerisationsmedium vorgemischt werden.
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Wenn
ein Gasphasen-Wirbelbettverfahren für die Polymerisation des Olefins
verwendet wird, kann es vorteilhaft sein, den Ether, wie hierin
definiert, vor den Wärmeableitungsvorrichtungen,
z. B. dem Wärmeaustauscher,
zuzugeben, um die Geschwindigkeit der Verunreinigung der Wärmeableitungsvorrichtungen
zusätzlich
zur Verringerung der elektrostatischen Ladung im Polymerisationsreaktor
zu verlangsamen.
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Jede
Nennungen hierin von Elementen von Gruppen des Periodensystems werden
mit Bezug auf das Periodensystem der Elemente gemacht, wie es in „Chemical
and Engineering News",
63(5), 27, 1985 veröffentlicht
ist. In diesem Format sind die Gruppen mit 1 bis 18 nummeriert.
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Ether
zur Verringerung der elektrostatischen Aufladung sind Tetrahydrofuran,
Diethylether, Dipropylether, Diisopropylether, Dibutylether, Dioctylether,
tert-Butylethylether, Trimethylenoxid und Tetrahydropyran.
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Ein
beliebiger halogenierter Kohlenwasserstoff kann im Verfahren der
vorliegenden Erfindung verwendet werden. Wenn gewünscht, kann
mehr als ein halogenierter Kohlenwasserstoff verwendet werden. Typisch für solche
halogenierten Kohlenwasserstoffe sind monohalogen- und polyhalogensubstitutierte,
gesättigte oder
ungesättigte
aliphatische, alicyclische oder aromatische Kohlenwasserstoffe mit
1 bis 12 Kohlenstoffatomen. Bevorzugt für die Verwendung im Verfahren
der vorliegenden Erfindung sind Dichlormethan, Chloroform, Kohlenstofftetrachlorid,
Chlorfluormethan, Chlordifluormethan, Dichlordifluormethan, Fluordichlormethan, Chlortrifluormethan,
Fluortrichlormethan und 1,2-Dichlorethan. Am meisten bevorzugt für die Verwendung
im Verfahren der vorliegenden Erfindung ist Chloroform.
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In
der vorliegenden Erfindung kann ein beliebiger Katalysator für die Polymerisierung
von Olefinen eingesetzt werden. Vorzugsweise beinhaltet der Olefin-Polymerisationskatalysator
mindestens ein Metall, gewählt
aus den Gruppen 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 und 13 des Periodensystems
der Elemente, wie hierin definiert. Beispielhafte Metalle sind Titan,
Zirkonium, Vanadium, Eisen, Chrom, Nickel und Aluminium. Der Olefin-Polymerisationskatalysator
kann neutral oder kationisch sein.
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Beispielhaft
für solche
Polymerisationskatalysatoren sind:
- 1. Eine
beliebige Verbindung, die ein Element der Gruppe 6 enthält. Bevorzugt
sind Chrom enthaltende Verbindungen. Beispielhaft sind Chromoxid-Katalysatoren,
die Ethylen zu Polyethylenen hoher Dichte (HDPE) mit hohem Molekulargewicht
und einer breiten Molekulargewichtsverteilung polymerisieren. Diese
Katalysatoren basieren typischerweise auf Cn(6+) und sind gestützt auf
einem Träger.
Weiter beispielhaft sind Organochrom-Katalysatoren wie Bis(triphenylsilyl)chromat,
gestützt
auf Silica und aktiviert mit Organoaluminium-Verbindungen, und Bis(cyclopentadienyl)chnom,
gestützt
auf Silica.
- 2. Ziegler-Natta-Katalysatoren, die typischerweise aus einer Übergangsmetallkomponente
und einem organometallischen Co-Katalysator bestehen, der typischerweise
eine Onganoaluminium-Verbindung ist.
- 3. Ein Olefin-Polymerisationskatalysator, der Olefine polymerisiert,
um Interpolymere von Olefinen mit einer Molekulargewichtsverteilung
(MWD) von 1 bis 2,5 zu erzeugen.
- 4. Metallocen-Katalysatoren, die aus einer Übergangsmetallkomponente mit
mindestens einem Rest, gewählt
von substituiertem oder unsubstituiertem Cyclopentaienyl, substituiertem
oder unsubstituiertem Pentadienyl, substituiertem oder unsubstituiertem
Pyrrol, substituiertem oder unsubstituiertem Phosphol, substituiertem
oder unsubstituiertem Arsol, substituiertem oder unsubstituiertem
Boratabenzol und substituiertem oder unsubstituiertem Canboran,
und einem onganometallischen Co-Katalysator,
der typischerweise ein Alkylaluminoxan, wie Methylaluminoxan, oder
eine arylsubstituierte Borverbindung ist, bestehen.
- 5. Eine beliebige Verbindung, die ein Element der Gruppe 13
enthält.
Bevorzugt sind Aluminium enthaltende Verbindungen. Beispielhaft
sind Katalysatoren des Typs, der im US-Patent Nr. 5 777 120 beschrieben ist,
wie kationische Aluminiumalkylamidinat-Komplexe mit einem organometallischen
Co-Katalysator, der typischerweise ein Alkylaluminoxan, wie Methylaluminoxan,
oder eine arylsubstituierte Bor enthaltende Verbindung ist.
- 6. Eine beliebige Verbindung, die ein Element der Gruppe 10
enthält.
Bevorzugt sind Nickel enthaltende Verbindungen. Beispielhaft sind
Katalysatoren des Typs, der im US-Patent Nr. 5 866 663 beschrieben
ist, wie kationische Nickelalkyldiimin-Komplexe mit einem onganometallischen
Co-Katalysator, der typischerweise ein Alkylaluminoxan, wie Methylaluminoxan,
oder eine arylsubstituierte Bor enthaltende Verbindung ist. Weiter
beispielhaft sind Katalysatoren des Typs, der in Organometallics,
1998, Band 17, Seiten 3149-3151 beschrieben ist, wie neutrale Nickelalkylsalicylaldiminato-Komplexe.
- 7. Eine beliebige Verbindung, die ein Element der Gruppe 8 enthält. Bevorzugt
sind Eisen enthaltende Verbindungen. Beispielhaft sind Katalysatoren
des Typs, der im Journal of the American Chemical Society, 1998,
Band 120, Seiten 7143–7144
beschrieben ist, wie kationische Eisenalkylpyridinbisimin-Komplexe
mit einem organometallischen Co-Katalysator, der typischerweise
ein Alkylaluminoxan, wie Methylaluminoxan, oder eine arylsubstituierte
Bor enthaltende Verbindung ist.
- 8. Eine beliebige Verbindung, die ein Element der Gruppe 4 enthält. Bevorzugt
sind Titan und Zirkonium enthaltende Verbindungen. Beispielhaft
sind Katalysatoren des Typs, der im Journal of the American Chemical
Society, 1996, Band 118, Seiten 10008–10009 beschrieben ist, wie
kationische Titanalkyldiamid-Komplexe mit einem organometallischen
Co-Katalysator, der typischerweise ein Alkylaluminoxan, wie Methylaluminoxan,
oder eine arylsubstituierte Bor enthaltende Verbindung ist.
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Die
obigen Katalysatoren sind oder können
auf einem inerten, porösen,
partikulären
Träger
gestützt sein.
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Die
obigen Olefin-Polymerisationskatalysatoren können in dem Verfahren der vorliegenden
Erfindung in beliebiger Weise eingeführt werden. Zum Beispiel kann
die Katalysator-Komponente(n) direkt in das Polymerisationsmedium
eingeführt
werden in der Form einer Lösung,
einer Aufschlämmung
oder eines trockenen schüttfähigen Pulvers.
Der Katalysator kann, wenn ein Co-Katalysator benötigt wird,
vorgemischt werden, um einen aktivierten Katalysator vor der Zugabe
zum Polymerisationsmedium zu bilden, oder die Komponenten können getrennt
zum Polymerisationsmedium zugesetzt werden, oder die Komponenten
können
vorgemischt und dann mit einem oder mehreren Olefinen zur Bildung
eines Präpolymers
verbunden und dann in der Präpolymerform
zum Polymerisationsmedium zugesetzt werden. Wenn die Katalysatorkomponenten
vor der Einführung
in den Reaktor vorgemischt werden, kann eine beliebige Elektronendonor-Verbindung
zum Katalysator gegeben werden, um den Grad der Aktivität des Katalysators
zu steuern. Darüber
hinaus können,
während die
Polymerisationsreaktion in Gegenwart des Olefin-Polymerisationskatalysators,
wie oben beschrieben, durchgeführt
wird, zusätzliche
organometallische Verbindungen) zugegeben werden. Die zusätzlichen
organometallischen Verbindungen können die gleichen oder verschieden
sein von denen, die als Co-Katalysatoren eingesetzt werden.
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Beliebige
oder alle Komponenten der Olefin-Polymerisationskatalysatoren können auf
einem Träger gestützt sein.
Der Träger
kann beliebiges partikuläres
organisches oder anorganisches Material sein. Vorzugsweise sollte
die Trägerteilchengröße nicht
größer als
200 Mikrometer im Durchmesser sein. Die am meisten bevorzugte Teilchengröße des Trägermaterials
kann durch ein Experiment einfach ermittelt werden. Vorzugsweise
sollte der Träger
eine durchschnittliche Teilchengröße von 5 bis 200 Mikrometer
im Durchmesser haben, stärker
bevorzugt 10 bis 150 Mikrometer und am meisten bevorzugt 20 bis
100 Mikrometer.
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Beispiele
für geeignete
anorganische Träger
schließen
Metalloxide, Metallhydroxide, Metallhalogenide oder andere Metallsalze,
wie Sulfate, Carbonate, Phosphate, Nitrate und Silicate, ein. Beispielhaft
für anorganische
Träger,
die für
die Anwendung hierin geeignet sind, sind Verbindungen von Metallen
aus den Gruppen 1 und 2 des Periodensystems der Elemente, wie Salze
von Natrium oder Kalium und Oxide oder Salze von Magnesium oder
Kalzium, zum Beispiel die Chloride, Sulfate, Carbonate, Phosphate
oder Silicate von Natrium, Kalium, Magnesium oder Calcium und die
Oxide oder Hydroxide von, zum Beispiel, Magnesium oder Calcium.
Ebenfalls geeignet für
eine Anwendung sind anorganische Oxide wie Silica, Titandioxid,
Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Chromoxid, Boroxid, silanisiertes
Silica, Silica-Hydrogele, Silica-Xerogele, Silica-Aerogele und gemischte
Oxide, wie Talke, Silica/Chromoxid, Silica/Chromoxid/Titandioxid,
Silica/Aluminiumoxid, Silica/Titandioxid, Silica/Magnesiumoxid,
Silica/Magnesia/Titandioxid, Aluminiumphosphat-Gele, Silica-Co-Gele und
dergleichen. Die anorganischen Oxide können kleine Mengen an Carbonaten,
Nitraten, Sulfaten und Oxiden wie Na2CO3, K2CO3,
CaCO3, MgCO3, Na2SO4, Al2(SO4)3, BaSO4, KNO3, Mg(NO3)2, Al(NO3)3, Na2O,
K2O und Li2O enthalten.
Träger,
die mindestens eine Komponente, gewählt aus der Gruppe, bestehend
aus SiO2, Al2O3 oder Mischungen davon, als eine Hauptkomponente
enthalten, sind bevorzugt.
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Beispiele
für geeignete
organische Träger
schließen
Polymere wie zum Beispiel Polyethylen, Polypropylen, Interpolymere
von Ethylen und alpha-Olefinen, Polystyrol, und funktionalisiertes
Polystyrol ein.
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Die
hierin verwendeten Ziegler-Natta-Katalysatoren sind in der Industrie
gut bekannt. Die Ziegler-Natta-Katalysatoren in der einfachsten
Form bestehen aus einer Komponente, die mindestens ein Übergangsmetall
und einen Co-Katalysator, umfassend mindestens eine organometallische
Verbindung, umfasst. Das Metall der Übergangsmetallkomponente ist
ein Metall, gewählt
aus den Gruppen 4, 5, 6, 7, 8, 9 und/oder 10 des Periodensystems
der Elemente, wie es in „Chemical
and Engineering News",
63(5), 27, 1985 veröffentlicht
ist. In diesem Format sind die Gruppen mit 1–18 nummeriert. Beispielhaft
für solche Übergangsmetalle
sind Titan, Zirkonium, Vanadium, Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt, Nickel
und dergleichen und Mischungen davon. In einer bevorzugten Ausführungsform
ist das Übergangsmetall
gewählt
aus der Gruppe, bestehend aus Titan, Zirkonium, Vanadium und Chrom,
und in einer noch stärker
bevorzugten Ausführungsform
ist das Übergangsmetall Titan.
Der Ziegler-Natta-Katalysator
kann wahlweise Magnesium und/oder Chlor enthalten. Solche Magnesium und
Chlor enthaltenden Katalysatoren können auf beliebige Art und
Weise nach Stand der Technik hergestellt werden.
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Der
in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendete Co-Katalysator
kann eine beliebige organometallische Verbindung oder Mischungen
davon sein, die die Übergangsmetallkomponente
in einem Ziegler-Natta-Katalysator in der Polymerisation von Olefinen
aktivieren kann. Insbesondere enthält die organometallische Co-Katalysator-Verbindung,
die mit der Übergangsmetallkomponente
zur Reaktion gebracht wird, ein Metall, gewählt aus den Gruppen 1, 2, 11,
12, 13 und/oder 14 des oben beschriebenen Periodensystems der Elemente.
Beispielhaft für
solche Metalle sind Lithium, Magnesium, Kupfer, Zink, Bor, Silizium
und dergleichen oder Mischungen davon.
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Typischerweise
ist der Co-Katalysator eine Organoaluminiumverbindung, wie zum Beispiel
Trimethylaluminium und Triethylaluminium.
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Weiterhin
kann zu den Ziegler-Natta-Katalysatoren ein beliebiger interner
Elektronendonor zugesetzt werden. Die interne Elektronendonorverbindung
ist vorzugsweise gewählt
aus der Gruppe, bestehend aus Ethern, Thioethern, Estern, Thioestern,
Aminen, Amiden, Ketonen, Nitrilen, Phosphinen, Silanen, Säureanhydriden,
Säurehalogeniden,
Säureamiden,
Aldehyden und organischen Säurederivaten.
Stärker
bevorzugt als interne Elektronendonoren sind Verbindungen, die von
1 bis 50 Kohlenstoffatomen und von 1 bis 30 Heteroatomen eines Elements,
oder Mischungen davon enthalten, gewählt aus den Gruppen 14, 15,
16 und 17 des Periodensystems der Elemente.
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Der
Ziegler-Natta-Katalysator kann durch ein beliebiges Verfahren nach
Stand der Technik hergestellt werden. Der Katalysator kann in der
Form einer Lösung,
einer Aufschlämmung
oder eines trockenen frei fließenden
Pulvers sein. Die verwendete Menge an Ziegler-Natta-Katalysator
ist die, die ausreichend ist, um die Herstellung der gewünschten
Menge des Polyolefins zu ermöglichen.
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Metallocen-Katalysatoren
sind in der Industrie gut bekannt und bestehen typischerweise aus
einer Übergangsmetallkomponente
und einem Co-Katalysator. Die Übergangsmetallkomponente
hat mindestens einen Rest, gewählt
von substituiertem oder unsubstituiertem Cyclopentadienyl, substituiertem
oder unsubstituiertem Pentadienyl, substituiertem oder unsubstituiertem
Pyrrol, substituiertem oder unsubstituiertem Phosphol, substituiertem
oder unsubstituiertem Arsol, substituiertem oder unsubstituiertem
Boratabenzol und substituiertem oder unsubstituiertem Carboran.
Das Übergangsmetall
ist gewählt
aus den Gruppen 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 und 10 des Periodensystems der
Elemente. Beispielhaft für
solche Übergangsmetalle
sind Titan, Zirkonium, Hafnium, Vanadium, Chrom, Mangan, Eisen,
Kobalt, Nickel und dergleichen und Mischungen davon. In einer bevorzugten
Ausführungsform
ist das Übergangsmetall
gewählt
aus den Gruppen 4, 5 oder 6, wie zum Beispiel Titan, Zirkonium,
Hafnium, Vanadium und Chrom, und in einer noch weiter bevorzugten
Ausführungsform
ist das Übergangsmetall
Titan oder Zirkonium oder Mischungen davon.
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Die
Co-Katalysator-Komponente des Metallocen-Katalysators kann eine
beliebige Verbindung oder Mischungen davon sein, die die Übergangsmetall-Komponente
des Metallocen-Katalysators in der Olefinpolymerisation aktivieren
kann. Typischerweise ist der Co-Katalysator ein Alkylaluminoxan,
wie zum Beispiel Methylaluminoxan (MAO), und arylsubstituierte Borverbindungen,
wie zum Beispiel Tris(perfluonphenyl)boran und die Salze von Tetrakis(perfluorphenyl)borat.
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Es
gibt viele Literaturhinweise, die Metallocen-Katalysatoren sehr
ausführlich
beschreiben. Zum Beispiel sind Metallocen-Katalysatoren in den US-Patenten
Nr. 4 564 647; 4 752 597; 5 106 804; 5 132 380; 5 227 440; 5 296
565; 5 324 800; 5 331 071; 5 332 706; 5 350 723; 5 399 635; 5 466
766; 5 468 702; 5 474 962; 5 578 537 und 5 863 853 beschrieben.
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Bei
der Durchführung
des Polymerisationsverfahrens der vorliegenden Erfindung wird (werden)
der (die) Co-Katalyson(en), wenn verwendet, zum Polymerisationsmedium
in einer beliebigen Menge zugesetzt, die ausreicht, um die Herstellung
des gewünschten
Polyolefins zu bewirken. Es ist bevorzugt, den Co-Katalysatoren)
in einem molaren Verhältnis
von Co-Katalysatoren) zu Metallkomponente(n) des Olefin-Polymerisationskatalysatons
einzusetzen, das von 0,5 : 1 bis 10000 : 1 reicht. In einer stärker bevorzugten
Ausführungsform
reicht das molare Verhältnis
von Co-Katalysatoren) zu Metallkomponente(n) von 0,5 : 1 bis 1000
: 1.
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Das
Polymerisationsverfahren der vorliegenden Erfindung kann unter Verwendung
eines beliebigen geeigneten Verfahrens, zum Beispiel Lösung, Aufschlämmung und
Gasphase durchgeführt
werden. Ein besonders wünschenswertes
Verfahren zur Herstellung von Polyolefinpolymeren gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein Gasphasenpolymerisationsverfahren, vorzugsweise
unter Verwendung eines Wirbelbett-Reaktors. Dieser Typ von Reaktor
und Vorrichtungen zum Betreiben des Reaktors sind gut bekannt und
vollständig
in den US-Patenten Nr. 3 709 853; 4 003 712; 4 011 382; 4 012 573;
4 302 566; 4 543 399; 4 543 399; 4 882 400; 5 352 749; 5 541 270;
dem kanadischem Patent Nr. 991 798 und dem belgischem Patent Nr.
839 380 beschrieben. Diese Patente offenbaren Gasphasenpolymerisationsverfahren, wobei
das Polymerisationsmedium entweder mechanisch bewegt oder durch
den kontinuierlichen Fluss des gasförmigen Monomers und Verdünnungsmittels
fluidisiert wird. Die gesamten Inhalte dieser Patente sind hierin
durch Bezugnahme einbezogen.
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Im
allgemeinen kann das Polymerisationsverfahren der vorliegenden Erfindung
als ein kontinuierliches Gasphasenverfahren, wie ein Wirbelbettverfahren,
durchgeführt
werden. Ein Wirbelbettreaktor für
die Anwendung im Verfahren der vorliegenden Erfindung beinhaltet
typischerweise eine Reaktionszone und eine so genannte Geschwindigkeitsverringerungszone.
Die Reaktionszone beinhaltet ein Bett aus wachsenden Polymerteilchen,
gebildeten Polymerteilchen und einer geringfügigen Menge an Katalysatorpartikeln,
die durch den kontinuierlichen Fluss des gasförmigen Monomers und Verdünnungsmittels
zur Ableitung der Polymerisationswärme durch die Reaktionszone
fluidisiert werden. Wahlweise können
einige der rezirkulierten Gase abgekühlt und komprimiert werden,
um Flüssigkeiten
zu bilden, die die Wärmeableitungskapazität des zirkulierenden Gasstroms
vergrößern, wenn
er zur Reaktionszone wieder eingelassen wird. Eine geeignete Gasströmungsgeschwindigkeit
kann leicht durch ein einfaches Experiment bestimmt werden. Die
Ergänzung
von gasförmigem
Monomer zum zirkulierenden Gasstrom erfolgt mit einer Rate, die
gleich der Rate ist, mit der partikuläres Polymerprodukt und damit
zugehöriges
Monomer aus dem Reaktor entnommen wird, und die Zusammensetzung
des Gases, das durch den Reaktor strömt, wird geregelt, um einen
im Wesentlichen stationären
Zustand der gasförmigen
Zusammensetzung in der Reaktionszone aufrecht zu erhalten. Das Gas,
das die Reaktionszone verlässt,
wird zur Geschwindigkeitsreduktionszone geführt, wo mitgerissene Partikel
entfernt werden. Feinere mitgerissene Partikel und Staub können in
einem Zyklon und/oder feinem Filter entfernt werden. Das Gas wird
durch einen Wärmeaustauscher
geführt,
worin die Polymerisationswärme
abgeführt
wird, in einem Kompressor verdichtet und dann zur Reaktionszone
zurückgeführt.
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Ausführlicher,
die Reaktortemperatur des Wirbelbett-Verfahrens hierin reicht von
30°C bis
150°C. Im Allgemeinen
wird die Reaktortemperatur bei der höchsten Temperatur betrieben,
die praktikabel ist, wenn man die Sintertemperatur des Polymerprodukts
im Reaktor in Betracht zieht.
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Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung ist geeignet für die Herstellung
von Homopolymeren von Olefinen, insbesondere Ethylen, und/oder Copolymeren,
Terpolymeren und dergleichen von Olefinen, insbesondere Ethylen
und mindestens eines oder mehrerer anderer Olefin(e). Vorzugsweise
sind die Olefine alpha-Olefine. Die Olefine können zum Beispiel von 2 bis
16 Kohlenstoffatome enthalten. Besonders bevorzugt für die Herstellung
hierin durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung sind Polyethylene.
Solche Polyethylene sind vorzugsweise Homopolymere von Ethylen und
Interpolymere von Ethylen und mindestens einem alpha-Olefin, wobei
der Ethylengehalt mindestens 50 Gewichts-% der gesamten beteiligten
Monomere ist. Beispielhafte Olefine, die hierin verwendet werden
können,
sind Ethylen, Propylen, 1-Buten, 1-Penten, 1-Hexen, 1-Hepten, 1-Octen,
4-Methylpent-1-en, 1-Decen, 1- Dodecen, 1-Hexadecen und dergleichen. Ebenfalls
hierin verwendbar sind Polyene wie 1,3-Hexadien, 1,4-Hexadien, Cyclopentadien,
Dicyclopentadien, 4-Vinylcyclohex-1-en, 1,5-Cyclooctadien, 5-Vinyliden-2-norbornen
und 5-Vinyl-2-norbornen, und Olefine, die sich in situ im Polymerisationsmedium
bilden. Wenn sich Olefine in situ im Polymerisationsmedium bilden,
kann die Bildung von Polyolefinen stattfinden, die langkettige Verzweigungen
enthalten.
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Bei
der Durchführung
des Polymerisationsverfahrens der vorliegenden Erfindung wird der
Ether, der eingesetzt wird, um die elektrostatische Aufladung im
Polymerisationsmedium zu verringern, zum Polymerisationsmedium zugegeben.
Der Ether kann wahlweise mit dem Co-Katalysator, wenn verwendet,
vorgemischt werden. Der Ether wird in einer beliebigen Menge zugesetzt,
die ausreichend ist, um die elektrostatische Aufladung im Polymerisationsmedium
auf ein niedrigeres Niveau zu senken, als es in dem gleichen Polymerisationsverfahren
in Abwesenheit des Ethers auftreten würde. Es ist bevorzugt, den
Ether in einem molaren Verhältnis
der Verbindung zur Metallkomponente des Olefin-Polymerisationskatalysators
einzuführen,
das von etwa 0,001 1 bis etwa 100 : 1 reicht. In einer stärker bevorzugten
Ausführungsform
reicht das molare Verhältnis des
Ethers zur Metallkomponente von etwa 0,01 : 1 zu etwa 50 : 1.
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Bei
der Durchführung
des Polymerisationsverfahrens der vorliegenden Erfindung kann der
halogenierte Kohlenwasserstoff in einer beliebigen Menge zum Polymerisationsmedium
zugesetzt werden, die ausreichend ist, die Herstellung des gewünschten Polyolefins
zu bewirken. Es ist bevorzugt, den halogenierten Kohlenwasserstoff
in einem molaren Verhältnis
von halogeniertem Kohlenwasserstoff zur Metallkomponente des Olefin-Polymerisationskatalysators
einzuführen,
das von etwa 0,001 : 1 bis etwa 100 : 1 reicht. In einer stärker bevorzugten
Ausführungsform
reicht das molare Verhältnis
von halogeniertem Kohlenwasserstoff zur Metallkomponente von etwa
0,001 : 1 zu etwa 10 : 1.
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Das
Molekulargewicht des Polyolefins, hergestellt durch die vorliegende
Erfindung, kann in einer beliebigen bekannten Art und Weise, zum
Beispiel durch die Verwendung von Wasserstoff, beeinflusst werden. Die
Steuerung des Molekulargewichts von Polyethylen kann zum Beispiel
durch eine Zunahme im Schmelzindex (I2)
des Polymers gezeigt werden, wenn das molare Verhältnis von
Wasserstoff zu Ethylen im Polymerisationsmedium erhöht wird.
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Die
Molekulargewichtsverteilung (MWD) oder Polydispersität ist eine
gut bekannte Kenngröße von Polymeren.
Die MWD wird allgemein beschrieben als das Verhältnis des Gewichtsmittels des
Molekulargewichts (Mw) zum Zahlenmittel des Molekulargewichts (Mn).
Das Verhältnis
Mw/Mn kann direkt durch Gelpermeationschromatographie-Techniken
bestimmt werden. Die MWD eines Polymers wird mit einem Waters Gelpermeationschromatograph
der Serie 150C, ausgestattet mit Ultrastyrogel-Säulen und einem Brechungsindex-Detektor bestimmt.
In diesem Ablauf wurde die Betriebstemperatur des Instruments auf
140°C eingestellt.,
das eluierende Lösungsmittel
war o-Dichlorbenzol
und die Kalibrationsstandards schlossen 10 Polystyrole von genau bekanntem
Molekulargewicht, das von einem Molekulargewicht von 1000 bis zu
einem Molekulargewicht von 1,3 Millionen reichte, und einem Polyethylenstandard,
NBS 1475, ein.
-
Jedes
gebräuchliche
Additiv kann zu den Polyolefinen, die durch die vorliegende Erfindung
erhalten werden, zugesetzt werden. Beispiele der Additive schließen Nukleierungsmittel,
Wärmestabilisatoren,
Antioxidantien vom Phenol-Typ, Schwefel-Typ und Phosphor-Typ, Schmiermittel,
antistatische Mittel, Dispergiermittel, Kupfer-Schadensinhibitoren, Neutralisierungsmittel,
Schäummittel,
Weichmacher, Anti-Schäummittel, Flammschutzmittel,
Vernetzungsmittel, Fließverbesserer
wie Peroxide, Ultraviolettlicht-Absorber, Licht-Stabilisatoren,
Witterungs-Stabilisatoren, Schweißnahtfestigkeits-Verbesserer,
Gleitmittel, Antiblockingmittel, Antibeschlagmittel, Farbstoffe,
Pigmente, natürliche Öle, synthetische Öle, Wachse,
Füllstoffe
und Gummiinhaltsstoffe ein.
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Die
Polyolefine, insbesondere die Polyethylene, der vorliegenden Erfindung
können
durch eine beliebige im Fachbereich bekannten Technik zu Folien
geformt werden. Zum Beispiel können
Folien durch die gut bekannten Gießfolien-, Blasfolien- und Extrusionsbeschichtungs-Techniken
hergestellt werden.
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Weiterhin
können
die Polyolefine, insbesondere die Polyethylene, zu anderen Erzeugnissen,
wie Formartikeln, durch eine beliebige der gut bekannten Techniken
geformt werden.
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Die
Erfindung wird unter Bezug auf die folgenden Beispiele einfacher
verstanden werden. Es gibt natürlich
viele andere Formen dieser Erfindung, die dem Fachmann ersichtlich
werden, sobald die Veröffentlichung
vollständig
offenbart worden ist, und es wird entsprechend verstanden werden,
dass diese Beispiele nur für
den Zweck der Veranschaulichung gegeben werden und sind nicht dahin
auszulegen, dass sie den Geltungsbereich dieser Erfindung in irgendeiner
Weise einschränken.
Alle US-Patente, auf die hierin verwiesen wird, sind in ihrer Gesamtheit
durch Bezugnahme einbezogen.
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Beispiele
-
In
den folgenden Beispielen wurden die unten aufgelisteten Testvorgehensweisen
für die
Auswertung der analytischen Eigenschaften der Polyolefine hierin
angewendet.
- a) Die Dichte wurde gemäß ASTM D-4883
von einer Platte bestimmt, hergestellt gemäß ASTM D1928;
- b) Der Schmelzindex (MI), I2, wurde
gemäß ASTM D-1238,
Bedingung E, bestimmt gemessen bei 190 °C und angegeben als Dezigramm
pro Minute;
- c) Restgehalt an Titan im Produkt. Der Titanrestgehalt im Produkt
wurde mit Röntgen-Fluoreszenz-Spektroskopie
(XRF) gemessen, unter Verwendung eines sequentiellen Philips Röntgen-Spektrometers
Modell PW 1480. Die Proben des zu evaluierenden Polymers wurden
zu einer kreisförmigen
Platte formgepresst, ungefähr
43 mm im Durchmesser, um in den Probenhalter am Spektrometer zu
passen, und 3 bis 5 mm an Dicke und mit einer glatten, ebenen Oberfläche. Die
geformten Testmuster wurden dann in die XRF-Einheit gesetzt und
die Röntgen-Fluoreszenz wurde
gemessen, die vom Titan in der Testprobe entsteht. Der Restgehalt
an Titan wurde dann bestimmt auf der Grundlage einer Kalibrationskurve,
die durch Messungen von Polyethylen-Kalibrations-Probekörpern, enthaltend
eine bekannte Menge an Titan, erhalten wurde. Der Titanrestgehalt
wird als Teile pro Million (ppm) bezogen auf die Polymermatrix angegeben.
-
In den Beispielen
eingesetzte Olefin-Polymerisationskatalysatoren
-
Der
Ziegler-Natta-Katalysator, der in den Beispielen 1, 2 und 3 verwendet
wurde, wurde gemäß Beispiel
1-a der Europäischen
Patentanmeldung
EP
0 703 246 A1 hergestellt. Der Katalysator wurde in der
Präpolymerform
verwendet und wurde hergestellt gemäß Beispiel 1-b der Europäischen Patentanmeldung
EP 0 703 246 A1 .
Ein Präpolymer,
das 34 Gramm Polyethylen pro Millimol Titan enthielt, wurde so erhalten.
Dieser Katalysator wird hierin als Katalysator I bezeichnet.
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Der
Ziegler-Natta-Katalysator, der in den Beispielen 4 und 5 eingesetzt
wurde, wurde von der Toho Titanium Company, Limited, unter dem Produktnamen
THC-C bezogen. Der Katalysator war ein Katalysator auf Titanbasis,
gestützt
auf Magnesiumchlorid. Dieser Katalysator wird hierin als Katalysator
II bezeichnet.
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Der
Ziegler-Natta-Katalysator, der in Beispiel 6 verwendet wurde, wurde
von Grace Davison, Baltimore, Maryland unter dem Produktnamen XPO-5021
bezogen. Der Katalysator war ein Katalysator auf Titanbasis, gestützt auf
Silica. Der Katalysator wird hierin als Katalysator III bezeichnet.
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Polymerisationsverfahren
-
Das
Polymerisationsverfahren, das in den Beispielen 1–6 hierin
angewendet wurde, wurde durchgeführt
in einem Wirbelbett-Reaktor für
die Gasphasenpolymerisation, bestehend aus einem vertikalen Zylinder von
einem Durchmesser von 0,74 Metern und einer Höhe von 7 Metern und überragt
durch eine Geschwindigkeitsreduktionskammer. Der Reaktor ist in
seinem unteren Teil mit einem Fluidisierungsgitter und mit einer
externen Leitung für
die Gasrückgewinnung
ausgestattet, die den obersten Teil der Geschwindigkeitsreduktionskammer
mit dem unteren Teil des Reaktors an einem Punkt unterhalb des Fluidisierungsgitters
verbindet. Die Recyclingleitung ist mit einem Kompressor für zirkulierendes
Gas und einer Wärmeübertragungsvorrichtung, wie
einem Wärmeaustauscher,
ausgestattet. Insbesondere die Leitungen für die Zufuhr von Ethylen, einem Olefin
wie 1-Buten, 1-Penten und 1-Hexen, Wasserstoff und Stickstoff, welches
die Hauptbestandteile des gasförmigen
Reaktionsgemischs ausmachen, das durch das Wirbelbett geführt wird,
leiten in die Recyclingleitung ein. Oberhalb des Fluidisierungsgitters
enthält
der Reaktor ein Wirbelbett, das aus einem Polyethylenpulver besteht,
das aus Teilchen mit einem gewichtsmittleren Durchmesser von 0,5
mm bis 1,4 mm gebildet wird. Das gasförmige Reaktionsgemisch, das
Ethylen, Olefin-Comonomer, Wasserstoff, Stickstoff und geringere
Mengen an anderen Komponenten enthält, tritt unter einem Druck,
der von 280 psig (1,93 MPa) bis 300 psig (2,07 MPa) reicht, mit
einer ansteigenden Fluidisierungsschnelligkeit, hierin als Fluidisierungsgeschwindigkeit
bezeichnet, die von 1,6 ft/s (49 cm/s) bis 2,0 ft/s (61 cm/s) reicht,
durch das Wirbelbett hindurch.
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In
den Beispielen 1–3
wurde der Ziegler-Natta-Katalysator, Katalysator I, wie oben beschrieben
in einer Präpolymerform,
intermittierend in den Reaktor eingebracht. Der Katalysator enthielt
Magnesium, Chlor und Titan. Die Präpolymerform enthielt 34 g Polyethylen
pro Millimol Titan und eine Menge an Tri-n-octylaluminium (TnOA),
so dass das molare Verhältnis,
Al/Ti, im Bereich von 0,9 : 1 bis 1,0 : 1 lag. In den Beispielen 4
und 5 wurde der Ziegler-Natta-Katalysator, Katalysator II, bezogen
von der Toho Titanium Company, Limited, direkt in den Reaktor eingeführt, ohne
zu einem Präpolymer
geformt worden zu sein. In Beispiel 6 wurde der Ziegler-Nata-Katalysator, Katalysator
III, vertrieben von Grace Davison, direkt in den Reaktor eingeführt, ohne zu
einem Präpolymer
geformt worden zu sein. Die Rate der Einführung des Präpolymers
oder Katalysators in den Reaktor wurde für jeden festgelegten Satz von
Bedingungen für
das Erreichen der gewünschten
Produktionsrate angepasst. Während
der Polymerisation wurde der Co-Katalysator kontinuierlich in die
Leitung für das
Recycling des gasförmigen
Reaktionsgemischs an einem Punkt, der zu den Wärmeübertragungsvorrichtungen nachgeschaltet
gelegen ist, eingeführt.
Die Einspeisungsgeschwindigkeit des Co-Katalyastors wird ausgedrückt als
ein molares Verhältnis
von Trialkylaluminium zu Titan (Al/Ti), und ist definiert als das
Verhältnis von
der Co-Katalysator-Zuführrate
(in Mole von Trialkylaluminium pro Stunde) zu der Katalysator- oder
Präpolymer-Zuführrate (in
Mol von Titan pro Stunde). Wahlweise wurde eine Lösung von
Chloroform (CHCl3) in n-Hexan, in einer
Konzentration von 0,5 Gewichtsprozent, kontinuierlich in die Leitung
für das
Recycling des gasförmigen
Reaktionsgemischs eingeführt.
Die Zuführrate
des halogenierten Kohlenwasserstoffs wird ausgedrückt als
ein molares Verhältnis
von CHCl3 zu Titan (CHCl3/Ti),
und ist definiert als das Verhältnis
der Zuführrate
von CHCl3 (in Mol von CHCl3 pro
Stunde) zu der Katalysator- oder
Präpolymer-Zuführrate (in
Mol von Titan pro Stunde).
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Tetrahydrofuran
(THF), wenn in den folgenden Beispielen eingesetzt, war der verwendete
Ether zur Verringerung der elektrostatische Aufladung im Polymerisationsmedium.
Eine Lösung
von THF in n-Hexan, in einer Konzentration von 1 Gewichtsprozent,
kann kontinuierlich in die Leitung für das Recycling des gasförmigen Reaktionsgemischs
eingeführt
werden. Die Zuführrate
von THF wird ausgedrückt
als ein molares Verhältnis
von THF zu Titan (THF/Ti), und ist definiert als das Verhältnis der
Zuführrate
von THF (in Mol von THF pro Stunde) zu der Katalysator- oder Präpolymer-Zuführrate (in
Mol von Titan pro Stunde).
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Die
elektrostatische Aufladung des Wirbelbetts wurde durch einen Correflow
Modell 3400 elektrostatischen Monitor (ESM) gemessen, der von Auburn
International, Inc. aus Danvers, Massachusetts, geliefert wurde.
Die elektrostatische Sonde wurde in dem vertikalen zylindrischen
Teil des Reaktors in einer Höhe
installiert, dass sie innerhalb des Wirbelbetts der Polymerteilchen
lag. Die elektrostatische Sonde misst den Stromfluss zwischen dem
Polymerisationsmedium und der Erde. Eine Verringerung in der elektrostatischen Ladung
wird definiert als eine Abnahme im absoluten Wert des gemessenen
Stroms und/oder eine Abnahme in der Variabilität des gemessenen Stroms.
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BEISPIEL 1 (VERGLEICHEND)
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Herstellung eines Ethylen/1-Hexen-Interpolymers
mit Katalysator I ohne die Zugabe eines Ethers zur Verringerung
der elektrostatischen Aufladung
-
Die
Verfahrensbedingungen und Harzeigenschaften sind in Tabelle 1 gegeben.
Das molare Verhältnis von
CHCl3 zu Titan war 0,03. Das Verfahren wurde
ohne die Zugabe eines Ethers zur Verringerung der elektrostatischen
Aufladung durchgeführt.
1-Hexen wurde als Comonomer eingesetzt. Unter diesen Bedingungen wurde
ein Polyethylen, das frei von Agglomerat war, mit einer Rate von
210 lb/h (Pfund pro Stunde) (95,3 kg/h) aus dem Reaktor entnommen.
Das Ethylen/1-Hexen-Interpolymer hatte eine Dichte von 0,918 g/cc
(g/cm3), einen Schmelzindex MI2,16,
I2, von 0,9 dg/min und einen Resttitananteil
von 10,5 ppm.
-
Der
Grad der elektrostatischen Aufladung im Wirbelbett wurde wie oben
beschrieben gemessen.
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BEISPIEL 2
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Herstellung eines Ethylen/1-Hexen-Interpolymers
mit Katalysator I mit Zugabe eines Ethers zur Verringerung der elektrostatischen
Aufladung
-
Die
Verfahrensbedingungen und Harzeigenschaften sind in Tabelle 1 gegeben.
Das molare Verhältnis von
Trimethylaluminium (TMA) zu Titan war 6 : 1. Das molare Verhältnis von
CHCl3 zu Titan war 0,04 : 1. Das Verfahren
wurde mit der Zugabe von THF als den Ether zur Verringerung der
elektrostatischen Aufladung durchgeführt. Das molare Verhältnis von
THF zu Titan war 3 : 1. 1-Hexen wurde als Comonomer eingesetzt. Unter
diesen Bedingungen wurde ein Polyethylen, frei von Agglomerat, mit
einer Rate von 221 lb/h (100 kg/h) aus dem Reaktor entnommen. Das
Ethylen/1-Hexen-Interpolymer
hatte eine Dichte von 0,917 g/cc (g/cm3),
einen Schmelzindex MI2,16, I2,
von 0,9 dg/min und einen Resttitananteil von 5,2 ppm.
-
Der
Grad der elektrostatischen Aufladung im Wirbelbett wurde wie oben
beschrieben gemessen. Es wurde gefunden, dass die Zugabe von THF
den Grad der elektrostatischen Aufladung im Wirbelbett verringert, verglichen
mit dem Grad, der in Beispiel 1 gemessen wurde.
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BEISHPIEL 3
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Herstellung eines Ethylen/1-Hexen-Interpolymers
mit Katalysator I mit Zugabe eines Ethers zur Verringerung der elektrostatischen
Aufladung
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Die
Verfahrensbedingungen und Harzeigenschaften sind in Tabelle 1 gegeben.
Das molare Verhältnis von
Trimethylaluminium (TMA) zu Titan war 6 : 1. Das molare Verhältnis von
CHCl3 zu Titan war 0,05 : 1. Das Verfahren
wurde mit der Zugabe von THF als den Ether zur Verringerung der
elektrostatischen Aufladung durchgeführt. Das molare Verhältnis von
THF zu Titan war 7 : 1. 1-Hexen wurde als Comonomer eingesetzt. Unter
diesen Bedingungen wurde ein Polyethylen, frei von Agglomerat, mit
einer Rate von 205 lb/h (93 kg/h) aus dem Reaktor entnommen. Das
Ethylen/1-Hexen-Interpolymer
hatte eine Dichte von 0,918 g/cc (g/cm3),
einen Schmelzindex MI2,16, I2,
von 1,0 dg/min und einen Resttitananteil von 14,1 ppm.
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Der
Grad der elektrostatischen Aufladung im Wirbelbett wurde wie oben
beschrieben gemessen. Es wurde gefunden, dass die Zugabe einer größeren Menge
von THF, als in Beispiel 2 vorlag, den Grad der elektrostatischen
Aufladung verringerte, verglichen mit dem Grad, der in Beispiel
2 gemessen wurde.
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BEISPIEL 4 (VERGLEICHEND)
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Herstellung eines Ethylen/1-Hexen-Interpolymers
mit Katalysator II ohne die Zugabe einer Verbindung zur Verringerung
der elektrostatischen Aufladung
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Die
Verfahrensbedingungen und Harzeigenschaften sind in Tabelle 1 gegeben.
Das molare Verhältnis von
Trimethylaluminium (TMA) zu Titan betrug 30 : 1. Das Verfahren wurde
ohne die Zugabe eines Ethers zur Verringerung der elektrostatischen
Aufladung durchgeführt.
1-Hexen wurde als Comonomer eingesetzt. Unter diesen Bedingungen wurde
ein Polyethylen, frei von Agglomerat, mit einer Rate von 229 lb/h
(104 kg/h) aus dem Reaktor entnommen. Das Ethylen/1-Hexen-Interpolymer
hatte eine Dichte von 0,918 g/cc (g/cm3),
einen Schmelzindex MI2,16, I2,
von 0,9 dg/min und einen Resttitananteil von 0,8 ppm.
-
Der
Grad der elektrostatischen Aufladung im Wirbelbett wurde wie oben
beschrieben gemessen.
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BEISPIEL 5
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Herstellung eines Ethylen/1-Hexen-Interpolymers
mit Katalysator II mit Zugabe eines Ethers zur Verringerung der
elektrostatischen Aufladung
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Die
Verfahrensbedingungen und Harzeigenschaften sind in Tabelle 1 gegeben.
Das molare Verhältnis von
Trimethylaluminium (TMA) zu Titan betrug 19 : 1. Das molare Verhältnis von
CHCl3 zu Titan betrug 0,06 : 1. Das Verfahren
wurde mit der Zugabe von THF als den Ether zur Verringerung der
elektrostatischen Aufladung durchgeführt. Das molare Verhältnis von
THF zu Titan betrug 2,5 : 1. 1-Hexen wurde als Comonomer eingesetzt.
Unter diesen Bedingungen wurde ein Polyethylen, frei von Agglomerat,
mit einer Rate von 201 lb/h (91,2 kg/h) aus dem Reaktor entnommen.
Das Polyethylen hatte eine Dichte von 0,918 g/cc (g/cm3),
einen Schmelzindex MI2,16, I2,
von 0,8 dg/min und einen Resttitananteil von 1,1 ppm.
-
Der
Grad der elektrostatischen Aufladung im Wirbelbett wurde wie oben
beschrieben gemessen. Es wurde gefunden, dass die Zugabe von THF
den Grad der elektrostatischen Aufladung im Wirbelbett verglichen mit
dem Grad, der in Beispiel 4 gemessen wurde, verringert.
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Tabelle
1: Reaktorbedingungen und Harzeigenschaften für die Beispiele 1 bis 5
-
BEISPIEL 6
-
Herstellung eines Ethylen/1-Hexen-Interpolymers
mit Katalysator III mit und ohne die Zugabe eines Ethers zur Verringerung
der elektrostatischen Aufladung
-
In
diesem Beispiel wurde ein Vergleich mit und ohne der Zugabe von
Tetrahydrofuran (THF) durchgeführt,
um den Effekt auf die elektrostatische Aufladung im Polymerisationsmedium
für ein
Verfahren zur Polymerisierung von Olefinen darzustellen. Die Olefine
waren Ethylen und 1-Hexen. Das molare Verhältnis von Triethylaluminium
(TEAL) zu Titan betrug 31 : 1. Bei der Durchführung des Beispiels waren die
Polymerisationsbedingungen wie folgt:
-
Mit
der Zugabe von THF zu Titan in einem molaren Verhältnis von
10 : 1 betrug die Herstellungsrate 184 lb/h (83,5 kg/h), und die
Raum-Zeit-Ausbeute betrug 58 kg/(h-m3).
Das Polyethylen hatte eine Dichte von 0,918 g/cc (g/cm3),
einen Schmelzindex MI2,16, I2,
von 3,4 dg/min und einen Resttitananteil von 0,6 Teilen pro Million.
Der Grad der elektrostatischen Aufladung im Wirbelbett wurde wie
oben beschrieben gemessen.
-
Zum
Zweck, den aus der Zugabe von THF als den Ether zur Verringerung
der elektrostatischen Aufladung im Polymerisationsmedium folgenden
Effekt festzustellen, wurde die Zugabe von THF zum Polymerisationsmedium
gestoppt. Ohne die Zugabe von THF zum Polymerisationsmedium wurde
der Grad der elektrostatischen Aufladung im Wirbelbett wie oben
beschrieben gemessen. Von den Messungen wurde beobachtet, dass der
Grad der elektrostatischen Aufladung als eine Folge der Gegenwart
von THF im Polymerisationsmedium verringert wurde.
-
BEISPIELE 7–11
-
Herstellung von Ethylen/1-Hexen-Interpolymeren
mit Katalysator III mit Zugabe eines Ethers zur Verringerung der
elektrostatischen Aufladung
-
Es
wird dem Verfahren von Beispiel 6 gefolgt, mit der Ausnahme, dass
der eingesetzte Ether zur Verringerung der elektrostatischen Aufladung
wie folgt ist:
Beispiel
7 | Diethylether |
Beispiel
8 | Dibutylether |
Beispiel
9 | Diisopropylether |
Beispiel
10 | tert-Butylmethylether |
Beispiel
11 | Dimethoxyethan |
-
In
jedem der obigen Beispiele 7–11
wird erwartet, dass der Grad der elektrostatischen Aufladung im Polymerisationsmedium
als eine Folge des Einbringens des jeweiligen Ethers in das Polymerisationsmedium verringert
ist.
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BEISPIELE 12
-
Herstellung
von HDPE mit Katalysator III mit Zugabe eines Ethers zur Verringerung
der elektrostatischen Aufladung
-
Es
wird dem Verfahren von Beispiel 6 gefolgt, mit der Ausnahme, dass
ein Homopolymer von Ethylen hergestellt wird. Es wird erwartet,
dass der Grad der elektrostatischen Aufladung im Polymerisationsmedium als
eine Folge des Einbringens des THF in das Polymerisationsmedium
verringert ist.
-
BEISPIELE 13–17
-
Herstellung von Ethylen/Olefin-Interpolymeren
mit Katalysator III mit Zugabe eines Ethers zur Verringerung der elektrostatischen
Aufladung
-
Es
wird dem Verfahren von Beispiel 6 gefolgt, mit der Ausnahme, dass
an der Stelle von 1-Hexen hier die folgenden Comonomere eingesetzt
werden.
Beispiel
13 | Propylen |
Beispiel
14 | 1-Buten |
Beispiel
15 | 1-Penten |
Beispiel
16 | 4-Methylpent-1-en |
Beispiel
17 | 1-Octen |
-
In
jedem der obigen Beispiele 13–17
wird erwartet, dass der Grad der elektrostatischen Aufladung im Polymerisationsmedium
als eine Folge des Einbringens von THF in das Polymerisationsmedium
verringert ist.
-
BEISPIELE 18–20
-
Herstellung von Ethylen/1-Hexen-Interpolymeren
mit einem Metallocen-Katalysator mit Zugabe eines Ethers zur Verringerung
der elektrostatischen Aufladung
-
Es
wird dem Verfahren von Beispiel 6 gefolgt, mit der Ausnahme, dass
an Stelle von Katalysator III da ein Metallocen-Katalysator, geträgert auf
Silica, wie folgt eingesetzt
Beispiel
18 | Bis(1-butyl-3-methylcyclopentadienyl)zirkoniumdichlorid
und Methylaluminoxan, |
Beispiel
19 | Bis(1-butyl-3-methylcyclopentadienyl)dimethylzirkonocen
und Tris(perfluorphenyl)boran, |
Beispiel
20 | (tert-Butylamido)dimethyl(tetramethyl-η5-cyclopentadienyl)silantitaniumdimethyl
und Triphenylmethylium-tetrakis(perfluorphenyl)borat. |
-
In
jedem der obigen Beispiele 18–20
wird erwartet, dass der Grad der elektrostatischen Aufladung im Polymerisationsmedium
als eine Folge des Einbringens von THF als den Ether zur Verringerung
der elektrostatischen Aufladung verringert ist.
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Folien
wurden aus den Polyolefinen der vorliegenden Erfindung hergestellt.
-
Gegenstände, wie
Formartikel, wurden ebenfalls von den Polyolefinen der vorliegenden
Erfindung hergestellt.
-
Es
sollte klar verstanden werden, dass die beschriebenen Ausgestaltungen
der Erfindung hierin nur erläuternd
sind und nicht gedacht sind, den Umfang der Erfindung einzuschränken. Die
vorliegende Erfindung schließt
alle Modifikationen, die in den Umfang der folgenden Ansprüche fallen,
mit ein.