DE1269101B - Verfahren zur Herstellung eines Polymerisationskatalysators - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines PolymerisationskatalysatorsInfo
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DEUTSCHES
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Int. α.:
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BOIj
C08f
12 g -11/84
39 c-25/01
39 c-25/01
P 12 69 101.9-41
22. März 1961
30. Mai 1968
22. März 1961
30. Mai 1968
Es ist bekannt, daß Äthylen und andere Olefine, wie z. B. Propylen, Butylen, Isobutylen, bei verhältnismäßig
niedrigem Druck, der nicht wesentlich über dem Normaldruck liegt, in einem flüssigen Reaktionsmittel polymerisiert und mischpolymerisiert werden
können, wenn man verschiedene Kombinationen von reduzierenden Metallen oder Metallverbindungen,
ζ. B. Alkali- und Erdalkalimetalle, ihre Hydride und Legierungen, Aluminiumverbindungen, wie Aluminiumhydride,
Aluminiumalkyle, z. B. Aluminiumtrialkyle, Alkylaluminiumhalogenide, mit verschiedenen
reduzierbaren Schwermetallverbindungen, ζ. Β. den Halogeniden, Acetyleacetonaten der Metalle der Gruppe
IV bis VI und VIII des Periodischen Systems, z. B. von Titan, Zirkonium, Vanadium, Chrom, Molybdän und
Eisen verwendet.
Aus der französischen Patentschrift 1173 537 war ferner bekannt, daß Systeme, die aus teilweise reduzierten
Übergangsmetallhalogeniden und einem Metallhalogenid der Gruppe II oder III in chemischer
Umsetzung unter Mischkristallbildung entstehen, ein sehr viel wirksamerer Katalysatorbestandteil bei der
Polymerisation von a-Olefinen sind als ein teilweise
reduziertes Übergangsmetallhalogenid, das kein einkristallisiertes Halogenid der Gruppe II oder III
enthält. Gemäß der belgischen Patentschrift 580 006 war bekannt, daß durch Trockenmahlen eines solchen
teilweise reduzierten Übergangsmetallhalogenids, das mit dem Halogenid eines Metalls der Gruppe II oder
III mischkristallisiert ist, ein Zwischenprodukt entsteht, das nach Aktivierung mit einer organometallischen
Verbindung einen hochwirksamen Katalysator für alle «-Olefine ergibt, so daß eine sehr hohe Polymerisationsgeschwindigkeit
und eine gute Katalysatorleistung erzielt werden.
Es wurde nun gefunden, daß allein durch intensives Mahlen des teilweise reduzierten Übergangsmetallhalogenids
mit dem Metallhalogenid der Gruppe II oder III Mischkristallisation der beiden Komponenten
ermöglicht werden kann. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung
eines Polymerisationskatalysators, wobei Mischkristalle eines teilweise reduzierten Halogenide eines
Übergangsmetalls der IV., V., VI. Nebengruppe oder VIII. Gruppe des Periodischen Systems und eines
Halogenids eines Metalls der II. oder III. Gruppe des Periodischen Systems mit einer metallorganischen
Verbindung eines Metalls der Gruppe I bis III des Periodischen Systems, vorzugsweise mit einem Aluminiumalkyl,
aktiviert werden, dadurch gekennzeichnet, daß man Mischkristalle mit einem Gehalt von 0,1 bis
0,5 Mol des Metallhalogenide der II. oder III. Gruppe Verfahren zur Herstellung
eines Polymerisationskatalysators
eines Polymerisationskatalysators
Anmelder:
Esso Research and Engineering Company,
Elizabeth, N. J. (V. St. A.)
Vertreter:
Dr. W. Beil, A. Hoeppener
und Dr. H. J. Wolff, Rechtsanwälte,
6230 Frankfurt-Höchst, Adelonstr. 58
Als Erfinder benannt:
Erik Tornquist, Roselle, N. J.;
Artur W. Langer, Watchung, Plainfield, N. J.
(V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 1. April 1960 (19 176)
des Periodischen Systems pro Mol Übergangsmetallhalogenid durch intensives 2- bis 20tägiges Mahlen
der Komponenten mit Stahlkugeln in inerter Atmosphäre herstellt.
Die Wirksamkeit des erfindungsgemäß erhaltenen Mischkristall-Katalysatorbestandteils ist etwas höher
als die Wirksamkeit der nach dem aufwendigeren Verfahren des belgischen Patents 580 006 erhaltenen
Katalysatorbestandteile. Sie ist viel größer als die Wirksamkeit des entsprechenden, teilweise reduzierten
Übergangsmetallhalogenids, das in derselben Zeit in der Stahlkugelmühle allein gemahlen wurde, wie auch
des entsprechenden Gemisches aus gesondert in Kugelmühlen gemahlenem Metallhalogenid der
Gruppe II oder III und reinem Übergangsmetallhalogenid, sofern in letzterem Fall mit dem Mischen
nicht der erfindungsgemäße Feinmahlvorgang verbunden ist.
Als teilweise reduzierte Übergangsmetallhalogenide, die vor Aktivierung mit einer Organometallverbindung
in der Kugelmühle trockengemahlen werden, verwendet man Halogenide, ζ. B. Jodide, Bromide und
vorzugsweise Chloride, der Übergangsmetalle der Gruppe VIII und der Nebengruppen IV, V, VI des
Periodischen Systems nach »Fundamental Chemistry«,
809 557/479
3 4
2. Auflage, von H. G. Deming, John Viley and metallhalogenid und das Metallhalogenid der Gruppell
Sons, Inc., z. B. Titan, Zirkon, Thorium, Vanadium, oder III tatsächlich Mischkristalle bilden. Ein wei-
Tantal, Molybdän und Wolfram. Der Ausdruck terer Beweis der Mischkristallisation war die stark
»teilweise reduzierte Übergangsmetallhalogenide« steht erhöhte Polymerisationsgeschwindigkeit, die mit dem
für Übergangsmetallhalogenide, in denen das Über- 5 erfindungsgemäßen Produkt im Vergleich zu einem
gangsmetall eine Wertigkeit aufweist, die wenigstens in ähnlicher Weise in einer Kugelmühle gemahlenen,
eine Einheit unter ihrer normalen maximalen Wertig- teilweise reduzierten Übergangsmetallhalogenid allein
keit liegt. Das mit dem teilweise reduzierten Über- oder im Vergleich zu einem einfachen Gemisch aus
gangsmetallhalogenid verwendete Metallhalogenid der den beiden, in der Kugelmühle getrennt gemahlenen
Gruppe II oder III enthält vorzugsweise dasselbe io Bestandteilen, erzielt wurde.
Halogen wie das teilweise reduzierte Übergangsmetall- Das mit dem Metallhalogenid der Gruppe II
halogenid. Daher setzt man bei Verwendung eines oder ΠΙ Mischkristalle bildende trockengemahlene,
Übergangsmetallchlorids vorzugsweise als Halogenid vorgebildete, teilweise reduzierte Übergangsmetallder
Gruppe Π oder III ein Chlorid ein, z. B. Alumi- halogenid wird am Ende der Mahlzeit aus der Mahlniumchlorid,
Galliumchlorid oder Berylliumchlorid, 15 vorrichtung entfernt und in einem inerten Verdünam
zweckmäßigsten Aluminiumchlorid. Titantrichlorid nungsmittel mit einer Organometallverbindung aktiwird
bevorzugt; insbesondere können auch die purpur- viert. Zur Aktivierung der trockengemahlenen Metallfarbenen,
kristallinen Modifikationen TiC»l, wobei η halogenide eignen sich in der vorliegenden Erfindung,
eine Zahl zwischen 2 und 3 ist, eingesetzt werden. Das wie an sich bekannt, die Organometallverbindungen
teilweise reduzierte Übergangsmetallhalogenid wird 20 der Metalle der Gruppe I bis III des Periodischen
mit einem Metallhalogenid der Gruppe II oder III Systems. Besonders brauchbar sind Alkylaluminiumgemischt,
wobei man 0,1 bis 0,5 und am besten verbindungen, insbesondere Trialkylaluminiumverbin-0,2
bis 0,33 Mol des Metallhalogenids der Gruppe Π düngen, wie Triäthylaluminium, Tripropylaluminium,
oder III je Mol des teilweise reduzierten Übergangs- Triisobutylaluminium und Dialkylaluminiumverbinmetallhalogenids
verwendet. 25 düngen, wie Diäthylaluminiumhalogenide, z. B. Di-Die
teilweise reduzierten Übergangsschwermetall- äthylaluminiumchlorid, Dipropylaluminiumchlorid,
halogenide können nach einem beliebigen, in der Diisobutylaluminiumchlorid. Monoalkylaluminium-Technik
bekannten Verfahren hergestellt werden. halogenide können ebenfalls verwendet werden.
Die Herstellung dieser Verbindungen gehört nicht Außerdem kann man Organoaluminiumverbindungen
zur Erfindung. Zwei der für die Herstellung des 30 mit einem oder zwei Kohlenwasserstoffresten und
bevorzugten Metallhalogenids, d. h. teilweise redu- zwei oder einer Elektronen anziehenden Gruppe,
zierten Titanchlorids, bekannten Verfahren sind z. B. Alkoxy-, organische Stickstoff- oder Schwefelnachstehend aufgeführt: gruppen, verwenden. Triäthylaluminium wird nach
1. Metallreduktion von Titantetrachlorid mit Titan- die*er Erfindung besonders bevorzugt
pulver in Abwesenheit von Lösungsmittel bei 35 Der trockengemahlene Mischkristall-Metallhalo-
erhöhten Temperaturen. genid-Katalysatorbestandteil wird unter einer mcht-
„ π, , „ /,.. _. . ,, ., , . oxydierenden Atmosphäre in einem inerten Ver-
2. Wasserstoffreduktion von Titantetrachlond bei dünnungsmittel mit einer oder mehreren der oben
Temperaturen über etwa 650 C. angeführten Organometallverbindungen in einem MoI-
Das erfindungsgemäße Mahlverfahren wird durch- 40 verhältnis von 0,1 bis 6 Mol Organometallverbingeführt,
indem man das trockene, vorgebildete, teil- dung je Mol des trockengemahlenen Metallhaloweise
reduzierte Übergangsmetallhalogenid und das genids bei einer Temperatur von 25 bis 135°C be-Metallhalogenid
der Gruppell oder III in eine handelt. Die Temperatur ist hier zwar nicht entKugelmühle
gibt und das Metallhalogenid in Ab- scheidend, jedoch sollten natürlich keine erhöhten
Wesenheit von Verdünnungsmitteln unter einer inerten 45 Temperaturen, die die Zersetzung eines oder beider
Atmosphäre, z. B. unter Stickstoff oder Argon, die Bestandteile hervorrufen, angewendet werden,
frei von Sauerstoff, Wasserdampf, und anderen Zu den als Mittel für die Aktivierung der trocken-
Katalysatorgiften ist, so lange, d. h. 2 bis 20, vor- gemahlenen Metallhalogenide geeigneten inerten Verzugsweise
etwa 3 bis 15 Tage lang, mahlt, bis die dünnungsmittel gehören aliphatische Kohlenwasserbeiden
Bestandteile mischkristallisieren und die Wirk- 50 stoffe, wie η-Hexan, n-Heptan und n-Decan, arosamkeit
des Übergangsmetallhalogenids in der Poly- matische Kohlenwasserstoffe, wie Benzol, Toluol
merisationsreaktion bei Aktivierung mit einer organo- und Xylol, sowie halogenierte Kohlenwasserstoffe,
metallischen Verbindung beträchtlich ansteigt. Es wie Chlorbenzol, wobei ein aromatisches Verdünwurde
gefunden, daß die Verwendung eines Fein- nungsmittel, insbesondere Xylol, bevorzugt wird,
mahlmittels, dessen Dichte über 3 g/cm3 beträgt, 55 Der trockengemahlene, durch Mischkristallisation
nämlich Stahlkugeln, erforderlich war und daß bei gewonnene, vorgebildete, teilweise reduzierte ÜberVerwendung
von Flintkügelchen auch nach 17 Tagen gangsmetallhalogenidbestandteil wird nach Aktiviedie
erfindungsgemäßen Mischkristalle sich nicht bil- rung mit der Organometallverbindung dazu veideten.
Die günstigste Zeit für das Trockenmahlen wendet, «-Olefine mit 2 oder mehr Kohlenstoffhängt
im allgemeinen von der Leistung der verwen- 60 atomen zu homopolymerisieren und «-Olefine, wie
deten Vorrichtung und dem jeweiligen, vorher gebil- Äthylen und Propylen, zu mischpolymerisieren. Die
deten, teilweise reduzierten Übergangsmetallhalogenid Homopolymerisation von «-Olefinen, wie Propylen,
ab. Durch Routineversuche kann die günstigste Zeit Buten-1, Hepten-1, Dodecen-1, und die Mischpolyfür
jede beliebige Mahlvorrichtung ohne weiteres merisation von zwei oder mehreren «-Olefinen, wie
ermittelt werden. 65 Gemischen von Äthylen und Propylen, Äthylen
Durch Sublimation im Vakuum wurde gezeigt, und Buten-1, Propylen und Buten-1, wird durchdaß
überraschenderweise unter den hier beschriebenen geführt, indem man die gewünschte Olefinbeschickung
Bedingungen das teilweise reduzierte Übergangs- mit dem aktivierten, trockengemahlenen. Metallhalo-
genid in einem Kohlenwasserstofflösungsmittel bei einer Temperatur von 0 bis etwa 1000C3 vorzugsweise
50 bis 90 0C und bei einem Druck zwischen
unteratmosphärischem Druck und 10,5 atü, vorzugsweise bei Normaldruck in kontinuierlicher oder diskontinuierlicher
Arbeitsweise zusammenbringt. Die Katalysatorschlämmung wird vorzugsweise mit zusätzlichem
Verdünnungsmittel verdünnt, bis eine Katalysatorkonzentration für die Polymerisation von
etwa 0,1 bis 0,5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des vorhandenen Verdünnungsmittels, entsteht.
Die Konzentration des polymeren Produktes in dem Polymerisationsgemisch kann zwischen etwa
1 und 20 Gewichtsprozent, bezogen auf den vorhandenen Gesamtgehalt, betragen. Es ist zu beachten,
daß das Polymerisationsverfahren, das nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, die Verwendung
von stärker konzentrierten polymeren Aufschlämmungen gestattet, als dies in bisher bekannten
Verfahren angebracht war. Wenn der gewünschte Polymerisationsgrad erreicht ist, wird ein C1- bis
C8-Alkanol, wie Isopropylalkohol oder n-Butylalkohol,
vorzugsweise in Verbindung mit einem chelatbüdenden Mittel, wie Acetylaceton oder Diacetyl,
zu dem Reaktionsgemisch gegeben, um den Katalysator zu lösen und zu desaktivieren und das
polymere Produkt aus der Lösung auszufällen. Danach wird das polymere Produkt filtriert und
kann mit Alkohol oder einer Säure, wie Salzsäure, weiter gewaschen, getrocknet, verdichtet und verpackt
werden. Es ist wichtig, daß die Polymerisationsumsetzimg in Abwesenheit von Katalysatorgiften,
wie Wasser, Sauerstoff, Schwefelverbindungen u.dgl., durchgeführt wird. Der aktivierte, trockengemahlene
Metallhalogenidkatalysator dieser Erfindung kann zu den mit Olefin gesättigten Verdünnungsmitteln bei
Polymerisationstemperaturen gegeben werden, ohne daß das Reaktionsgefäß verschmutzt. Dies ist überraschend und besonders wichtig für kontinuierliche
Polymerisationen, bei denen sich die direkte Zugabe des Katalysators in das Reaktionsgefäß bei Polymerisationstemperaturen
empfiehlt.
Wirkung des Vermahlens von TiCl3 mit AlCl3 in der Kugelmühle
auf die Katalysatorleistung bei Polymerisation von Propylen bei Normaldruck
auf die Katalysatorleistung bei Polymerisation von Propylen bei Normaldruck
(2 1 einer aus Glas bestehenden Beschickungseinheit,
11 Xylolverdünnungsmittel, 750C, 1 Stunde)
11 Xylolverdünnungsmittel, 750C, 1 Stunde)
Katalysatorkomponente
Vergleich
III
IV
TiCl3, HAlCl3,
Zusammensetzung
Zusammensetzung
Mahlzeit, Tage
Gewicht, g
AlAt3, g
Al/Ti-Verhältnis <a>
Katalysatorkonzentration, g/l ,
Katalysatorkonzentration, g/l ,
Polymerisationsergebnisse
Ausbeute, g ,
wachsartiges
Polymeres, °/o
Katalysatorleistung, g/g
Katalysatorleistung, g/g
Eigenschaften des
festen Polymeren
Molekulargewicht
Molekulargewicht
. 10-3 0»
Dichte, g/cm3
Schmelzpunkt, 0C
Zugfestigkeit, kg/cm3
Zugfestigkeit, kg/cm3
Dehnung, %
Aschegehalt, °/o
TiCL
0,386 0,57
52,8
6,6
6,6
55,5
185
0,900 168
334,6
160
334,6
160
0,024
TiCl3 · 0,1 AlCl3
0,420 0,54
0,96
98,8
5,0
102,9
210
0,899 161 312,9 150
0,008
TiCl3 · 0,2 AlCl3
0,453 0,51
132,0
5,4
137,0
215
0,899 160 306,6 400
0,022 TiCl3 ·
0,33 AlCl3
0,33 AlCl3
0,500
0,475
0,475
0,98
131,8
3,6
135,3
0,897
160
370,3
50
160
370,3
50
0,009
TiCl3 ·
0,5 AlCl3
0,5 AlCl3
0,553
0,428 I 0,570
0,428 I 0,570
2,5
1,12
47,9
4,4
48,9
160
0,892
160
160
0,057
74,4
3,9
66,3
205
0,896
162
273,7
110
162
273,7
110
0,013
TiCl3 ·
AlCl3
AlCl3
0,718
0,855
3
0,855
3
1,57
21,5
6,1
13,7
185
0,895
162
162
a) Einschließlich AlCl3 in TiCl3 · «AlC^-Präparaten.
b) Nach der Harris-Korrelation, »J. Polymer Science«, 8, S. 360 (1952).
. 65 worden war, wurden 7 Tage lang mit 26,7 g (0,2 Mol)
Beispiel 1 a1q3 mit Hi]fe einer chromstahlkugel in einem
308,6 g (2 Mol) TiCl3, das durch Reduktion von Gefäß mit einem Fassungsvermögen von 1,91 ge-
TiCl4 mit Wasserstoff bei etwa 7000C hergestellt mahlen. Nach 7 Tagen wurde das Produkt aus der
Claims (1)
1. Verfahren zur Herstellung eines Polymerisationskatalysators, wobei Mischkristalle eines
teilweise reduzierten Halogenide eines Übergangsmetalls der IV, V., VI. Nebengruppe oder
VIII. Gruppe des Periodischen Systems und eines Halogenids eines Metalls der Π. oder III. Gruppe
des Periodischen Systems mit einer metallorganischen Verbindung eines Metalls der Gruppen I
bis IXI des · Periodischen Systems, vorzugsweise mit einem Aluminiumalkyl, aktiviert werden,
dadurch gekennzeichnet, daß man Mischkristalle mit einem Gehalt von 0,1 bis
0,5 Mol des Metallhalogenide der Π. oder HI. Gruppe des Periodischen Systems pro Mol
Übergangsmetallhalogenid durch intensives 2- bis
9 10
20tägiges Mahlen der Komponenten mit Stahl- In Betracht gezogene Druckschriften:
kugeln in inerter Atmosphäre herstellt. Französische Patentschrift Nr. 1173 537;
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- belgische Patentschrift Nr. 580 006;
zeichnet, daß man Aluminiumchlorid und teil- Kolloid-Zeitschrift, Bd. 156, Heftl (1958), S. 1
weise reduziertes Titanchlorid verwendet. 5 bis 8.
809 557/479 5.68 © Bundesdruckerei Berlin
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