DE2204927A1 - Tetraneopen ty ltitan, Verfahren zu seiner Herstellung und seine Verwendung zur Polymerisation von 1-Olefinen - Google Patents
Tetraneopen ty ltitan, Verfahren zu seiner Herstellung und seine Verwendung zur Polymerisation von 1-OlefinenInfo
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
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-
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- C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
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Description
PATENTANWÄLTE . .
21 HAMBURG 90 θ MÜNCHEN 80
München, 2. Februar 197 2 HL 33960
Hercules Incorporated, 910 Market Street, Wilmington, Delaware, USA
Tetraneopentyltitan, Verfahren zu seiner Herstellung und seine Verwendung zur Polymerisation von 1-Olefinen
Die Erfindung betrifft eine neue titanoiganische Verbindung, insbesondere
eine stabile Tetraalkyltitan-Verbindung und ihre Verwendung als Katalysator für die" Polymerisation von 1-Olefinen.
Es ist bekannt, daß Tetraalkyltitan-Verbindungen, wie Tetramethyltitan
oder Tetraäthyltitan, außerordentlich instabil sind und erst bei -5O0C oder noch niedrigeren Temperaturen
existent sind. &o beginnt die Zersetzung von Tetramethyltitan
bereits bei -780C. . '
Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß Tetraneopentyltitan,
d.h. Tetra-(2,2-dimethylpropyl)-titan, bei Raumtemperatur stabil ist und sogar durch Sublimation bei 7O0C im
Hochvakuum gereinigt werden kann..
Die Herstellung von Tetraneopentyltitan kann so erfolgen, daß
man ein Titanhalogenld, wie Titantetr&Ghloria9 M
l?
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22Ü4927
lithium in einem inerten Kohlenwasserstoff-Verdünnungsmittel,
wie Pentan, bei niedriger Temperatur (-780C) umsetzt. Nach ■
dem Entfernen von nicht-umgesetztem Lithiumalkyl wird die
Tetraneopentylverbindung durch Verdampfen des Verdünnungsmittels aus der gelben Lösung isoliert. Der Rückstand sublimiert
bei 700C im Hochvakuum und man erhält das gewünschte
Tetraneopentyltitan in Form eines leuchtend gelben Peststoffs.
Diese neue Alkyltitanverbindung ist thermisch recht stabil. Sie schmilzt bei etwa 600C und bei etwa 10O0C verfärbt sich
die gelbe flüssigkeit nach braun. In Lösung ist ein Erhitzen auf über 1000C notwendig, um eine merkliche Zersetzungsge-BChwindigkeit
zu erreichen. Somit läßt sich die Verbindung leicht handhaben und lagern und stellt eine sehr wertvolle
Alkyltitan-Verbindung dar. Die Verbindung ist sowohl in polaren als auch in nicht-polaren organischen Lösungsmitteln
löslich. Tetraneopentyltitan ist sehr empfindlich gegenüber Sauerstoff. Bei der Hydrolyse nach der Reaktion mit Sauerstoff
erhält man Neopentanol, während man bei der Hydrolyse unter
Ausschluß von Sauerstoff Neopentan erhält.
Die Beispiele beschreiben die Herstellung von Tetraneopentyltitan.
Neopentyllithium wird durch 6stündiges Rühren bei 70 bis 8O0C
von Neopentylchlorid mit Lithiumdraht in Pentan bei einem Mol· verhältnis von 1 t 2 h
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Eine Lösung von 5 mMol TiGl. in 1.00 ml Pentan wird "bei -78°C
unter Vakuum mit 40 ml einer 0,5 molaren Lösung von Heopentyllithium
in Pentan versetzt« Man läßt das Reaktionsgemisch erwärmen und versetzt bei -500C mit Kohlendioxid, um nichtumgesetztes
Alkyllithium auszufällen. Hach dem Zentrifugieren wird die überstehende Flüssigkeit abgetrennt und im Vakuum
zur Trockne eingedampft· Der hellbraune Rückstand wird unter Argon-Schutzgas in ein Sublimationsgefäß übergeführt und bei
70°0 im Hochvakuum sublimiert. Man erhält einen leuchtend
gelben Feststoff mit einer Ausbeute von 4-0 Prozent, bezogen
auf das eingesetzte Titantetrachlorid.
Analyse: H,04 # Ti (ber. für (O5R11)^Ti : 14,43 #).
Die IR- und KMR-Daten zeigen, daß die Neopentylgruppen direkt
mit dem Titanatom verbunden sind und daß das Titan vierwertig vorliegt.
Das Tetraneopentyltitan der Erfindung ist" ein hervorragender
Katalysator für die Polymerisation von 1-Olefinen. Mit diesem
Katalysator können alle 1-Olefine, wie Äthylen, Propylen, Buten-1, Hexen-1 oder Octen-1 sowie Gemische der vorgenannten
Olefine, polymerisiert werden. Das Tetraneopentyltitan kann entweder als aHßiniger Katalysator oder in Verbindung mit einem
Aktivator, z.B. einem Aluminiumalkyl, verwendet werden. Als Aktivatoren sind z.B. aluminiumorganische Verbindungen der
allgemeinen Formel
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z.B.
in der R/ein Alkyl-, Alkenyl-, Cycloalkyl-, Aryl-, Aralkyl- oder Alkarylrest ist, und X und Y die gleiche Bedeutung wie R haben (wobei die Reste gleich oder verschieden sein können), oder ein Halogenatom, ein Wasserstoffatom oder einen Alkoxyrest darstellen. Von besonderer Bedeutung sind die Dialkylaluminiumhalogenide. Spezielle Beispiele für aluminiumorganische Verbindungen sind Trimethylaluminium, Äthylaluminiumdichlorid, Diäthylaluminiumchlorid, Triäthylaluminium, Triisabutylaluminium, Diisobuty!aluminiumhydrid, Äthylalurniniumsesquichlorid , Trioctylaluminium, Tridodecylaluminium, AIuminiumisoprenyl, Triphenylaluminium, Tribenzylaluminium oder Tri-(cyclohexyl)-aluminium. Bei Verwendung eines Aktivators kann sich die Aktivatormenge in weitem Rahmen bewegen. Im / allgemeinen liegt das Molverhältnis von Aluminiumverbindung zur Titanverbindung innerhalb des Bereiches von 0,5 ί 1 bis 100 : 1, vorzugsweise 1 : 1 bis 10· s 1. '■
in der R/ein Alkyl-, Alkenyl-, Cycloalkyl-, Aryl-, Aralkyl- oder Alkarylrest ist, und X und Y die gleiche Bedeutung wie R haben (wobei die Reste gleich oder verschieden sein können), oder ein Halogenatom, ein Wasserstoffatom oder einen Alkoxyrest darstellen. Von besonderer Bedeutung sind die Dialkylaluminiumhalogenide. Spezielle Beispiele für aluminiumorganische Verbindungen sind Trimethylaluminium, Äthylaluminiumdichlorid, Diäthylaluminiumchlorid, Triäthylaluminium, Triisabutylaluminium, Diisobuty!aluminiumhydrid, Äthylalurniniumsesquichlorid , Trioctylaluminium, Tridodecylaluminium, AIuminiumisoprenyl, Triphenylaluminium, Tribenzylaluminium oder Tri-(cyclohexyl)-aluminium. Bei Verwendung eines Aktivators kann sich die Aktivatormenge in weitem Rahmen bewegen. Im / allgemeinen liegt das Molverhältnis von Aluminiumverbindung zur Titanverbindung innerhalb des Bereiches von 0,5 ί 1 bis 100 : 1, vorzugsweise 1 : 1 bis 10· s 1. '■
Die Polymerisation kann als diskontinuierliches oder kontinuierliches
Verfahren durchgeführt werden. Im allgemeinen wird die Polymerisation in Gegenwart eines flüssigen Verdünnungsmittels,
z.B. eines flüssigen Kohlenwasserstoffs, durchgeführt.
Es können aliphatische, cycloaliphatische oder aromatische Kohlenwasserstoffe verwendet werden, die keine äthylenische
Ungesättigtheit aufweisen. Spezielle Beispiele sind Pentan, Hexan, Heptan, Isooctan, Decan, Cyclohexan, Benzol, Toluol oder
Xylol. Die Polymerisation kann als Lösungspolymerisation oder als Polymerisation in heterogener Phase bei Temperaturen oberhalb
oder unterhalb der Temperatur, bei der das Polymerisat in Lösung geht, durchgeführt werden.
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Das Tetraneopentyltitan kann auch auf einen festen Trägerstoff aufgebracht und in dieser Form als Katalysator für die Polymerisation
verwendet werden. Es sind alle oxidischen Trägermaterialien, wie Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Thoriumoxid
oder Titanoxid, als Trägerstoffe geeignet. Es können sowohl
teilchenförmige Stoffe als auch die gemischten Alumosilikate verwendet werden. Der Trägerstoff kann mit dem Tetraneopentyl-
sein. ■ . ■ · .
titan imprägniert/und/oder mit dem Tetraneopentyltitan in ver
schiedener Weise reagiert haben. Eine der einfachsten Methoden
besteht darin, eine Kohlenwasserstofflösung der Titanverbindung mit dem Oxid-Trägerstoff zu vermischen und anschließend das
Kohlenwasserstoff-Verdünnungsmittel zu entfernen. Die Menge der
auf dem Trägerstoff befindlichen Titanverbindung kann in weitem
Rahmen variieren, liegt jedoch im allgemeinen im Bereich von etwa 0,01 bis etwa 0,4 mMol pro Gramm des Trägerstoffs.
Die Polymerieationstemperatur hängt von der Art des Verfahrens ab. Sie liegt im allgemeinen innerhalb des Bereiches von
etwa 0 bis etwa 1200C. Es können Jedoch auch höhere oder nie
drigere Temperaturen angewendet werden. Es können beliebige Drücke von unterhalb Atmosphärendruck bis zu 30 Atmosphären
oder mehr angewendet werden. ' .
.Die folgenden Beispiele beschreiben die Polymerisation von
1-Olefinen unter 'Verwendung des Tetraneopentyltitan-Kataly-
sators der Erfindung. .....
" 209834/1*30
- 6 Beispiel 2
Eine Heptanlösung des Tetraneopentyltitans, hergestellt gemäß
Beispiel 1,wird bei Raumtemperatur einige Tage stehen gelassen. Die Lösung verfärbt sich während dieser Zeit von gelb nach
dunkelgrün. Ein Teil dieser Lösung, der 1,0 χ 10"4 Mol der
Titänverbindung enthält, wird in ein unter Argon-Schutzgas · '
stehendes Polymerisationsgefäß eingespritzt, das 300 ml gereinigtes Heptan enthält. Nach der Gleichgewichtseinstellung bei
8O0C wird das Polymerisationsgefäß mit Äthylen bis zu einem
Druck von 2)10 atü beaufschlagt. Das Reaktionsgemisch wird
4,5 Stunden bei 8O0C gerührt, anschließend wird das Reaktionsgefäß belüftet und abgekühlt. Das so hergestellte Polyäthylen
wird durch Filtration abgetrennt und getrocknet. Man erhält 3 g pro Millimol der Titanverbindung* Dies entspricht 0,4 g
pro Millimol Titan pro Atmosphäre pro Stunde.
Ein mikro-kugelförmigee Siliciumdioxidgel wird 48 Stunden auf
70O0C erhitzt und nach dem Abkühlen bei Raumtemperatur unter
Ausschluß von Luft gelagert. 8,36 g dieses Siliciumdioxids werden erneut unter Argon-Schutzgas getrocknet und anschliessend
mit einer Lösung von 1,14 x 10 J Mol des in Beispiel 1
hergestellten Tetraneopentyltitans in Pentan behandelt. Nach dem Verdampfen des Pentans erhält man einen gelb gefärbten
Katalysator, der 0,66 Prozent Titan oder 0,136 mMol Titanverbindung
pro Gramm Siliciumdioxid enthält. 0,47 g dieses Katalysators werden in ein 750 ml fassendes Reaktionsgefäß gegeben,
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das 300 ml Heptan unter Argon-Schutzgas enthält. Das Reaktionsgefäß
wird verschlossen und mit Äthylen bis zu einem Druck von 2,10 atü beaufschlagt. Dann wird die Temperatur allmählich gesteigert.
In der Nähe von 500C beginnt die Polymerisation und
diese Temperatur wird 67 Stunden aufrecht erhalten. Dann wird der Reaktor belüftet und nach dem Abkühlen wird der Gefäßinhalt
filtriert. Man erhält 8,3 g Polyäthylen, d.h. 130 g pro mMol
Titan, entsprechend 1,0 g/mMol/at/Std..
Beispiel 3 wird wiederholt, jedoch wird die Polymerisation 19 Stunden bei 900C durchgeführt. Die Ausbeute an festem Polyäthylen
beträgt 8,9 g. Darüber hinaus werden 1,3 g lösliches Polymerisat erhalten. Dies entspricht- 160 g/mMol Titan, entsprechend
8,5 g/mMol/at/Std.
Beispiel 3 wird wiederholt, jedoch wird der Katalysator mit einer Menge an Äthylaluminiumdichlorid versetzt, die 1 Mol
Aluminium pro Mol Titan entspricht. Man erhält Polyäthylen mit einer Geschwindigkeit von 1,2 g/mMol/at/Std.
Beispiel 3 wird wiederholt, jedoch wird der Katalysator mit einer Menge an Triathylaluminium versetzt, die 1 Mol Aluminium
pro Mol Titan entspricht. Man erhält Polyäthylen mit einer Ge-
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schwindigkeit von 1,6 g/mMol/at/Std.
Gemäß Beispiel 3 wird ein Katalysator hergestellt, jedoch wird ein niedrigerer Titangehalt, nämlich 0,12 mMol Tetraneopentyltitan
pro Gramm Siliciumdioxid^ verwendet. Die Äthylenpolymerisation wird gemäß Beispiel 3 durchgeführt, jedoch wird in den
Polymerisationsansatz eine Menge an Diäthylaluminiumchlorid eingespritzt,
die 2 Mol Aluminium pro Mol Titan entspricht, wobei 0,46 g des Titan-auf-Siliciumdioxid-Katalysators verwendet werden.
Die Polymerisation wird 19 Stunden bei 5O0C durchgeführt.
Man erhält 6,1 g Polyäthylen, entsprechend 110 g/mMol Titan , oder 2,8 g/mMol/at/Std.
1,08 g des in Beispiel 3 hergestellten Katalysators werden für die Propylenpolymerisation nach dem in diesem Beispiel beschriebenen
Verfahren verwendet. Die Polymerisation wird 66 Stunden bei 500C unter einem Propylendruck von 230 atü durchgeführt.
Man erhält 1,8 g Polypropylen, entsprechend 12,2 g pro mMol Titan.
Beispiel 8 wird wiederholt, jedoch wird zu Beginn der Polymerisation
eine Menge an Diäthylaluminiumchlorid zugesetzt, die 8 Mol Aluminium pro Mol Titan entspricht. Die Polymerisation
wird 19,7 Stunden durchgeführt. Man erhält 2,9 g Polypropylen,
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- 9 -' entsprechend 19,7 g pro mMol !Pitan.
Patentansprüche
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Claims (11)
- - ίο -Patentansprüche 1J Tetraneopentyltitan.
- 2. Polymerisationskatalysator, dadurch gekennzeichnet, daß er Tetraneopentyltitan auf einem festen Trägerstoff verteilt enthält.
- 3. Katalysator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Trägerstoff Siliciumdioxid ist.
- 4. Verfahren zur Polymerisation von 1-Olefinen, dadurch gekennzeichnet, daß man mindestens ein 1-Olefin mit einem Tetraneopentyltitan enthaltenden Katalysator in Berührung bringt.
- 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Tetraneopentyltitan auf Siliciumdioxid verteilt ist.
- 6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator durch Zusatz einer aluminiumorganischen Verbindung aktiviert ist.
- 7. Verfahren naoh Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator durch Zusatz eines Dialkylaluminiumhalogenids aktiviert ist.
- Θ. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Dialkylaluminiumhalogenid Diäthylaluminiumchlorid ist.
- 9. Verfahren naoh einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Äthylen oder Propylen polymerisiert wird.209834/1230
- 10. Verfahren zur Herstellung von Tetraneopentyltitan, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Titanhalogenid mit Neopentyllithium in einem inerten Kohlenwasserstoff-Verdünnungsmittel bei niedriger Temperatur umsetzt.
- 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung bei einer Temperatur von etwa -70 bis -5O0C durchführt.209834/1230
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