DE1105180B - Verfahren zur Polymerisation von Olefinen - Google Patents

Verfahren zur Polymerisation von Olefinen

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DE1105180B
DE1105180B DER24760A DER0024760A DE1105180B DE 1105180 B DE1105180 B DE 1105180B DE R24760 A DER24760 A DE R24760A DE R0024760 A DER0024760 A DE R0024760A DE 1105180 B DE1105180 B DE 1105180B
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Germany
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aluminum
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olefin
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DER24760A
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English (en)
Inventor
Dr Walter Rottig
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Ruhrchemie AG
Original Assignee
Ruhrchemie AG
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Publication date
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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
    • C08F10/02Ethene

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Transition And Organic Metals Composition Catalysts For Addition Polymerization (AREA)

Description

  • Verfahren zur Polymerisation von Olefinen Für die Polymerisation niedrigmolekularer, aliphatischer Olefine, z. B. Äthylen, zu hochmolekularen Produkten ist bereits früher vorgeschlagen worden, als Katalysatoren Schwermetallverbindungen der IV. bis VI. Nebengruppe des Periodischen Systems mit niedriger Wertigkeitsstufe von der Art des Ti Cl3 zu verwenden.
  • Die Wirksamkeit derartiger Katalysatoren kann, wie sich gezeigt hat, noch erheblich erhöht werden. Es wurde gefunden, daß man zur Polymerisation aliphatischer Olefine, insbesondere Äthylen, bei Drücken zwischen 1 und 100 kg/cmS und Temperaturen zwischen 20 und 1000 C unter Verwendung von Katalysatoren aus Schwermetallverbindungen der IV. bis VI. Nebengruppe des Periodischen Systems mit niedriger Wertigkeitsstufe, insbesondere des Titans, Zirkons und Vanadium, hierzu während der Polymerisation dem umzusetzenden Olefin Kohlenmonoxyd in Mengen von 20 bis 500, vorzugsweise zwischen 30 und 250 Volumteilen auf 1 Million Volumteile Olefin zusetzt.
  • Die erfindungsgemäße Arbeitsweise, die sich verfahrensmäßig im großen und ganzen an die bei der Herstellung von Polyolefinen unter Anwendung der sogenannten Ziegler- und/oder Natta-Katalysatoren anschließt, verwendet als aktive Komponente Schwermetallverbindungen niedriger Wertigkeitsstufen, insbesondere Verbindungen des Titans, Zirkons und Vanadiums. Solche Verbindungen erhält man beispielsweise durch Reaktion der entsprechenden höherwertigen Verbindungen, insbesondere Halogenverbindungen, mit Aluminiumalkylen und/oder Halogenalkylen, insbesondere Trialkylen. Zum Beispiel lassen sich durch Umsatz von vierwertigen Titanverbindungen, insbesondere Titanhalogenverbindungen, mit Aluminiumalkylen und/oder Halogenalkylen, insbesondere Aluminiumtrialkylen, wie Aluminiumtriäthyl, Aluminiumtripropyl, Aluminiumtributyl, hochaktive Präparate herstellen.
  • Man läßt die jeweiligen Komponenten zweckmäßig in einem geeigneten, weitgehend in bekannter Weise von Sauerstoff und sauerstoffhaltigen Verbindungen befreiten Medium miteinander reagieren. Hierfür haben sich insbesondere aliphatische, aromatische oder naphthenische Kohlenwasserstoffe oder Mischungen dieser Komponenten bewährt. Die Reaktionszeit hängt von der Art und Struktur der jeweils umzusetzenden Verbindungen ab und kann beispielsweise 10 Minuten bis 48 Stunden betragen. Im allgemeinen wird man Zeiten zwischen 2 und 24 Stunden benötigen. Die Konzentration der umzusetzenden Verbindungen soll zwischen 1 und 500 g/l, zweckmäßig 10 und 250 g/l, betragen, die Temperaturen, bei denen die Reaktion stattfindet, sollen zwischen -50 und +1000 C, vorteilhaft zwischen -25 und +500 C liegen. Für die Herstellungsweise der Katalysatoren wird jedoch kein Schutz begehrt.
  • Nicht unwichtig ist das Molverhältnis der Ausgangskomponenten bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Präparate. Als besonders vorteilhaft haben sich Molproportionen um 1:1 herausgestellt. Es ilst jedoch auch möglich, daß die Schwermetallkomponente im Überschuß bzw. Unterschuß vorliegt.
  • Zur Gewinnung eines möglichst aktiven Präparates mit jederzeit reproduzierbaren Eigenschaften ist ein wiederholtes Auswaschen der entstehenden niederwertigen Schwermetallverbindungen mit geeigneten Lösungsmitteln günstig. Als vorteilhaft haben sich die bereits oben beschriebenen Kohlenwasserstoffe herausgestellt, die auch in diesem Falle weitgehend von Sauerstoff und sauerstoffhaltigen Verbindungen befreit sein sollen.
  • Zur Erhöhung der Wirksamkeit oder zur Lenkung der Polymerisation können dem Katalysator aus niedrigerwertigen Schwermetallverbindungen auch Aktivatoren zugegeben werden. Solche Aktivatoren sind besonders aluminiumorganische Verbindungen, insbesondere Aluminiumalkyle und/oder Halogenalkyle oder Aluminiumalkylate, die in Mengen zwischen 0,1 und 2,5 Mol pro Mol niedrigwertiger Schwermetallverbindungen Anwendung finden. Als Aktivatoren können jedoch auch Schwermetallverbindungen höherer Wertigkeitsstufe dienen, die ebenfalls in Mengen von 0,1 bis 2,5 Mol je Mol niedrigwertiger Verbindung zugesetzt werden.
  • Für die Polymerisation kommen die Katalysatoren zweckmäßig in Form einer Suspension zur Anwendung.
  • Die Konzentration der niederwertigen Schwermetallverbindungen in dieser Suspension kann in weiten Grenzen schwanken und soll zweckmäßig zwischen etwa 10 bis 500 g/l, besonders günstig 25 bis 100 g/l betragen. Auch zur Aufbewahrung über einen längeren Zeitraum hat sich eine derartige Suspension als vorteilhaft erwiesen. In diesem Falle ist die Anwendung von Schutzgas, beispielsweise weitgehend trockenem und sauerstofffreiem Stickstoff, unerläßlich. Derartige Präparate sind wochenlang unverändert haltbar und verlieren praktisch nichts von ihrer Aktivität.
  • Pro Liter Suspensionsflüssigkeit werden zwischen etwa 0,05 und 0,001 Mol der entsprechenden niedrigwertigen Verbindung z. B. Titan- oder Vanadiumverhindung verwendet, zweckmäßig 0,005 bis 0.025 Mol/l Suspensionsflüssigkeit.
  • Die zuzusetzende Kohlenoxvdmenge, bezogen auf eingesetztes Olefin, soll zwischen 20 und 500 Volumteilen je Million Volumteile Olefin liegen; vorteilhaft arbeitet man mit Zusatzmengen zwischen 30 und 250 »ppm« (= Volumteile je 1 Million Volumteile). Erforderlich ist eine weitgehende Wasserfreiheit des Rohlenoxyds.
  • Man kann die Kohlenoxydmenge bereits dem Äthylen vor Eintritt in den Reaktor kontinuierlich oder absatzweise zufügen. Es ist jedoch auch möglich, das Kohlenoxyd für sich allein, beispielsweise über ein Tauchrohr, kontinuierlich oder absatzweise in den Reaktor einzuführen. Die Art des Kohlenoxydzusatzes ist von dem Verfahren zur Polymerisation selbst unabhängig. Man erzielt überraschende Wirkungen sowohl wenn man die Polymerisation kontinuierlich als auch diskontinuierlich betreibt.
  • Die Temperaturen bei der Polymerisation sollen zwischen etwa Raumtemperatur und 1000 C liegen.
  • Besonders günstig arbeitet man im Temperaturbereich zwischen 40 und 800 C.
  • Der bei der erfindungsgemäßen Arbeitsweise angewendete Druck liegt zwischen 1 und 100 ata.
  • Über den Zusatz von reinem Kohlenoxyd hinaus ist es auch möglich, zusätzlich Sauerstoff zur Aktivierung mit in das Reaktionsgefäß zu geben. Die anzuwendende Sauerstoffmenge liegt etwa in der gleichen Größenordnung wie die verwendete Menge Kohlenoxyd.
  • Beispiel 1 In einem Reaktionsgefäß von 750 cm3 werden 7,5 g Titantetrachlorid mit 6 g Aluminiumtriäthyl während 24 Stunden bei Raumtemperatur reagieren gelassen.
  • Als Suspensionsflüssigl ; eit kommen 500 cm3 eines durch Hydrierung und anschließende Trocknung hergestellten sauerstofffreien »Trimerpropylens « (ppmll~ert 5 gegen Isopropylkalium) zur Anwendung.
  • Nach 24stündigem Stehen wurde filtriert und der braune ausgefallene Niederschlag siebenmal mit 250 cm3 »Trimerpropylen« ausgewaschen. Anschließend wurde der Rückstand in 250 cm3 »Trimerpropylen« suspendiert und in dieser Form für Syntheseversuche verwendet.
  • In ein Glasgefäß, welches ein Volumen von 5 1 besaß und einen hochwirlisamen Rührer, ein Thermometer sowie einen Einlaß- bzw. Auslaßstutzen für das umzusetzende Gas und schließlich einen Einlaßstutzen für das zuzusetzende Kohlenoxyd enthielt. wurden 1800cm3 des bereits oben erwähnten »Trimerpropylens« eingefüllt. Es wurde auf 700 C erwärmt; anschließend wurden 1,2 g Ti Cl3 aus der ebenfalls schon erwähnten Suspensionslösung entnommen und in den Reaktor gegeben. Unmittelbar anschließend wurde mit dem Einleiten von Ethylen begonnen. Innerhalb von 6 Stunden wurde ein Umsatz von 400 1 festgestellt.
  • Wurde, beginnend mit der 15. Älinute und fortlaufend alle weiteren 15 Minuten, 1 cm3 Kohlenoxyd durch Einführung in den Reaktor zugesetzt, so erhöhte sich der Äflylenumsatz innerhalb 6 Stunden auf 505 1.
  • Wurde das Kohlenoxyd in der gleichen Menge sowie in den gleichen Zeitabständen in den Äthylenstrom eingespeist, so wurde etwa die gleiche Ausbeute erhalten.
  • Bei einem Zusatz von 1 cm3 Kohlenoxyd im Abstand von 7,5 Minuten stieg der Umsatz auf 700 1 innerhalb von 6 Stunden an. Wurde 1 cm3 jeweils im Abstand von 5 Minuten zugesetzt, so betrug der Athylenumsatz 650 1.
  • Wurde zur Herstellung des Ti Cl3 an Stelle von Aluminiumtriäthyl Aluminiumtriisobutyl verwendet, so betrugen die festgestellten Umsatzzahlen 90 bis 95 °/o des voranstehend erwähnten Werte unter vergleichbaren : Bedingungen.
  • Beispiel 2 Analog zu Beispiel 1 wurde unter Verwendung von Titantetrabromid ein braunschwarzgefärbtes Titantribromid hergestellt, welches ebenfalls in Form einer Suspension zur Anwendung kam.
  • Wurde die 1,2 g Ti Cl3 entsprechende stödiometrische Menge Ti Br3 (2,2 g) angewendet und im Vergleich zu Beispiel 1 mit einem Zusatz von 1 cm3 Kohlenoxyd im Abstand von 7,5 Minuten gearbeitet. so wurde ein Äthylenumsatz von 720 1 innerhalb von 6 Stunden festgestellt. Der Versuch wurde zu diesem Zeitpunkt noch nicht abgebrochen, sondern der Ansatz unter schwachem Durchleiten von Äthylen bei Raumtemperatur während weiterer 38 Stunden sich selbst überlassen. Innenhalb dieser Zeit wurde eine weitere Menge von 4731 Äthylen aufgenommen. Dies entspricht einer Durchschnittsaufnahme von 12 1 pro Stunde und einem Gesamtumsatz von etwa 1200 1 Äthylen.
  • Da die angewendete Menge an Suspensionsmitteln zu gering erschien, wurde in einem weiteren Versuch an Stelle von 1,8 1 2,5 1 »Trimerpropylen« angewendet.
  • Auf diese Weise konnten innerhalb 6 Stunden 820 1 Äthylen umgesetzt werden. Der weitere Verlauf des Äthylenumsatzes bei Raumtemperatur unter schwachem Rühren entsprach den voranstehend bereits angegebenen Zahlen.
  • Wurde an Stelle von 1 cm3 Kohlenoxyd in 7,5 Alinuten 1 cm3 innerhalb von 5 Minuten fortlaufend in das Reaktionsgefäß gegeben oder dem Äthylenstrom zugesetzt, so erreichte man nach 5 Stunden einen Äthylenumsatz von 720 1.
  • Wurde in einem weiteren Versuch fortlaufend 1 cm3 Kohlenoxyd im Abstand von 2,5 Minuten zugesetzt, so betrug der Äthylenumsatz nach 6 Stunden 700 1, während bei Raumtemperatur innerhalb der nächsten 24 Stunden weitere 8 1 Äthylen pro Stunde umgesetzt wurden.
  • PATENTANSPROCHE: 1. Verfahren zur Polymerisation von Olefinen. insbesondere von Äthylen, bei Drücken zwischen 1 und 100 kg/cm2 und Temperaturen zwischen 20 und 1000 C unter Verwendung von Katalysatoren aus reduzierten Schwermetallverbindungen der IV. bis VI. Nebengruppe des Periodischen Systems, die zusätzlich nicht reduzierte Verbindungen dieser Schwermetalle und/oder aluminiumorganische Verbindungen enthalten können, dadurch gekennzei&-net, daß dem umzusetzenden Olefin während der Polymerisation 20 bis 500 Volumteile Kohlenmonoxyd auf 1 Million Volumteile Olefin zugesetzt werden.

Claims (1)

  1. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysatorkomponenten oder als alleiniger Katalysator Verbindungen des Titans, Zirkons und Vanadiums verwendet werden.
    3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Katalysator reduzierte Schwermetallverbindungen verwendet, die durch Reaktion der entsprechenden höherwertigen Schwermetallverbindungen, insbesondere der Halogenverbindungen, mit Aluminiumalkylen und/oder Aluminiumhalogenalkylen hergestellt wurden.
    4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Herstellung von reduzierten Schwermetallverbindungen durch Umsetzung mit Aluminiumalkylen und/oder Aluminiumhalogenalkylen die Reaktionsteilnehmer in einem Molverhältnis von etwa 1:1 verwendet wurden.
    5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man dem zu polymerisierenden Olefin außer Kohlenmonoxyd auch Sauerstoff in Mengen von 20 bis 500, vorzugsweise 30 bis 250 Volumteilen auf 1 Million Volumteile Olefin zusetzt.
    6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß den Schwermetallverbindungen Aluminiumalkyle und/oder Halogenalkyle oder Aluminiumalkylate in Mengen zwischen 0,1 und 2,5 Mol pro Mol reduzierter Schwermetallverbindung zugesetzt wurden.
    7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich nicht reduzierte Schwermetallverbindungen in Mengen von 0,1 bis 2,5 Mol je Mol reduzierter Verbindung verwendet wurden.
    In Betracht bezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 048414; ausgelegte Unterlagen des belgischen Patents Nr. 533 362.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE533362A (de) * 1953-11-17 1955-05-16
DE1048414B (de) * 1956-01-07 1959-01-08 Farbwerke Hoechst Aktiengesellschaft vormals Meister Lucius &. Brumng, Frankfurt/M Verfahren zur Herstellung von hochmolekularen Polyolefinen

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE533362A (de) * 1953-11-17 1955-05-16
DE1048414B (de) * 1956-01-07 1959-01-08 Farbwerke Hoechst Aktiengesellschaft vormals Meister Lucius &. Brumng, Frankfurt/M Verfahren zur Herstellung von hochmolekularen Polyolefinen

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