DE1097679B - Verfahren zur Herstellung von AEthylenpolymerisaten - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von AEthylenpolymerisaten

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DE1097679B
DE1097679B DEB50057A DEB0050057A DE1097679B DE 1097679 B DE1097679 B DE 1097679B DE B50057 A DEB50057 A DE B50057A DE B0050057 A DEB0050057 A DE B0050057A DE 1097679 B DE1097679 B DE 1097679B
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ethylene
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polyethylene
nitrogen oxide
polymerization
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Dr Hans Eilbracht
Dr Klaus Kinkel
Dr Friedrich Urban
Dr Hans-Georg Trieschmann
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BASF SE
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BASF SE
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F10/00Homopolymers and copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
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  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)

Description

  • Verfahren zur Herstellung von Athylenpolymensaten Es ist bekannt, Äthylen bei Drücken oberhalb 500 Atmosphären und bei Temperaturen zwischen 100 und 400"C in Gegenwart geringer Mengen Sauerstoff zu polymerisieren. Je nach der angewendeten Temperatur, dem Druck und dem Gehalt an Sauerstoff erhält man dabei halbfeste bis feste Polymerisate des Äthylens. UmÄthylen in technischem Maße wirtschaftlich zu polymerisieren, ist es wünschenswert, mit einem Umsatz von wenigstens 100/o zu arbeiten. Man kann dies durch Polymerisieren von Äthylen in Gegenwart von geringen Mengen Sauerstoff bei einer Temperatur oberhalb 1500C und bei einem Druck von mehr als 1400 Atmosphären erreichen. Man erhält dabei Polyäthylene, die verzweigt sind und etwa 30 bis 35 CH3-Gruppen pro 1000 C-Atome enthalten.
  • Außerdem enthalten sie noch 0,5 oder mehr Doppelbindungen pro 1000 C-Atome und sind daher etwas oxydationsempfindlich.
  • Polyäthylen mit erhöhter Dichte und Steifigkeit kann man herstellen, wenn man Äthylen bei Drücken oberhalb 500 Atmosphären in Gegenwart von Estern der untersalpetrigen Säure polymerisiert.
  • Es ist auch bekannt, Äthylen unter hohen Drücken bei Temperaturen zwischen 100 und 200"C mit Radikale bildenden Katalysatoren, z. B. mit organischen Peroxyden oder Azoverbindungen, zu polymerisieren. Die so hergestellten Äthylenpolymerisate sind linearer als die mit Sauerstoff hergestellten. Sie enthalten etwa 10 bis 12 CH3-Gruppen pro 1000 C-Atome und noch etwa 0,1 bis 0,2 Doppelbindungen pro 1000 C-Atome. Diese Polyäthylene haben eine etwas höhere Dichte, die zwischen 0,93 und 0,94 liegt, gegenüber einer Dichte unterhalb 0,92 der mit Sauerstoff als Katalysator hergestellten Polyäthylene. Die aus diesen Produkten hergestellten Blasfolien sind wegen der erhöhten Kristallinität nicht mehr so flexibel und transparent wie die Folien, die aus mit Sauerstoff polymerisiertem Polyäthylen hergestellt werden.
  • Schließlich ist es auch bekannt, daß Äthylen in Gegenwart von Stickoxydul unter Normaldruck bei Temperaturen oberhalb 530"C langsam zu teerähnlichen Produkten polymerisiert, wobei bei diesen Temperaturen jedoch gleichzeitig wieder eine Depolymerisation eintritt.
  • Es wurde nun gefunden, daß man Äthylen in Gegenwart von Stickoxydul als Katalysator zu hochmolekularen Produkten mit guten Verarbeitungseigenschaften polymerisieren kann, wenn man es bei Temperaturen zwischen 100 und 300"C und bei Drücken oberhalb 300Atmosphären, vorzugsweise oberhalb 1000 Atmosphären, polymerisiert.
  • Bei Drücken zwischen 300 und 1000 Atmosphären erhält man dabei vorwiegend flüssige Polymerisate, während man bei Drücken oberhalb 1000 Atmosphären feste Polymerisate erhält.
  • Es ist unter Umständen vorteilhaft, die Polymerisation in Gegenwart von indifferenten, organischen Lösungsmitteln, in denen sich Stickoxydul, Äthylen und das entstehende Polyäthylen unter den Reaktionsbedingungen lösen, vorzunehmen. Das Lösungsmittel kann in Mengen von etwa 5 bis 50 Gewichtsprozent, bezogen auf die Menge des zu polymerisierenden Äthylens, verwendet werden.
  • Durch das Lösungsmittel wird der Reaktionsverlauf geregelt, da die Polymerisationswärme gleichmäßig abgeführt werden kann. Außerdem wird der Reaktionsstart erleichtert. Geeignete indifferente organische Lösungsmittel, in denen sich Stickoxydul, Äthylen und Polyäthylen lösen, sind beispielsweise aliphatische oder cycloaliphatische Kohlenwasserstoffe, wie Pentan, Hexan, Cyclohexan oder Methylcyclohexan. Auch aromatische Kohlenwasserstoffe, beispielsweise Benzol, Toluol, oder halogenierte Kohlenwasserstoffe, wie Tetrachlorkohlenstoff, Chloroform, Äthylenchlorid oder Chlorbenzol, können als Lösungsmittel verwendet werden.
  • Die Polymerisationstemperatur liegt zwischen 100 und 300"C, vorzugsweise zwischen 120 und 150"C.
  • Die Menge des Stickoxyduls soll etwa 0,1 bis 1 Volumprozent, bezogen auf die Menge des zu polymerisierenden Äthylens, betragen.
  • Durch die Zugabe von geringen Mengen Wasserstoff, die etwa 0,1 bis 10 0ion bezogen auf das Volumen des verwendeten Äthylens, betragen können, kann die Polymensationstemperatur um-etwa-10°C erniedrigt werden.
  • Durch die Änderung der Wasserstoffmenge ist es auch möglich, den Polymerisationsgrad zu variieren. Eine höhere Wasserstoffkonzentration in dem Polymerisationsgemisch erniedrigt das Molekulargewicht des entstehenden Polyäthylens.
  • Die Reaktionstemperatur kann weiterhin erniedrigt werden, wenn man den Zerfall des Stickoxyduls mit Metalloxyden beschleunigt. Geeignete Metalloxyde, die in Mengen von 0,01 bis etwa 101,, bezogen auf Äthylen, während der Polymerisation in dem Polymerisationsgemisch vorhanden sein kDnnen, sind beispielsweise Nickel- oder Lithiumoxyd oder auch Gemische davon.
  • Diese als Aktivatoren wirkenden Metalloxyde können auch auf einem festen Trägermaterial aufgebracht sein.
  • Als Trägermaterial kommen beispielsweise Aluminiumoxyd, Kieselgel oder Diatomeenerde, Titandioxyd oder auch Aktivkohle, also Verbindungen, die für sich allein schon eine gewisse Aktivierung des Stickoxydulzerfalls bewirken, in Frage. Um eine längere Lebensdauer der Aktivatoren zu erreichen, ist es zweckmäßig, wenn man indifferente organische Lösungsmittel bei der Polymerisation mitverwendet, weil dadurch eine Blockierung der Oberfläche der Aktivatoren durch das gebildete Polymerisat vermieden wird.
  • Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann man besonders vorteilhaft bei hohen Drücken, oberhalb etwa 1500 Atmosphären, arbeiten. Verwendet man bei diesen Drücken wie bei den bekannten Verfahren Sauerstoff als Katalysator, so besteht dabei die Gefahr einer Zersetzung, da mit steigenden Drücken immer kleinere Sauerstoffmengen zur Anregung der Polymerisation gebraucht werden. Durch die Verwendung von Stickoxydul ist es möglich, Äthylen bei Drücken, die weit oberhalb 1500 bis etwa 4000 Atmosphären liegen können, mit technisch befriedigenden Umsätzen von über 100in zu polymerisieren, ohne daß die Polymerisation durch Zersetzungen oder Explosionen auf Grund von Wärmestauungen erschwert wird. Durch die entsprechende Wahl der schon genannten Aktivatoren oder durch geeignete Lösungsmittel kann man den Zerfall des Stickoxyduls so lenken, daß die für die Herstellung eines Polymerisats mit einem bestimmten gewünschten Molekulargewicht benötigte Menge an atomarem Sauerstoff jeweils vorhanden ist.
  • Die Polymerisation nach dem vorliegenden Verfahren kann diskontinuierlich oder auch kontinuierlich vorgenommen werden. Man arbeitet in Hochdruckautoklaven, die, falls in Gegenwart von Lösungsmitteln polymerisiert wird, mit einem geeigneten Rührwerk versehen sein sollten. Die für die Aktivierung des Stickoxyduls mitverwendeten Aktivatoren können in dem Autoklav fest angeordnet sein, oder sie können, im Lösungsmittel suspendiert, in den Autoklav eingebracht werden. Das Äthylen wird dann, nachdem es mit der gewünschten Menge Stickoxydul vermischt wurde, in den Autoklav eingepreßt, und der Autoklav wird dann auf die Reaktionstemperatur geheizt.
  • Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Polyäthylen zeichnet sich durch einen geringen Verzweigungsgrad aus. Es enthält nur etwa 9 bis 11 Methylgruppen pro 1000 C-Atome. Da es praktisch keine Doppelbindungen enthält, ist es bedeutend oxydations-und alterungsunempfindlicher als die üblichen Hochdruckpolyäthylene. Die Dichte beträgt etwa 0,925 bis 0,94. Kennzeichnend ist auch die gegenüber einem mit Sauerstoff hergestellten Polyäthylen - engere Molekulargewichtsverteilung.
  • Die in den Beispielen genannten Teile sind Gewichtsteile und die Prozente Gewichtsprozente. Die Schmelz- indizes wurden nach der ASTM-Methode, Test Nr. D-1238-52 T, in Gramm je 10 Minuten berechnet.
  • Beispiel 1 In einen Hochdruckautoklav mit Mantelheizung wird ein Gemisch von 120 Teilen Äthylen und 1 Teil Stickoxydul eingepreßt. Nach Aufheizen auf 140 bis 1500C steigt der Druck auf 3200 Atmosphären, und die Polymerisation beginnt. Nach einer Stunde fällt der Druck ab. Es werden 11 Teile Polyäthylen (Umsatz 9,2 01o) mit dem Schmelzindex 0, 1, einer Zugfestigkeit von 150 kg/cm2, einer Dehnung von 5600/ob dem Schmelzpunkt 1200 C und der Dichte D ,o 0,928 erhalten.
  • Beispiel 2 In einem Rührautoklav mit Ölumlaufheizung werden 20 Teile Cyclohexan vorgelegt. Nach Aufpressen eines Gasgemisches von 120 Teilen Äthylen und 1 Teil Stickpxydul wird der Inhalt unter Rühren auf über 1300C aufgeheizt. Die Polymerisation bei 138"C und 3000 Atmosphären liefert nach etwa einer Stunde 12 Teile (Umsatz 10 O/,) Polyäthylen, das nach Abdampfen des Lösungsmittels den Schmelzindex 0,92, die Zugfestigkeit 171 kg/cm2, die Dehnung 480°/o, den Schmelzpunkt 118°C und die Dichte D 240 = 0,938 hat.
  • Beispiel 3 Wie im Beispiel 1 beschrieben wird ein Hochdruckautoklav mit einem Gasgemisch von 110 Teilen Äthylen, 1 Teil Stickoxydul und 1 Teil Wasserstoff beschickt.
  • Nach Aufheizen auf 138"C beginnt bei 1800 Atmosphären die Polymerisation, deren Verlauf am Druckabfall verfolgt werden kann. Die Reaktion ist praktisch nach einer halben Stunde beendet und liefert 11 Teile (Umsatz 10010) Polyäthylen mit dem Schmelzindex 0,14, der Zugfestigkeit 148 kg/cm2, der Dehnung 660 0/,, dem Schmelzpunkt 124"C und der Dichte D20 0,930.
  • Beispiel 4 Wie im Beispiel 3 beschrieben wird in das Hochdruckgefäß ein Gasgemisch von 110 Teilen Äthylen, 1 Teil Stickoxydul und 2 Teilen Wasserstoff eingepreßt. Nach Erreichen der Reaktionsbedingungen von 1800 Atmosphären bei 1390 C beginnt die Polymerisation. Es werden nach einer halben Stunde 9 Teile (Umsatz 8,2 01o) Polyäthylen mit dem gegenüber Beispiel 3 wesentlich höheren Schmelzindex 6,5 erhalten.
  • Beispiel 5 In einem evakuierten Hochdruckautoklav wird eine Suspension von 2 Teilen trockenem Nickeloxyd in 25 Teilen wasserfreiem Benzol untergebracht. Darauf wird ein Gasgemisch, bestehend aus 120 Teilen Äthylen und 1 Teil Stickoxydul, aufgepreßt. Der Autoklav wird auf 120"C geheizt. Bei 2000 Atmosphären beginnt die Reaktion, der Druck fällt innerhalb einer Stunde auf etwa 1000 Atmosphären, und die Temperatur steigt (auf 130 bis 1400 C) án. Man erhält nach Filtration und Umfällen aus Toluol-Methanol 21 Teile (Umsatz 1501o) Polyäthylen mit dem Schmelzindex 0,5, der Zugfestigkeit 147 kg/cm2, der Dehnung 650°/o, dem Schmelzpunkt 122"C und der Dichte 02,0 D 240 0,930.

Claims (2)

  1. ATENTANSPROCH: 1. Verfahren zur Herstellung von Polyäthylen in Gegenwart von Stickoxydul als Katalysator, dadurch gekennzeichnet, daß man Äthylen, gegebenenfalls unter Zugabe geringer Mengen Wasserstoff, bei Temperaturen zwischen 100 und 300°C und bei Drücken oberhalb 300 Atmosphären, vorzugsweise oberhalb 1000 Atmosphären, polymerisiert.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man in Gegenwart von indifferenten organischen Lösungsmitteln, in denen sich Stickoxydul, Äthylen und Polyäthylen lösen, polymerisiert.
    In Betracht gezogene Druckschriften : Britische Patentschrift Nr. 796 728.
DEB50057A 1958-08-22 1958-08-22 Verfahren zur Herstellung von AEthylenpolymerisaten Pending DE1097679B (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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GB796728A (en) * 1955-08-04 1958-06-18 Ici Ltd Ethylene polymerisation process

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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GB796728A (en) * 1955-08-04 1958-06-18 Ici Ltd Ethylene polymerisation process

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