DE1520690B1

DE1520690B1 - Verfahren zur Polymerisation von AEthylen

Info

Publication number: DE1520690B1
Application number: DE19641520690
Authority: DE
Inventors: Kenneth Worley Doak; Robert Maxwell Douglas; Michael Jun Erchak
Original assignee: Dart Industries Inc
Current assignee: Dart Industries Inc
Priority date: 1963-04-09
Filing date: 1964-03-20
Publication date: 1971-01-21
Also published as: US3293233A; BE643980A; GB1009968A; JPS4942675B1

Description

Die Polymerisation von Äthylen bei Drücken von mindestens 1050 kg/cm² und Temperaturen von 107 bis 315° C in langgestreckten Rohren, wobei das Äthylen und der Initiator am Eintrittsende des Reaktionsrohres eingeführt werden und das Gemisch unter Druck nach dem Austrittsende des Rohres strömt, wo nicht umgesetztes Äthylen und Polymerisat in einem geeigneten Fangtopf auf niedrigere Drücke gebracht werden, ist bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren wurden gewöhnlich Sauerstoff oder ein organisches oder anorganisches Peroxyd als Initiatoren verwendet. Die Umwandlungen von Äthylen in festes Polymerisat waren gewöhnlich niedrig, aber konnten variieren, was von vielen Bedingungen in dem Reaktionsrohr abhängt, wie Äthylengeschwindigkeit, Initiatormenge und den angewandten Drücken und Temperaturen.

Es ist nicht einfach gewesen, bei diesen bekannten Verfahren mit rohrförmiger Reaktionszone die Umwandlung von Äthylen in festes Polymerisat bedeutend zu erhöhen, und folglich ist nicht berichtet worden, daß die prozentuale Umwandlung von Äthylen in Polymerisat bei technischen Verfahren nach vielen Jahren der Hochdruckherstellung von Polyäthylen erheblich erhöht worden ist. So wird bei vielen Hinweisen auf den Stand der Technik, wobei Sauerstoff oder ein Peroxyd als der verwendete Initiator genannt werden, erwähnt, daß die Umwandlungen von Äthylen in Polymerisat von 5 bis 12% reichen, obgleich höhere Umwandlungen bei anderen Systemen als dem, mit dem sich die Erfindung befaßt, erwähnt worden sind.

Aus den ausgelegten Unterlagen des belgischen Patents 619 514 ist es bekannt, in Reaktionsrohren bei Temperaturen im Bereich von 150 bis 300⁰C und Drücken über 1000 at Äthylen zu polymerisieren. Das Reaktionsrohr enthält mehrere in Reihen angeordnete Stellen zur Einfuhr des Äthylens und von Sauerstoff als Katalysator. Sauerstoff hat eine Zersetzungstemperatur von 160⁰C, was bedeutet, daß die Polymerisation im wesentlichen bei dieser Temperatur stattfindet. Wenn der mit dem kalten Äthylen eingeführte Sauerstoff verbraucht ist, wird erneut Äthylen und Sauerstoff eingeführt, so daß die Polymerisation nicht kontinuierlich katalysiert wird.

Aus der britischen Patentschrift 921 542 ist es bekannt, bei der Hochdruckpolymerisation des Äthylens mindestens zwei peroxydische Katalysatoren einzuführen, die verschiedene Halbwertzeiten und Wirkungstemperaturen haben können, und zwar wird empfohlen, Katalysatorgemische zu verwenden, deren Komponenten um mindestens 10°C differierende Halbwerts-Zersetzungstemperaturen haben. Derartige Katalysatorgemische führen nicht zu einer kontinuierlichen Bildung freier Radikale, die einen steilen Temperaturanstieg bewirken, der zur Erzielung einer maximalen Umwandlung notwendig ist.

Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren zur Polymerisation von Äthylen, allein oder zusammen mit anderen äthylenisch ungesättigten Monomeren, die eine Endgruppe CH₂ = C < aufweisen, in einem Reaktionsrohr bei Drücken von mindestens 1050 at und bei Temperaturen von 107 bis 315° C in Gegenwart von freie Radikale bildenden Initiatoren, wobei das Monomere kontinuierlich an einem Ende des Reaktionsrohres eingeführt wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß an der ersten Einführungsstelle ein Gemisch von mindestens drei Peroxydinitiatoren, das einen größeren Anteil von Initiatoren enthält, die eine Halbwertszeit von 10 Stunden bei Temperaturen von 43,3 bis 79,4^UC und voneinander verschiedene, aber überlappende Zersetzungstemperaturbereiche aufweisen, kontinuierlich eingeführt wird, und daß nach dem Abklingen des ersten Temperaturanstiegs, der nach der Einführung des ersten Gemisches von Peroxydinitiatoren eintritt, an der zweiten Einführungsstelle ein Gemisch von mindestens zwei Peroxydinitiatoren, die eine Halbwertszeit von 10 Stunden oberhalb 79,4° C und voneinander verschiedene, aber überlappende Zersetzungstemperaturbereiche aufweisen, eingeführt wird.

Durch die Einführung von Katalysatorgemischen mit sich überlappenden Zersetzungstemperaturbereichen an verschiedenen Stellen längs des Reaktionsrohres erfolgt eine kontinuierliche Bildung freier Radikale, die eine größere Umsetzung bewirken. Dieser Vorteil wird bei Verwendung eines einzigen Äthylenstromes erzielt, der einfacher zu kontrollieren ist, als wenn mehrere Äthylenströme zur Verbesserung der Umsetzung angewandt würden.

Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Initiatoren ergeben einen schnelleren Anstieg der Reaktionstemperatur im Vergleich mit einem Verfahren, das mit aus der britischen Patentschrift 921 542 bekannten Katalysatoren arbeitet, so daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren beim Abklingen der Reaktion an entsprechenden Stellen des Reaktionsrohres niedrigere Temperaturen herrschen, als sie bei Verwendung der vorbekannten Katalysatoren erreicht werden, wie die folgende Tabelle zeigt.

Ver such	Peroxyde*) Anzahl und molare Verhältnisse	Modifi ziermittel % Hexan	Beschik- kungs- tempe- rätur °C	Mantel tempe ratur ⁰C	Spitzen tempe ratur ⁰C	Spitzen tempe ratur Block	Durchsatz Gewichts teile pro Stunde	Um wand lung %	Druck in kg/cm²	Block 19, Tempe ratur C	Erfindung bzw. Stand der Technik
1 2 3	5/0/0/0,5 5/0/1/0,5 5/0/0/0,5	2,3 2,1 1,8	143 143 143	143/160 143/160 143/160	293 293 293	9 8 9	1460 bis 1520 1460 bis 1420 1710	14,1 14,2 13,2	2460 2460 2460	438 380 440**)	britische Patentschrift 921 542 Erfindung britische Patentschrift 921 542

*) Bezogen auf das entsprechende Molverhältnis von Lauroylperoxyd/tert.-Butylperisobutyrat/tert.-Butylperacetat/Di-tert.-butylperoxyd. **) Versuche, bei denen entweder ein Auswandern eintrat oder die wegen hoher Austrittstemperatur unter den Verfahrensbedingungen abgebrochen wurden.

	Peroxyde*) Anzahl und molare Verhältnisse	Modifi ziermittel % Hexan	3	Mantel tempe ratur C	Fortsetzung	Spitzen tempe ratur Block	Durchsatz Gewichts- teile pro Stunde	Um wand lung %	4	Block 19, Tempe ratur ⁰C	Erfindung bzw. Stand der Technik
Ver such	5/0/1/0,5	2,1	Beschik- kungs- tempe- ratur -c	143/160	Spitzen tempe ratur ⁰C	8	1720	14,8	Druck in kg/cm²	310	Erfindung
4	5/0/0/0,5	1,7	143	199/199	293	7	1710	12,0	2460	445**)	britische
5			177		293				2460		Patentschrift
											921 542
	3/2/1/0,5	1,7		199/199		5	1750	12,1		405	Erfindung
6	3/0/0/0,5	1,5	177	199/160	293	7	1710	12,0	2460	425	britische
7			177		293				2460		Patentschrift
											921 542
	3/0/1/0,5	2,0.		199/160		6	1710 bis	12,8		370	Erfindung
8			177		293		1750		2460
	3/2/1/0,5	1,7		199/160		5	1705	12,6		370	Erfindung
9		177	293			2460

*) Bezogen auf das entsprechende Molverhältnis von Lauroylperoxyd/tert.-Butylperisobutyrat/tert.-Butylperacetat/Di-tert.-butylperoxyd. *) Versuche, bei denen entweder ein Auswandern eintrat oder die wegen hoher Austrittstemperatur unter den Verfahrensbedingungen abgebrochen wurden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist also die Gefahr einer überhitzung und damit einer Verkohlung vermindert, und außerdem liefert es höhere Umsetzungsgrade.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf F i g. 1 und 2 näher erläutert, welche die Einführung des Initiators an zwei Stellen in einer rohrförmigen Reaktionszone und die erhaltenen Temperaturkurven entlang der Reaktionszone darstellen, wie sie aus Ablesungen von darauf angeordneten temperaturanzeigenden Elementen gezeichnet wurden.

F i g. 1 zeigt einen Äthylenpolymerisationsversuch, der bei 1898 kg/cm² Druck durchgeführt wurde, wobei das erste Initiatorgemisch, das nahe bei dem Äthylenzuführungsende eingeführt wurde, das folgende molare Verhältnis hatte: Lauroylperoxyd 3,1 zu tert.-Butylperoxyisobutyrat 3,5 zu tert-Butylperoxyacetat 1,0 zu tert.-Butylperoxyd 0,4. An der ersten Initiatqreinführungsstelle war die Zuführungstemperatur des Äthylens 169 bis 174° C. Die zweite Initiatoreinführung erfolgte hinter der ersten, nachdem die Spitzentemperatur von etwa 288⁰C auftrat, wie durch die Kurve A dargestellt ist. Das zweite Gemisch enthielt die folgenden Initiatoren (molare Verhältniss): tert.-Butylperoxyacetat 1,0 zu tert.-Butylperoxyd 0,2 und wurde an einem Punkt B eingeführt, wo das Äthylen-Polymerisat-Gemisch auf einer Temperatur von etwa 244° C war. Dieses zweite Initiatorgemisch bewirkte eine Temperaturspitze von etwa 288° C, wie Kurve C zeigt, und dieser folgte eine Abkühlung auf eine Austrittstemperatur von etwa 249° C. In diesem Beispiel wird gezeigt, daß verschiedene Initiatorgemische verwendet werden können und daß beide Temperaturspitzen so ausgebildet werden können, daß sie den gleichen Wert erreichen.

F i g. 2 zeigt einen anderen Versuch, bei dem die Äthylenpolymerisation bei 2460 kg/cm² Druck durchgeführt wurde und die zweite Temperaturspitze auf einer geringeren Höhe gehalten wurde als die erste. Das Initiatorgemisch für diesen Versuch ist bei Versuch 2 von Beispiel 1 unten beschrieben. Aus F i g. 2 ist zu ersehen, daß die erste Temperaturspitze, die bei Kurve D angegeben ist, etwa 288°C war. Die Initiatoreinführung erfolgte an der Stelle E, und dadurch wurde die Temperatur auf etwa 266⁰C erhöht, wie bei Kurve F angegeben ist. (Es wird bemerkt, daß für diese beiden Figuren nur der durchschnittliche Spitzenwert angegeben ist. Bei den tatsächlichen Versuchen schwankten die Temperaturspitzen um etwa 3 bis 6° C nach oben oder unten, und die Äthylenzuführungstemperatur schwankte ebenfalls um diesen Betrag. Dieses wird in den Beispielen dargestellt, indem der Bereich der Äthylentemperatur an der ersten und zweiten Einführungsstelle wie auch der Bereich der Spitzentemperaturen usw. angegeben wird.)

Fig. 1 und 2 erläutern nur ein paar der vielen Abwandlungen, die bei Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung vorgenommen werden können

(d. h. Äthyleneinführungstemperaturen, verschiedene Initiatorgemische, verschiedene Temperaturspitzen für die beiden gezeigten Figuren usw.).

Wie oben (unter Bezugnahme auf die beiden auf der Zeichnung dargestellten Temperaturprofile) erläutert wurde, wird die Einführung eines Initiatorgemisches in die Reaktionszone durch die Temperatur, die an jeder einer Vielzahl von Einführungsstellen herrscht, und den Typ und die Menge der Initiatoren, die eingeführt werden soll, beherrscht. Die Temperatur, die an irgendeiner der Einführungsstellen herrscht, kann nach Wunsch durch verschiedene Faktoren, einschließlich Wärmekapazität des eintretenden Äthylens, Wärmeübertragung nach einem kühlenden Medium, und Menge und Typ der Initiatoren, der anfangs in der Umgebung dicht bei dem Eintrittsende des Äthylens eingeführt wird, geändert werden. Demgemäß kann ein Temperaturprofil hergestellt werden, daß- eine Mannigfaltigkeit geregelter Formen annehmen kann, was von verschiedenen Herstellungsfaktoren abhängt. So wird, wenn anfangs eine hohe Temperaturspitze erwünscht ist, um erhöhte Umwandlung zu erzielen, eine solche Menge des ersten Initiatorgemisches eingeführt, daß die Polymerisationstemperatur schnell auf eine Temperatur von beispielsweise 302⁰C ansteigt. Wenn eine niedrigere Spitzentemperatur erwünscht ist, um gewisse Polymerisateigenschaften zu erzielen, kann die Äthyleneintrittstemperatur wie auch die Initiatorkonzentration erniedrigt werden, so daß eine Spitzentemperatur von beispielsweise 232° C erreicht wird. Die Spitzentemperaturen können auch von einem Bereich der Reaktionszone nach einem anderen

verlegt werden, wie aus den Zeichnungen hervorgeht. Nach der ersten Spitzentemperatur wird gemäß dem Verfahren nach der Erfindung das zweite Initiatorgemisch an einer Stelle hinter der ersten Einführungsstelle in einem Bereich eingeführt, der so gewählt ist, daß eine maximale Temperaturdifferenz zwischen Einführüngs- und Spitzentemperatur erhalten wird. Die Lage dieser zweiten Einführungsstelle kann etwa 55 bis 65% der Gesamtreaktionsrohrlänge sein,

Katalysatorgemisch abhängen. Die hier angegebenen Beispiele erläutern diesen Punkt sehr deutlich und zeigen auch geeignete molare Verhältnisse für das besondere Ziel jedes Versuchs.

Die Gesamtkonzentration der Initiatoren, die an zwei oder mehr Punkten auf der Länge des Reaktionsrohrs eingeführt werden, ändert sich auch mit den Betriebsdrücken und Temperaturen. So können bei Polymerisationen, die bei einem Druck von 1050 kg/

obgleich diese stark variieren kann, und es ist daher io cm² ausgeführt werden, etwa 500 Teile pro Million unpraktisch, für solche Lagen genaue lineare Ab- auf einer molaren Äthylenbasis verwendet werden, stände anzugeben. Eine dritte Einführungsstelle kann während für Drücke von etwa 2812 bis 3160 kg/cm² an einer geeigneten Stelle hinter der zweiten ange- und höher, d. h. bis zu 4220 kg/cm², die Konzenordnet werden. Die Einführung des zweiten Initiator- tration zweckmäßig auf einen so niedrigen Wert wie gemisches kann beispielsweise an irgendeiner der 15 etwa 5 Teile pro Million auf einer molaren Äthylenverschiedenen Stellen auf der Länge des Reaktions- basis herabgesetzt werden kann, rohres erfolgen, nur vorausgesetzt, daß sie nicht zu Es ist gemäß dem Verfahren nach der Erfindung

dicht an dem Ausgangsende des Reaktionsrohres ist, wünschenswert, für die verschiedenen Initiatoren, die da ein unzulässiger Temperaturanstieg eintreten kann. Feststoffe oder Flüssigkeiten sein können, Lösungs-GewÖhnlich ist es wünschenswert, die Produkte aus 20. mittel zu verwenden. Es wurde gefunden, daß als dem Reaktionsrohr in einen Hochdruckfangtopf bei Lösungsmittel für die Initiatoren geeignete Verbineiner Temperatur von etwa 246 bis 260⁰C abzuziehen. düngen diejenigen der Kohlenwasserstoffklasse sind, Es ist gemäß dem Verfahren nach der Erfindung z. B. paraffinische Kohlenwasserstoffe, wie Pentan, nicht nötig, daß kontinuierlich von einer Stelle für Hexan, Heptan, Cyclohexan, oder aromatische Kohdie Initiatoreinführung zur nächsten Stelle Initiatoren 25 lenWasserstoffe, wie Benzol und Toluol. Bevorzugte vorhanden sind. So kann das erste eingeführte Initia- Lösungsmittel für die Initiatoren sind Gemische aus torgemisch nach der ersten Temperaturspitze (die einem oder mehreren paraffinischen Kohlenwassersich aus der Einleitung der Reaktion und weil diese stoffen mit einem aromatischen Kohlenwasserstoff, exotherm ist, ergibt) im wesentlichen verbraucht Die" Kombination eines paraffinischen und eines sein und die Reaktion im wesentlichen beendet sein, 30 aromatischen Lösungsmittels macht die festen Perbevor das zweite Initiatorgemisch an einer hinter oxyde besser löslich. Ein geeignetes Gemisch ist der ersten gelegenen Stelle eingeführt wird. Hexan und Benzol in Anteilen von 35 bis 50% Hexan

Die Verwendung verschiedener Initiatortypen er- mit 50 bis 65% Benzol. Gemäß dem Verfahren nach laubt es— wie oben ausgeführt wurde —, die Reak- der Erfindung kann eine Lösung der Initiatoren in tionsbedingungen zu variieren und das Temperatur- 35 Kohlenwasserstoffen durch eine geeignete Pumpe profil zu regeln, so daß die Erzeugung gewünschter oder mehrere an zwei oder mehreren Stellen auf der Polymerisateigenschaften erleichtert wird. So kann Länge des Reaktionsrohres eingespritzt werden, das Äthylen bei verschiedenen Temperaturen in das Es sind durch das Verfahren nach der Erfindung

Reaktionsrohr eingeführt werden, beispielsweise bei Polymere des Äthylens mit den besten Eigenschaften so niedrigen Temperaturen wie 107⁰C bis zu so hohen 40 erhalten worden, wenn gewisse Kettenübertragungswie 176,7° C, was von der gewünschten endgültigen mittel bei der Hochdruckpolymerisationsreaktion verUmwandlung und den angestrebten Polymerisat- wendet worden sind, Kettenübertragungsmittel für eigenschaften abhängt. Ebenso können die anfangs den Gebrauch bei der Erfindung können Wasserstoff eingeführten Initiatoren zu Wärmekapazität und oder gesättigte Kohlenwasserstoffe sein, wie Propan, Druck des Äthylens in Beziehung gesetzt werden, und 45 Butan, Isobutan, Pentan, Hexan, Heptan, alicyclische die Menge, der Typ und das Molverhältnis der Initi- Kohlenwasserstoffe, wie Cyclohexan, Methylcyeloatoren können entsprechend variiert werden.

•Beispielhafte Initiatoren mit einer Halbwertszeit
von 10 Stunden bei 43,3 bis 79,4° C, die bei dem
erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden kön- 50 1 bis 6 Kohlenstoffatomen und höhere, besonders nen, sind: 2,4-Dichlorbenzoylperoxyd, Caproylper- primäre und sekundäre Alkohole mit 3 bis 5 Kohlenoxyd, Lauroylperoxyd, tert.-Butylperoxyisobutyrat,
Benzoylperoxyd, p-Chlorbenzoylperoxyd, Diisopropylperoxydicarbonat, Acetylpetoxyd, Decanoylperoxyd und tert-Butylperoxypivalat. Beispiele für Initi- 55 und andere Alkohole Isopropanol, Isobutanol, sek.-atoren, deren Halbwertszeiten von 10 Stunden bei Butanol und Pentanol-1 sind. Es können Ketten-Temperaturen oberhalb 79,4°C liegen, sind: tert- übertragungsmittel im Gemisch mit Äthylen in An-Butylperoxyacetat, tert-Butylperoxybenzoat, Cumyl- teilen von etwa 0,2 bis etwa 6 Molprozent (bis herauf peroxyd, Diäthyldioxyd, tert.-Butylhydroperoxyd, zu 10% für Propan), bezogen auf Gesamtäthylen, Methyläthylketonperoxyd, Di-tert.-butyldiperoxy- 60 verwendet werden.

phthalat, _ Hydroxyheptylperoxyd, Cyclohexanon- Zusätzlich zu den vorhergehenden Kettenüber-

peroxyd, p-Menthanhydroperoxyd, Pinanhydroper- tragungsmitteln können auch aliphatische Ketone oxyd, Cumolhydroperoxyd, Di-tert.-butylperoxyd und in annähernd demselben molaren Anteil verwendet 2,5-Dimethylhexan-2,5-dihydroperoxyd. werden. Bevorzugt werden die Ketone, welche 3 bis

Es ist nicht praktisch, genaue molare Verhältnisse 65 10 Kohlenstoffatome und vorzugsweise 3 bis 5 Kohlender Katalysatortypen für die erste Einführungsstelle stoffatome enthalten, wie Aceton, Diäthylketon, Dianzugeben, da diese Verhältnisse von dem Typ und amylketon, Diisobutylketon, Methylathylketon, Meder an einer zweiten Stelle eingeführten Menge an thylisopropylketon, Äthylbutylketon und Äthylpro

hexan, Cyclopentan, aromatische Kohlenwasserstoffe,
chlorierte Kohlenwasserstoffe und Aldehyde. Geeignet sind auch gesättigte aliphatische Alkohole mit

Stoffatomen. Geeignete primäre Alkohole sind beispielsweise Methanol, Äthanol, Propanol, n-Butanol,
Pentanol und Hexanol, während geeignete sekundäre

pylketon. Es können auch Aldehyde mit annähernd derselben Anzahl Kohlenstoffatome verwendet werden. Beispiele für diese Aldehyde sind Formaldehyd, Acetaldehyd und n-Valeraldehyd. Aldehyde können im molaren Anteil zu Äthylen von 0,05 oder darunter bis 3 Molprozent, bezogen auf Gesamtäthylen, verwendet werden.

• Das Verfahren nach der Erfindung ist auch die Copolymerisation von Äthylen mit anderen äthylenisch ungesättigten Kohlenwasserstoffen anwendbar, wie mit ungesättigten Olefinen mit 3 bis 10 oder mehr Kohlenstoffatomen. Beispiele für solche Olefine sind Propylen, Isobutylen, Buten-1, Hexen-1, 3-Methylbuten-1, 4-Methyibuten-l, Octen-1 und Nonen-1. Es ist gewöhnlich wünschenswert, 0,01 bis 4 Molprozent und vorzugsweise 0,2 bis 3 Molprozent des Gesamtäthylens an solchen ungesättigten Olefinen zu verwenden, was von dem bei dem angewandten Druck gewünschten Schmelzindex abhängt. · Es muß an dieser Stelle erwähnt werden, daß ungesättigte Olefine als Kettenübertragungsmittel wirken.

Obgleich die unten angegebenen Beispiele nur die Verwendung von ungesättigten Olefinen zeigen, können auch andere polymerisierbare äthylenisch ungesättigte Monomere, welche eine Endgruppe vom Vinyltyp, CH₂ = C <, aufweisen, als Comonomere verwendet werden. Beispiele für solche Verbindungen sind Acryl- und Methacrylsäure, substituierte Acrylverbindungen und Ester der Acryl- und Methacrylsäure, wie die Methyl-, Äthyl- oder Stearylester, Vinyl- und Vinylidenverbindungen, z. B. Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, Vinylcarbonsäureester, wie Vinylacetat, Vinylpropionat und substituierte Vinylverbindungen, sowie Vinylverbindungen, die eine Stickstoffgruppe enthalten. Geeignet sind auch Verbindungen wie Styrol, α-Chlorstyrol, Vinylnaphthalin; Vinyläther, wie Vinylmethyläther, Vinylbutyläther und Vinylketone, wie Vinyläthylketon.

Es kann auch jede Kombination der obigen Zusätze verwendet werden, z. B. Hexan und Propylen, um Polymere und Copolymere mit gewissen erwünschten physikalischen Eigenschaften zu erzeugen.

Die Prüfmethoden, die zur Bestimmung der Polymerisateigenschaften verwendet werden, sind die Standardmethoden der Kunststoffindustrie. Die prozentuale Trübung wurde nach ASTM D-1003-56T bestimmt, während der prozentuale Glanz bei 60° einfallendem Licht mit einem Gardner-Glanzmesser gemessen wurde. Die Dichte wurde durch das Verfahren nach ASTM D-1505-60 T bestimmt und der Schmelzindex gemäß ASTM D-1238-57 T.

Beispiell

Dieses Beispiel erläutert zwei Versuche. Einer wurde mit einer Einpunktinjektion (Vergleichsversuch) und der andere mit einer Mehrpunktinjektion (Versuch 2) gemäß dem erfindüngsgemäßen Verfahren gemacht. Die beiden Versuche wurden so weit wie möglich unter identischen Bedingungen durchgeführt.

Initiatorzusammensetzung
(molare Basis)*) Erste Einspritzstelle Lauroylperoxyd ... tert.-Butylperoxyisobutyrat ......

tert.-Butylperoxyacetat

Di-tert.-butylperoxyd

Zweite Einspritzstelle Lauroylperoxyd ... tert.-Butylperoxy-

isobutyrat

tert-Butylperoxy-

acetat

Di-tert.-butylperoxyd

Einspritztemperatur, ° C erste Stelle (Bereich)

Spitzentemperatur, ⁰C (nach der ersten Einspritzstelle) (Bereich)

Einspritztemperatur, ° C zweite Stelle (Bereich)

Spitzentemperatur, ^QC (nach der zweiten Einspritzstelle) (Bereich)

Modifiziermittel-Propylen-Molprozent (Bereich) ...

Umwandlung, %......

Polymerisateigenschaften Dichte, g/cm³ bei

23°C

Schmelzindex

(g/10 Min.) Bereich

Versuch

(Vergleichsversuch)

3,0 2,0 1,0 0,50

176,7 bis 180,6

287,8 bis 292,2

0,90 bis 1,20 9,8

0,924 1,3 bis 2,5

3,0 2,0 1,0 0,50

0 0

1,0

0,2

176,7 bis 179,4

287,2 bis 290,0

231,1 bis 237,8

258,3 bis 269,4

1,18 bis 1,38 12,4

0,923 1,0 bis 2,9

*) Initiator tert.-Butylperoxyacetat wird willkürlich als Bezug füi die molaren. Verhältnisse gewählt.

Synthesebedingungen
Reaktionsdruck
(kg/cm²)

Versuch

(Vergleichsversuch)

2460

Das obige Beispiel zeigt sehr deutlich die Erhöhung in der prozentualen Umwandlung, wenn nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gearbeitet wird. Die Verwendung von Peroxydinitiatorgemischen bei einer Einpunktinjektion führt zwar zu erhöhten Umwandlungen gegenüber der Verwendung eines einzigen Peroxydinitiators, jedoch ist unter identischen Bedingungen das Mehrpunktsystem der Einpunktinjek-

009584/360

I 520

tion (bei Verwendung von Peroxydinitiatormischungen) insofern überlegen, als es ausnahmslos zu Umwandlungssteigerungen in der Größenordnung von 2% oder höher führt, und zu einer Verbesserung einiger Eigenschaften der Polymerisate, wie unten gezeigt wird.

Die Polymerisate der obigen Versuche 1 und 2 wurden ungemischt zu klären Filmen verarbeitet und die folgenden Eigenschaften gemessen:

Eigenschaft

Trübung

Glanz

Langkettenverzweigungsindex

Versuch 1 Versuch 2

10,9
8,0

2,35

8,1
8,7
2,45

Wie man sieht, sind Trübungs- und Glanzwerte für die ungemischten Polymeren bei Versuch 2, bei dem ein Zweipunktinjektionssystem verwendet wurde, besser. Weiter wurde bei verschiedenen dieser Versuche beobachtet, daß die Langkettenverzweigung bei Polymeren, die durch Zweipunktinjektion des Initiators Tiergestellt worden waren, zunahm, ins-

10

besondere bei Synthesedrücken unter etwa 2460 kg/cm². Die Langkettenverzweigung des Polymerisats wurde aus der Austrittsquellung bestimmt, welches die Fähigkeit des geschmolzenen Polymeren ist, aufzuquellen, wenn es aus einer gegebenen öffnung bei einer festgesetzten Temperatur und Scherung austritt. (Bestimmt durch Messungen auf einem Viskosimeter mit hoher Scherung.) Grundlegende Polymerisatprüfungen weisen darauf hin, daß die Austrittsquellung ein Maß für die Schmelzelastizität ist, die ihrerseits in Beziehung steht zu dem Grad der Verzweigung, insbesondere Langkettenverzweigung, in dem Polymerisat. Die Langkettenverzweigung ist bei vielen Polymerisatanwendungen wünschenswert, und diese zusätzliche Möglichkeit der Kontrolle der chemischen Eigenschaften erlaubt die Herstellung »maßgeschneiderter« Polymerisate für gewisse Anwendungen.

Beispiel 2

Dieses Beispiel veranschaulicht verschiedene Versuche, die Abänderungen der Initiatoren und Drücke für erwünschte Produkteigenschaften zeigen.

	3	Versuch	4	5	6

Synthesebedingungen	2110	2110	1898	1476
Reaktionsdruck, kg/cm² .......
Modifiziermittel oder	Propylen	Hexan	Hexan	Hexan
Comonomeres	0,7 bis 1,10	0,75 bis 1,05	0,74 bis 1,00	0,91 bis 1,6
Molprozent (Bereich)
Initiatorzusammensetzung
(molare Basis)
Erste Einspritzstelle	4,0	4,0	3,1	2,0
Lauroylperoxyd	2,53	2,53	3,5	1,6
tert.-Butylperoxyisobutyrat ...	1,0	1,0	1,0	1,0
tert.-Butylperoxyacetat.. .7...	0,38	0,38	0,38	0,63
Di-tert.-butylperoxyd
Zweite Einspritzstelle	0	0	0	0
Lau.ro ylperoxyd .........	0	0	0	0
tert.-Butylperoxyisobutyrat ...	1,0	1,0	1,0	1,0
tert.-Butylperoxyacetat.......	0,16	0,16	0,09	0,5
Di-tert.-butylperoxyd
Einspritztemperator, ° C	160 bis 166,6	169,4 bis 172,2	169,4 bis 172,8	151,7 bis 154,4
(Bereich) erste Stelle
Spitzentemperatur, °.C
(nach erster Einspritzstelle)	287,8 bis 290	287,8 bis 291,7	282,2 bis 291,1	279,4 bis 282,2
(Bereich)
Einspritztemperatur, ⁰C	251,7 bis 257,2	221,1 bis 254,4	234,4 bis 256,7	265,6 bis 268,3
(Bereich) zweite Stelle
Spitzentemperatur, °C
(nach zweiter.Einspritzstelle)	270,6 bis 276,7	276,7 bis 281,1	264,4 bis 271,7	282,2 bis 287,8
(Bereich) .,	11,9	15,5	14,1	13,5
Umwandlung, %
Polymerisateigenschaften	0,923	0,924	0,923	0,921
Dichte, g/cm³ bei 23° C
Schmelzindex (g/10 Min.)	3,0 bis 6,0	2,3 bis 6,3	4,0 bis 7,9	16 bis 30
(Bereich)

Bei den obigen Versuchen ist die beträchtliche
Zunahme der Umwandlung zwischen den Versuchen 3
und 4 auf ungleiche (weniger für Versuch 4) Mengen
Äthylen, die dem Reaktionsrohr zugeführt wurden,
zurückzuführen. Die vier angeführten Versuche zeigen 5
eine Abänderung in den Variablen: Molverhältnisse
des Initiators für die erste und zweite Einführungsstelle, angewandte Drücke und Typ des Comonomermodifizierungsmittels. Die bei all den obigen
Versuchen angegebenen Bereiche zeigen, daß während io
der Versuche sowohl die Molprozent Comonomermodifiziermittel als auch die Einführungstemperaturen
geändert werden.

Claims

Patentanspruch: „

Verfahren zur Polymerisation von Äthylen,
allein oder zusammen mit anderen äthylenisch
ungesättigten Monomeren, die eine Endgruppe
CH₂ = C < aufweisen, in einem Reaktionsrohr
bei Drücken von mindestens 1050 at und bei ^o
Temperaturen von 107 bis 315⁰C in Gegenwart

von freie Radikale bildenden Initiatoren, wobei das Monomere kontinuierlich an einem Ende des Reaktionsrohres und Initiator an mehreren Stellen entlang des Reaktionsrohres eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß an der ersten Einführungsstelle ein Gemisch von mindestens drei Peroxydinitiatoren, das einen größeren Anteil von Initiatoren enthält, die eine Halbwertszeit von 10 Stunden bei Temperaturen von 43,3 bis 79,4° C und voneinander verschiedene, aber überlappende Zersetzungstemperaturbereiche aufweisen, kontinuierlich eingeführt wird und daß nach dem Abklingen des ersten Temperaturanstiegs, der nach der Einführung des ersten Gemisches von Peroxydinitiatoren eintritt, an der zweiten Einführungsstelle ein Gemisch von mindestens zwei Peroxydinitiatoren, die eine Halbwertszeit von 10 Stunden oberhalb 79,4° C und voneinander verschiedene, aber überlappende Zersetzungstemperaturbereiche aufweisen, eingeführt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.

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