DE2256780A1 - Verfahren zur polymerisation von alpha-olefinen - Google Patents
Verfahren zur polymerisation von alpha-olefinenInfo
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Description
PATENTANWÄLTE
DR. ING. A. VAN DER WERTH DR. FRANZ LEDERER
21 HAMBURG 90 8 MÜNCHEN 80
München, 30. Oktober 1972 S. 71/62
Solvay & Cie.
33» Sue da Prince Albert, Brüssel, Belgien
33» Sue da Prince Albert, Brüssel, Belgien
Verfahren zur Polymerisation von alpha-Olefinen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Polymerisation von
alpha-Olefinen, ein Verfahren zur Herstellung von katalytischen Elementen, die für diese Polymerisation anwendbar sind
und die nach diesem Verfahren hergestellten, katalytischen Elemente.
Es ist bereits bekannt, alpha-Olefine stereospezifisch in Anwesenheit
eines katalytischen Systems, das eine feste Verbindung von TiCIv mit einem Metallhalogenid umfaßt, und eines
aus einer organischen Verbindung von Aluminium gebildeten Aktivators zu polymerisieren.
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Lie festen Verbindungen dieses Typs können hergestellt v/erden,
indem die Reduktion von TiCl. mit Hilfe von metallischem Aluminium durchgeführt wird. Das Reaktionsprodukt enthält
TiCl, und AlClx.
Die bei der Polymerisation von alpha-Olefinen verwendeten
Zusammensetzungen führen jedoch zu wesentlichen Mengen an amorphem Polymerem.
Um die stereospezifische Wirkung dieser katalytischen Systeme
zu verbessern, wurde bereits vorgeschlagen, die Menge an in dem reduzierten Feststoff vorhandenen Aluminiumderivaten zu
vermindern. Da jedoch die isomorphen Verbindungen TiCl-, und
AlCl, mischkristallisieren, können sie nicht nach klassischen Methoden voneinander getrennt werden.
Zu diesem Zweck wurde bereits die Verwendung von Komplexierungsmitteln
oder Komplexbildnern vorgeschlagen.
So ist beispielsweise in der belgischen Patentschrift 610
ein Verfahren zur Herstellung von TiCl, beschrieben, bei welchen die Reduktion von TiCl. durch Aluminium in Anwesenheit eines
Komplexbildners durchgeführt wird, der mit dem gebildeten Aluminiumchlorid im Verlauf der Reaktion einen Komplex auszubilden
vermag. Dieser Komplex ist in dem Komplexbildner löslich.
In der belgischen Patentschrift 655 308 ist ein Verfahren zur
Herstellung einer katalytischen Zusammensetzung beschrieben, bei welchem eine violettes TiCl, enthaltende Zusammensetzung
in Anwesenheit einer kleinen Menge eines Monoäthers oder eines Monoketons verrieben wird. Die katalytische Zusammensetzung
wird durch Reduktion des TiCl. durch pulverförmiges, metallisches
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Aluminium in Anwesenheit von AlCl, erhalten. Mit diesen
katalytischen Zusammensetzungen erhält man Polymere, deren Gehalt an amorphen Produkten geringer jedoch immer noch
zu hoch ist, ;
Während jedoch die Verwendung von Komplexbildnern "bei der
Herstellung des katalytischen Elementes die Aktivität der bislang angewandten, katalytischen Systeme verbessert, bleibt
diese jedoch schwach. .
Es wurde nun gefunden, daß es möglich ist, katalytische Elemente
aus durch Reduktion von TiCl,. durch ein Metall erhaltenem TiCl-,
4
herzustellen, welche zu katalytischen Systemen führen, die eine stark verbesserte Aktivität und eine außergewöhnlich hohe .
Stereospezifität aufweisen.
Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Polymerisation von alpha-Olefinen, bei welchem man in Anwesenheit eines Aktivators
arbeitet, der eine metallorganische Verbindung von Metallen der Gruppen Ia, Ha, Hb oder IHb des Periodensystems
und ein festes, katalytisches Element enthält, das erhalten wird, indem man
a) TiCl. mittels eines reduzierenden Metalls der Gruppen Ia,
Ha, Hb oder IHb des Periodensystems unter Bildung eines Doppelchlorides von Titan und reduzierendem Metall reduziert,
b) das so hergestellte Doppelchlorid mit einem Komplexbildner behandelt,
c) das so behandelte Doppelchlorid mit TiCl. reagieren läßt,
d) das so hergestellte, katalytische Element abtrennt.
Die Erfindung betrifft ferner das Verfahren zur Herstellung
des festen, katalytischen Elementes und des katalytischen Elementes selbst.
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Die lieduktion von TiCl^ zu einem Doppel Chlorid von Titan
und reduzierendem Metall wird mit Hilfe eines reduzierenden Metalls durchgeführt, das aus den Metallen der Gruppe Ia,
11a, Hb und IHb des Periodensystems ausgewählt wird. Von
diesen reduzierenden Metallen seien als Beispiele aufgeführt: Kalium, Natrium, Magnesium, Zink, Calcium, Strontium, Barium,
Aluminium und Bor. Bevorzugt verwendet man Magnesium und Aluminium. Die besten Ergebnisse werden erhalten, wenn das
reduzierende Metall Aluminium ist. Gleicherweise ist es möglich, eine Legierung von zwei oder mehreren, reduzierenden
Metallen zu verwenden.
Das Doppelchlorid von Titan und reduzierendem Metall wird hergestellt, indem das T1CI4 mit dem fein zerteilten, vorzugsweise
in Form eines Pulvers vorliegenden, reduzierenden Metalls, gegebenenfalls in Anwesenheit eines Verdünnungsmittels,
in Berührung gebracht wird. Die Reduktion des TiCl^ zu
TiCl, wird vorteilhafterweise unter Bildung einer Suspension bei einem Verhältnis von 1 Mol TiCl^ zu 0,1 bis 1 und vorzugsweise
0,2 bis 0,5 Grammatom des reduzierenden Metalls in 0,1 bis 30 und vorzugsweise 2 bis 10 Mol des Verdünnungsmittels
und unter Erwärmung der Suspension bis auf eine. Temperatur
zwischen 80 ° und 300 0C und vorzugsweise zwischen 100 °
und 200 0C durchgeführt. Bevorzugt wird bis zur Rückflußtemperatur
erhitzt. Die Kristallinität des erhaltenen Doppelchlorides hängt von der Erhitzungsdauer und der Reduktionstemperatur ab. Ganz allgemein wurde gefunden, daß höhere Herstellungstemperaturen
ein erhöhtes Ausmaß der Kristallinität in relativ kurzen Zeitspannen ergeben. Obwohl dies nicht
kritisch ist, sollte die Dauer ausreichen, damit die Reaktion praktisch vollständig ist und damit auch die Umwandlung von
TiCl. in Doppelhalogenid von Titan und reduzierenden Salzen. Die Zeitspanne liegt im allgemeinen in der Größenordnung
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von 15 Minuten bis 24 Stunden, vorzugsweise von 1 bis 6 Stunden, in Abhängigkeit von der verwendeten Reaktionstemperatur.
Die Reduktion kann durch bestimmte Verbindungen wie AlCl-, katalysiert werden.
Das Pulver des reduzierenden Metalls kann beispielsweise durch hahlen erhalten werden. Gleicherweise kann die Reduktion in
einer Mühle oder einer Zerkleinerungsapparatur durchgeführt
werden. Die bei der Reduktion anwendbaren 'Verdünnungsmittel sind vorzugsweise aromatische Kohlenwasserstoffe, kohlenwasserstoff
artige, .aliphatische und.cycloaliphatische Verdünnungsmittel
sowie deren Gemische.
Das Doppelchlorid von Titan und reduzierendem Metall, das auf
diese Weise hergestellt wurde, wird anschließend von seinem Herstellungsmedium durch eine bekannte, beliebige Arbeitsweise
wie Filtration, Dekantieren oder· Zentrifugieren abgetrennt.
Die angenäherte Zusammensetzung des so hergestellten Doppelchlorides
von Titan und reduzierendem Metall kann durch die allgemeinen Formel nTiCl^.MCl wiedergegeben werden, worin
η eine beliebige Zahl, z. B. 0<n<3 und vorzugsweise 2<n<3,
'M das oben angegebene, reduzierende Metall und χ die Wertigkeit des reduzierenden Metalls sind.
Die genaue Art dieser Zusammensetzung ist veränderlich und
eine Funktion von zahlreichen Faktoren wie beispielsweise der Art des Verdünnungsmittels, der Teniperatur und der Dauer
der Reduktionsreaktion, Sie ist für die Folgereaktion der Herstellung des katalytischen Elementes ,ohne Einfluß.
Die katalytischen Eigenschaften des auf diese Weise hergestellten Doppelchlorides von Titan und reduzierendem Metall sind
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für die stereospezifische Polymerisation von alpha-Oleiinen
nur von geringem Einfluß. Die Stereospezifität und seine Aktivität sind nur mittelmäßig.
Gemäß der Erfindung wird das Doppelchlorid von Titan und
reduzierendem Metall anschließend mit einem Komplexbildner behandelt, der aus Verbindungen ausgewählt wird, die zur
Ausbildung von Komplexen mit dem Chlorid des reduzierenden Metalls fähig sind.
Bevorzugt werden organische Verbindungen angewandt, welche ein oder mehrere Atome oder Gruppierungen aufweisen, die
ein oder mehrere, freie Elektronenpaare besitzen, die die Koordinierung mit dem reduzierenden Metall sicherstellen können.
Diese Verbindungen weisen 1 bis 30 Kohlenstoffatome pro Elektronen abgebendem Atom oder Elektronen abgebender Gruppierung
auf.
Unter den Atomen, welche zur Abgabe von einem oder mehreren, freien Elektronenpaaren in der Lage sind, können die Atome
von Nichtmetallen der Gruppe V und VI des Periodensystems genannt werden, wie beispielsweise Sauerstoff, Schwefel,
'Stickstoff, Phosphor, Antimon und Arsen.
Als vorteilhafte Beispiele von Verbindungen, welche zur Abgabe von einem oder mehreren Elektronenpaaren fähige "Gruppierungen
umfassen, können die Äther, Thioäther, Thiole, Phosphine, Stibine, Arsine, Amine, Amide, Ketone und Ester genannt werden.
Vorzugsweise werden Komplexbildner der folgenden allgemeinen
Formeln verwendet:
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R'-O-R", H1 -S-R", R'.-SH, H'-N-R1", K'-BH und E'-HH2, in
E" 'E"
welchen R', R" uiidR"' Kohlenwasserstoffreste sind, die 1
bis 15 Kohlenstoffatome umfassen und vorzugsweise Alkyl-,
Aryl-, Arylalkyl-, Alkylaryl- oder Cycloalkylreste sind, wobei R1, R" und R"1 untereinander gleich oder verschieden
sein können.
Die besten Ergebnisse weröen—:b€i--Verwendung von Komplexbildnern'der
allgemeinen Formel E1-0"-^Ef1-'^rEaTEM,""worin R1
ein aliphatischer Rest ist, der 2 bis 8 Kohlenstoffatome, und
vorzugsweise 4 bis 6 Kohlenstoffatome aufweist.
Die Behandlung des Doppelchlorides von Titan und reduzierendem Metall mit Hilfe des Komplexbildners wird vorteilhafterweise
in Anwesenheit eines inerten Verdünnungsmittels durchgeführt, welches unter den für gewöhnlich bei der Polymerisation
von Olefinen verwendeten Verdünnungsmitteln und vorzugsweise unter den aliphatischen und cycloaliphatischen Kohlenwasserstoffen
mit 5 bis .12 Kohlenstoffatomen ausgewählt wird. Das
für gewöhnlich angewandte Verdünnungsmittel ist Hexan. Kan kann dieselbe Art des Verdünnungsmittels in Jeder Stufe der
Herstellung des katalytischen Elementes verwenden. Das'Doppelchlorid
von Titan und reduzierendem Metall wird durch Rühren in Suspension gehalten. Die Verdünnungsmittelmenge
wird so ausgewählt, daß der Gehalt an Doppelchlorid von Titan und reduzierendem Metall zwischen 0,03 und Λ Hol TiCl-, pro
Liter Verdünnungsmittel und vorzugsweise zwischen 0,3 und 2 Mol TiCl-, pro Liter Verdünnungsmittel !Legt. Die Temperatur
bei der Behandlung soll um so höher liegen, je geringer die Konzentration des Komplexbildners in dem Verdünnungsmittel
ist. ' -
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Vorteilhafterweise wird bei einer zwischen 0 und 80 0C liegenden
Temperatur gearbeitet.
Die Behandlungsdauer ist nicht kritisch. Bevorzugt wird eine Zeitspanne oberhalb 5 Minuten und unterhalb 24 Stunden angewandt.
Die eingesetzte Komplexbildnermenge liegt oberhalb 0,5 Hol und vorzugsweise 1 Hol pro Mol TiCl-,, welches in dem Doppelchlorid
von Titan und reduzierendem Ketall vorliegt. Die besten Ergebnisse werden bei Verwendung einer Komplexbildnermenge
erhalten, welche zwischen 1,2 Mol und 5 Mol pro Mol TiCl-,, welches in dem Doppelhalogenid von Ti und reduzierendem Metall
vorliegt, liegt.
Der so behandelte Festkörper kann gegebenenfalls von dem Behandlungsmedium durch Dekantieren oder Filtration abgetrennt
und mit inertem Verdünnungsmittel gewaschen werden.
Der behandelte Festkörper wird anschließend mit TiCl. so in
Kontakt gebracht, daß das katalytisch^ Element der Erfindung gebildet wird.
Die Reaktion des behandelten Festkörpers mit TiCl^ kann mit
reinem TiCl. oder aber in Anwesen!
nungsmittels durchgeführt werden.
nungsmittels durchgeführt werden.
reinem TiCl. oder aber in Anwesenheit eines inerten Veroün-
Im letzteren Fall liegt die Konzentration an TiCl^ oberhalb
5 Volumenprozent und vorzugsweise zwischen 20 und 40 Prozent;.
Die Reaktion des behandelten Festkörpers mit TiCl4 wird bei
einer Temperatur zwischen -JO und + 135 C u*id vorzugsweise
zwischen 20 ° und 80 0C durchgeführt. Die besten Ergebnisse
werden erhalten, wenn die Temperatur zwischen 40 ° und 70 0C
liegt.
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ORlGHNAL INSPECTED
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Jjie Keaktionsd.au er ist nicht kritisch, vorteilhaft erweise
liegt sie oberhalb 5 Minuten und unterhalb 24- Stunden.
Im Verlauf der Bildungsreaktion des katalytischen Elementes wird der behandelte Festkörper durch mäßiges Rühren in
Suspension gehalten. .
Das katalytisch^ Element wird von seinem Reaktionsmedium ~
durch Filtrieren oder, Dekantieren abgetrennt und mit Verdünnungsmittel
gewaschen, um restliches TiCl^, sowie die Nebenprodukte
der Keaktion abzutrennen.
Es ist auch möglich, gleichzeitig die Behandlung mit dem
komplexbildner und die Reaktion mit TiClz durchzuführen.
In diesem Fall sind die Behandlungsbedingungen im großen und ganzen mit denjenigen identisch, die' zuvor für den Fall
beschrieben wurde, bei welchem die beiden Stufen aufeinanderfolgend durchgeführt wurden.
Die spezifische Oberfläche-des erfindungsgemäßen, katalytischen
Elementes ist sehr hoch. Sie liegt in der Größenordnung von 100 m /g. Die spezifische Oberfläche von klassischen, kataly-'
'tischen Elementen, welche keine Behandlung gemäß der Erfindung erfahren haben, liegt dagegen in der. Größenordnung von nur 40
Die erfindungsgemäßen, katalytischen Elemente werden zur Polymerisation
von alpha-Ölefinen angewandt und ermöglichen die
Gewinnung von hochkristallinen Polymeren. Diese v/erden zusammen
mit einem Aktivator angewandt, der aus metallorganischen Verbindungen
von Metallen der Gruppen Ia, Ha, Hb' und IHb des Periodensystems und vorzugsweise aus organischen Verbindungen
von Aluminium der Formal AIR X-, , worin
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1ί ein 1 bis 18 Kohlenstoffatome und vorzugsweise 1 bis
12 Kohlenstoffatome enthaltender Kohlenwasserstoffrest
in l'Orm eines Alkyl-, Aryl-, Arylalkyl-, Alkylaryl-
oder Gycloalkylrest ist und v/obei die besten Ergebnisse erhalten werden, wenn R ein 2 bis 6 Kohlenstoffatone
enthaltender Alkylrest ist,
X Fluor, Chlor, Brom oder Jod als Halogen ist, v/obei die
besten Ergebnisse erhalten werden, wenn X Chlor ist,
m eine beliebige Zahl wie ü<m<3 und vorzugsweise 1,5<.
ist, wobei die besten Ergebnisse erhalten v/erden, wenn m gleich 2 ist,
ausgewählt wird.
Biäthylaluminiumchlorid sichert maximale Aktivität und maximale
Stereospezifität des katalytischen Systems.
Die oben beschriebenen, katalytischen Systeme sind zur Polymerisation
von Olefinen mit endständiger Unsättigurig geeignet, deren Molekül 2 bis 18 und vorzugsweise 2 bis 6 Kohlenstoffatome
enthält, wie beispielsweise Äthylen, Propylen, Büten-(1), Penten-(1), Methylbutene-(i), Hexen-(1), 3- und 4-Methylpentene-(i)
und Vinylcyclohexen. Insbesondere sind sie zur Polymerisation von Propylen, Buten-(1) und 4-Hethylpenten-(i)
zu kristallinen Polymeren, die in starkem Tiaße isotaktisch sind, vorteilhaft. Sie können ebenfalls av.^ die Copolymerisation
dieser alpha-Olefine untereinander sowie mit 4- bis
18 Kohlenstoffatome umfassenden Diolefinen angewandt werden.
Vorzugsweise sind die Diolefine aliphatische, nichtkonjueierte
Diolefine wie Hexadien-(1,4·), monocyclische, nichtkonjugierte
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Diolefine wie 4-Vinylcyclohexen, eine endocyclische Brücke
aufweisende, alicyclische Diolefine wie Dicyclopentadien,
hethylen- und Äthylidennorbornen und konjugierte, aliphatisch^
Diolefine wie Butadien oder Isopren.
Sie sind auch bei der Herstellung von sogenannten Blockcopoly-Keren,
\irelche aus alpha-Olefinen und Diolefinen gebildet werden,
anwendbar* Diese Blockcopolymerisate bestehen aus· Aufeinanderfolgen
von Kettensegmenten mit variablen Längen; jedes Segment besteht aus einem Homopolymerisat eines alpha-Olefins
oder aus einem statistischen.Copolymerisate welches ein alpha-Olefin
und wenigstens ein Gomonomeres in Form eines alpha-Olefins
oder eine Diolefins umfaßt. Die alpha-Olefine und
die Diolefine gehören zu den bereits oben genannten Verbin-' düngen. :
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders zur Herstellung
von Propylenhomopolymeren und von Copolymeren, welche insgesamt
wenigstens 50 Gewichtsprozent Propylen und vorzugsweise
75 Gewichtsprozent Propylen enthalten, anwendbar.
Die Polymerisation kann nach einer beliebigen, bekannten Verfahrensweise durchgeführt werden, z. B. in Lösung oder
in Suspension in einem Lösungsmittel oder einem Kohlenwasser
stoff verdünnungsmittel, wobei vorzugsweise alipnatische
oder cycloaliphatische Kohlenwasserstoffe wie Butan, Pentan,
Hexan, Heptan, Cyclohexan, Methylcyclohexan oder' deren
Gemische gewählt werden. Ebenfalls kann die Polymerisation in dem Monomeren oder einem der Monomeren, welches
in flüssigem Zustand oder auch in gasförmiger Phase gehaltenwird, durchgeführt werden.
Die Polymerisationstemperatur wird im allgemeinen zwischen
20 ° und 200 0C und vorzugsweise beim Arbeiten in Suspension
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ORIGINAL INSPECTED
zwischen 50 ° und 80 0C gewählt. Der Druck liegt im allgemeinen
zwischen atmosphärischem Druck und 50 Atmosphären
und vorzugsweise zwischen 10 und 25 Atmosphären. Dieser Druck ist natürlich eine Punktion der angewandten Temperatur.
Die Polymerisation kann kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgerührt werden.
Die Herstellung der genannten Blockcopolymerisate kann gleichfalls
nach bekannten Verfahrensweisen erfolgen. Bevorzugt wird eine Zweistufenarbeitsweise angewandt, welche darin
besteht, ein alpha-Olefin, im allgemeinen Propylen, nach
der zuvor beschriebenen Methode zur Homopolymer!sation zu
polymerisieren. Anschließend wird das andere alpha-Olefin und/oder Diolefin, im allgemeinen Äthylen, in Anwesenheit
der noch aktiven Homopolymerisatkette polymerisiert. Diese zweite Polymerisation kann erfolgen, nachdem das im Verlauf
der ersten Stufe nicht umgesetzte Monomere vollständig oder
teilweise entfernt wurde.
Die metallorganische Verbindung und das katalytische Element •können dem Polymerisationsmedium getrennt zugefügt werden.
Gleicherweise kann man' sie bei einer zwischen -4-0 ° und 80 0C
liegenden Temperatur während einer Zeitspanne, die bis zu 2 Stunden betragen kann, in Kontakt bringen, bevor sie in
das lieaktionsgefäß für die Polymerisation eingeführt werden.
Die Gesamtmenge der eingesetzten, metallorganischen Verbindung ist nicht kritisch; sie liegt im allgemeinen oberhalb
von 0,1 miiol pro Liter des Verdünnungsmittels, des flüssigen
Monomeren oder des Volumens des Reaktionsgefäßes, und sie liegt vorzugsweise oberhalb 1 mMol pro Liter.
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Die Menge, des eingesetzten, katalytischen Elementes wird
in Abhängigkeit von seinem Gehalt an TiCl7 bestimmt. - Sie
wird, im allgemeinen so ausgewählt, daß die Konzentration
des Polymerisationsmediums oberhalb von 0,01 mMol TiCl7 pro
Liter des Verdünnungsmittels, des flüssigen Monomeren oder
des Volumen des Eeaktionsgefäßes und vorzugsweise oberhalb von 0,2 niMol pro Liter liegt.
Das Verhältnis der Mengen von metallorganischer Verbindung
und katalytischem Element ist ebenfalls nicht kritisch. Im allgemeinen wird es so ausgewählt, daß das Molverhältnis von
metallorganischer Verbindung zu in dem Element vorliegendem TiCl7 zwischen 0,5 und 10 und vorzugsweise zwischen 1 und
liegt* Die besten Ergebnisse werden erhalten, wenn das Molverhältnis
zwischen 2 und 5 liegt.
Das Molekulargewicht der gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellten Polymeren kann durch Zugabe von einem oder mehreren Molekulargewichtsreglern Wie Wasserstoff, Diäthylzink*
Alkoholen, Äthern und Alkylhälogeniden zu dem Polymerisationsmedium
gesteuert werden.
f Die Stereospezifität der katalytischen Elemente gemäß der
Erfindung ist außergewöhnlich hoch* Beispielsweise ist der
Anteil von amorphem Polypropylen bei der Homopolymerisätion von Propylen, bestimmt durch Messung des Gewichtes von in
Hexan bei der Polymerisation und beim Waschen löslichen Polypropylen bezogen auf das gesamte, im Verlauf der Polymerisation
erzeugte Polypropylen geringer als 7 % und beinahe
immer geringer als 5 %· Die Stereospezifität der bekannten
Doppelchloride' ist viel schlechter: diese katalytisch^ Elemente
erzeugen unter denselben Bedingungen lösliches Polypropylen '
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in einer Größenordnung von 10 %. Die Zugabe von Ivomplcxbidlnern
in das Polymerisationsmediuni vermindert nicht in starkem llaße den Gehalt an amorpher fraktion von Polypropylen
und ergibt iui alicemeinen ein Absinken der Aktivität.
Darüber hinaus ist das gemäß der Erfindung hergestellte, unlösliche Polymere außergewöhnlich stark isotaktisch und
besitzt eine außergewöhnlich hohe Kristallinität. Wegen der
erhöhten ütereocpezifität der verwendeten Katalysatoren ermöglicht
das erfindungsgemäße Verfahren zur Polymerisation die Vereinfachung und oft sogar das Unterlassen der Reinigung
des gebildeten Polymeren von amorpher Fraktion.
Darüber hinaus ist die Aktivität der katalytischen Elemente
gemäß der Erfindung höher als diejenige handelsüblicher Katalysatoren. Beispielsweise liegt sie bei der Eomopolynerisetion
von Propylen in der Größenordnung von 450 g unlöslichem
Polypropylen pro Stunde und pro Gramm in dem katalytischen Element enthaltenem TiCl,.
Die Aktivität bekannter Katalysatoren liegt lediglich in der Größenordnung von 550 β unlöslichem Polypropylen pro Stunde
und pro Gramm in dein katalytischen Element enthaltenem 'A1ICi7,
Die Verwendung von Komplexbildnern gemäß der Erfindung erhöht
die Aktivität und die Stereospezifität der katalytischen Elemente. Dieselben Komplexbildner, welch© im Verlauf der
Polymerisation eingeführt werden, erhöhen die Stereospezifität vermindern jedoch die Aktivität der Doppelchloride von Titan
und Aluminium.
Die folgenden Beispiele dienen der Erläuterung der Erfinduntj,
wobei die verwendeten Symbole die im folgenden angegebene
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BAD ORIGINAL
Bedeutung besitzen und in den nachfolgend angegebenen
Einheiten angegeben sind:
G . Molverhältnis zairischen den Mengen von Xonrolexbildner
Ti '
und TiCl-., welche in dein katalytischen Element vorliegen;
Al . Holverhältnis zwischen den Mengen von Aluminium-
"tT * '
verbindung (reduzierendesMetall) und TiCl-,, welche
in dem katalytischen Element vorliegen;
S : spezifische Oberfläche des katalytischen Elementes in m /g
oi : Aktivität, üblicherweise ausgedrückt in Gramm
unlöslichem Polyiaerem in dem Verdünnungsmittel für die Polymerisationy welche pro Stunde und pro
. Gramm, in dem katalytischen Element vorliegendem TiCl^ erhalten werden;
% Unlösliches : ausgedrückt in Gewicht von in dem Verdünnungsmittel
der Polymerisation löslichem Polymeren bezogen auf das Gewicht des gesamten,- im Vorlauf
des Polymerisationsversuches erzeugten Polymeren;
G : Modul der VerdrehungsSteifheit bei einem Winkel von
60° und bei 100 °C, ausgedrückt in kg/cm (empfohlener
Entwurf der Norm ISO 469)5 ·
MPI : Schmelzindex, ' gemessen unter einer Last von 2,16 kg bei 230 0C, ausgedrückt in dg/min (Norm
ASTH D 1238). '
In diesen Beispielen waren die Doppelchloride von Titan und
von Aluminium (reduzierendem Metall) handelsübliche Produkte, welche der allgemeinen Formel 3 TiCl-,.AlCl-, entsprachen (Waren-'bezeichnung
Stauffer AA).
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V c 5 TiCl7.AlGl7 wurden in 40 ml Hexan in Suspension überführt
uncl es v/u r de η 20 ml Diisoamyläther (EDIA) , entsprechend
2,7 IiOl EDIA/hol TiCl3 und 390 g EDIA/1 Verdünnungsmittel,
hinzugegeben.
Die Suspension wurde eine Stunde bei 40 0C gerührt. Anschließend
wurde der so erhaltene, behandelte Festkörper von der flüssigen Phase abgetrennt und fünfmal mit 50 ml trockenem Hexan gewaschen.
Der behandelte Festkörper wurde anschließend unter Stickstoff getrocknet.
B - Reaktion des behandelten Festkörpers mitTiCl,,
Der behandelte Festkörper wurde in 85 ml einer 40 Vol.-%igen
Lösung von TiCl. in Suspension überführt. Die Suspension wurde zv/ei Stunden bei 65 °C gerührt. Die flüssige Phase wurde anschließend
entfernt und das auf diese Weise erhaltene, katalytische
Element fünfmal mittels 50 ml Hexan bei 25 0C
gewaschen.
Das katalytische Element wurde von dem Hexan abgetrennt und mit Hilfe von reinem und trockenem Stickstoff getrocknet.
Die spezifische Oberfläche des festen, katalytischen Elementes wurde nach der britischen Norm BS 4359/1 bestimmt, sie betrug
101 m2/g.
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Die chemische Zusammensetzung war folgende:
AlCl
holVerhältnis =0,198
holVerhältnis =0,198
ho !verhältnis 7j§§f- = 0,030.
In einen 5 X-Autoklaven aus rostfreiem Stahl, der trocken
und mehrfach mit Stickstoff gespült war, wurden 1 1 trockenes und gereinigtes Hexan eingeführt.
Anschließend wurden nacheinander 500 mg AlEtgCl (in Form einer
Lösung in Hexan mit 200 g/l) und 205 mg katalytisches Element,
d. h. 166 mg TiGl-,, eingeführt.
Das Eolverhältnis AlEt^Cl/TiCl, "betrug demnach 3, B. Der Autoklav
wurde auf 60 0C erwärmt und durch langsames Abblasen auf
atmosphärischen Druck gebracht. Anschließend wurde ein absoluter
Wasserstoffdruck von 0,15 kg/cm eingestellt, danach Propylen
eingeführt, bis ein Gesamtdruck von 10,3 kg/cm bei 60 C erreicht
war.
Dieser Druck wurde während der Polymerisation durch Einführen von gasförmigem Propylen konstant gehalten.
Nach drei Stunden wurde die Polymerisation durch Abblasen des Propylens und durch. Einführen von 20 ml Isopropylalkohol in
den Autoklaven abgestoppt. Der Autoklaveninhalt wurde auf
einen Büchner-FiIter gegossen und dreimal mit 500 ml rohem
und getrocknetem Hexan unter vermindertem Druck bei 50 0C
gespült. Es wurden 242 g unlösliches Polypropylen erhalten,
dies entspricht einer katalytischen Aktivität von 485 E in
Verdünnungsmittel unlöslichem Polypropylen pro Stunde pro Gramm TiCl, und einer Produktivität von 1180 g Polypropylen
pro Gramm festes, katalytisches Element.
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In der.i Hexan von der Polymerisation und dem Waschen der.;
unlöslichen Polypropylens vmrden 9 G lösliches Polypropylen
gefunden, dies entspricht 356 % in Hexan löslichem Polypropylen,
bezogen auf die Gesamtmenge von erzeugten PoIy-
Die Eigenschaften der Fraktion des in Ilexan unlöslichen Polypropylens
sind:
G = 960 kg/cm2
KPI = 3,0 dg/min
PSA » 400 g/dm^
KPI = 3,0 dg/min
PSA » 400 g/dm^
Es wurden 13 s 3 TiCl,.AlCl, in 80 ml Hexan in Suspension
überführt und hierzu 20 ml EDIA hinzugegeben. Die Suspension wurde eine Stunde bei 65 0C gerührt. Der behandelte Festkörper
wurde anschließend mit Hexan gewaschen. Seine Umsetzung nit
TiCl7 wurde wie in Beispiel 1 beschrieben durchgeführt. Der
Polyinerisationsversuch wurde ebenfalls wie in Beispiel 1
beschrieben ausgeführt.
Die Zusammensetzung und die Eigenschaften des erhaltenen, katalytischen Elementes sind in der Tabelle I aufgeführt.
10 g 3 TiC 1,.AlCl, wurden in 50 nil EDIA in Suspension überführt.
Die Suspension wurde eine Stunde bei 40 0C gerührt. Der behandelte Festkörper wurde anschließend mit Hexan gewaschen
und seine Umsetzung mit TiCl^ wie in Beispiel 1 durchgeführt.
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BAD ORIGINAL
Der Polymerisationsversuch wurde ebenfalls wie in Beispiel 1
beschrieben ausgeführt.
Die Zusammensetzung und die Eigenschaften des katalytischen Elementes sind in der Tabelle I zusammengefaßt.
10,5 g 3 TiCl-,.AlCl-, Vurden in einer Lösung in Suspension überführt,
v/eiche aus 50 ml Hexan, 10 ml EDIA und 35 ml TiCl^
bestand. Die Suspension wurde eine Stunde bei 65 0C gerührt.
Das katalytisch^ Element wurde anschließend von der Lösung
abgetrennt, mit Hexan gewaschen und danach mit reinem und trockenem Stickstoff getrocknet. Der Polymerisationsversuch
wurde wie in Beispiel 1 beschrieben durchgeführt.
Seine Zusammensetzung und Eigenschaften sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Beispiel 5> -.-....
8,9 g 3 TiCl-,.AlCl7 wurden in 5>0 ml Hexan in Suspension überführt,
hierzu wurden 20 ml Di-n-butyläther hinzugegeben. Die Suspension wurde eine Stunde bei Umgebungstemperatur gerührt.
Der behandelte IPestkÖrp.er wurde anschließend mit Hexan gewaschen.
Seine Umsetzung mit TiCl^ wurde wie in Beispiel 1 beschrieben
durchgeführt. Der Polymerisationsversuch wurde ebenfalls wie in Beispiel 1 beschrieben ausgeführt.
Die Zusammensetzung und die Eigenschaften des erhaltenen, katalytischen
Elementes sind in Tabelle I wiedergegeben.^
309822/ 1060
11 »9 G' 3 TiCl7.AlGl7 wurden in 70 ißl Hexan in Suspension übe:
führt. Hierzu wurden 60 ml Dibutylamin hinzugegeben. Die
Suspension wurde 15 Minuten "bei Umgebungs tempera tür gerührt.
Der behandelte i'estkörper wurde anschließend mit Hexan
gewaschen. Seine Umsetzung mit TiCl. wurde wie in Beispiel 1
beschrieben durchgeführt.
Das erhaltene, katalytisch^ Element ergab bei der Anwendung
zur Polymerisation gemäß Beispiel 1 folgende Ergebnisse:
U = 312
% Unlösliches = 5
G β 990
IiI1I β 3
10 g 3 TiCl-,.AlCl- wurden in 50 ml Hexan in Suspension üb erführt,'
hierzu wurden 10 ml Dibutylsuli'id hinzugegeben. Die
Suspension wurde eine Stunde bei 4Ό C gerührt. Anschließend
wurde der behandelte Festkörper von der flüssigen Phase abgetrennt und gewaschen, danach seine Umsetzung mit TiGl^,, wie
in Beispiel 1 beschrieben, durchgeführt.
Das erhaltene, katalytisch^ Element ergab bei seiner Verwendung
zur Polymerisation von Propylen gemäß Beispiel 1 folgende Ergebnisse:
Λ = 350
% Unlösliches = 6
G = 960
KPI = 5,5
309822/ 1060
BAD ORIGINAL
Die Beispiele 8 bis 12 stellen Vergleichsversuche
Zur Polymerisation gemäß der Arbeitsweise des Beispiels 1
wurde das Doppelchlorid von Ti und Al der jroriael 3 TiCl7. A1C1>:
verwendet, welches überhaupt keiner Behandlung unterzogen
worden war.
Die Ergebnisse sind in der Tabelle II zusammengestellt.
In diesen Beispielen x^urde die Polymerisation von Propylen
unter Verwendung des Doppelchlorides von Beispiel 8 durchgeführt, wobei jedoch .in den Autoklaven jeweils 5 und 100 mg
EDIA (' ■ = 0,03 und 0,6) hinzugegeben wurden.
Die Ergebnisse sind in der Tabelle II aufgeführt.
ΊΟ,Ο G 3 TiCl^.AlCl-, wurden in 240 ml Hexan in Suspension
"überführt, hierzu wurden 36,0 ml EDIA hinzugegeben. Die Suspension wurde 60 Kinuten bei 35 °C gerührt, danach v/urde
der behandelte Festkörper von der flüssigen Phase abgetrennt, fünfmal mit 250 ml Hexan gewaschen und mit reinem und trockenem
Stickstoff getrocknet.
Die Analyse des erhaltenen Produktes ergab folgende Werte:
-0,3 und ^=0,043.
3 0 9 8 2 2/1060
Die "bei der Verwendung dieses Festkörpers als katalytisches
Element zur Polymerisation gemäß Beispiel 1 erhaltenen
Ergebnisse sind in der Tabelle II aufgeführt.
'ö g J TiC 1-,.AlGl-, wurden in 85 ml einer Lösung
(40 Volumenprozent TiCl.) in Suspension überführt. Die
Suspension wurde zwei Stunden bei 65 0C gerührt.
Der erhaltene, violette Festkörper vmrde von der flüssigen
Phase abgetrennt, fünfmal mit 50 ml Hexan gewaschen und mittels
reinem und trockenem Stickstoff getrocknet.
Die bei der Verwendung dieses !'"estkörpers als katalytisches
Element zur Polymerisation gemäß Beispiel 1 erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle II aufgeführt.
Die Beispiele 8 bis 12 zeigen, daß lediglich die katalytischen
Elemente gemäß der Erfindung zu katalytisch.cn Sy ε te:;: cn
mit sehr hoher Stereospezifität und verbesserter Aktivität führen.
309822/1060
S | Al | Tabelle | I | 485 | G | 2 | 3 | % Unlösliciiec | |
Bei | • Ti | C | 437 | 4 | ,7 | ||||
spiel | 101 | 0,198 | Ti | 413 | 960 | .3 | ,0 | 3,6 | |
1 | 92 | 0,205 | 0,030 | 680 | . 958 | 4 | ,2 | 4,4 | |
2 - | 102 | 0,3 | 0,014 | 403 | 990 | Λ | '3,9 | ||
3 | 87 | 0,188 | 0,024 | 962 | 4,7 | ||||
4 | 90 | 0,173 | 0,030 | 1027 | 5,2 | ||||
C | 0,024 | ||||||||
ei-
i el
oC
Mi1I
o/.
% ünlöslichec
8 | 41 | 310 | 931. | 3,6 . | " 10 |
9 | 41 | 352 | • 905 | 7,5 | . 9 |
10 | 41 | 410 | 734- | 3 | • 33,4- |
11 | 40. | 402 | 923 | 3,8 | 10 |
12 | — | 260 | • 890 | 2,5 | 9 |
3098-22-/1 060-
Claims (26)
- PatentansprücheVerfahren zur Polymerisation von alpha-Olefinen, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t, daß man in Anwesenheit eines Aktivators arbeitet, der eine metallorganische Verbindung von Metallen der Gruppen Ia, Ha, Hb und IHb des Periodensystems und ein festes, katalytisches Element enthält, das erhalten wird, indem mana) TiCl^1 mittels· eines reduzierenden Metalls der 'Gruppen Ia, Ha, Hb und IHb des Periodensystems unter Bildung eines Doppelchlorides von Titan und reduzierendem Metall reduziert,b) das so hergestellte Doppelchlorid mit einem Komplexbildner behandelt,c) das so behandelte Doppelchlorid mit TiCl. reagieren läßt,d) das so hergestellte, feste, katalytische Element abtrennt.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennz eichn e t, daß man als reduzierendes Metall Aluminium oder Magnesium verwendet.
- •3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als reduzierendes Metall Aluminium verwendet.
- 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Doppelchlorid von Titan und reduzierendem Metall ein Doppelchlorid der allgemeinen !Formel η TiCl7.MCl r verwendet, worin η eine beliebige Zahl von 0<n<3} ^ das reduzierende Metall und χ die Wertigkeit des reduzierenden Metalls sind.3098 2 2/106U
- 5. Verfahren nach. Anspruch 4-, dadurch g e Ic e η η ζ _e i c ii not, daiä man als Doppclchlorid von Titan und reduzierendem Metall ein der Gleichung 2 ''-SiOl χ. AlCl- entsprechendcc. Doppelchlorid verwendet. ■ ■
- 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k en η ζ e i c ii net, daß man als Komplexbildner eine organische Verbindung verwendet, welche eine oder mehrere Atome oder eine"" oder mehrere Gruppierungen umfaßt, die ein freies odermehrere freie Elektronenpaare aufweisen, welche die !Koordinierung mit dem reduzierenden Metall sicherstellen und
1 "bis JO Kohlenstoff atome pro Atom oder Gruppierung umfassen. - 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich-n e t, ,daß man einen Komplexbildner der folgenden allgemeinen Gleichung verwendet:R'-O-R", H'-S-R", R1-SH, R1-N-R"1, R'-HH oder R1-KH0■R"^ R"worin R1 , R" und R"' Kohlenwasserstoffreste mit 1 "bis 1-5
Kohlenstoffatomen sind. ' - 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennz eichn e t, daß man als Komplexbildner eine Verbindung der
allgemeinen Formel R'-O-R1 verwendet, in welcher R' ein
aliphatischer Rest mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen ist. - 9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch "ge kennzeichne t, daß man als Aktivator eine Verbindung' der allgemeinenFormel AIR X-, verwendet, in welcher R ein Λ bis 18 K-olilenm p-ra. ' ■stoffatome umfassender Kohlenvxasserstoffrest, X ein Halogen und m eine beliebige Zahl von 0<m<3 sind.309822/1060
- 10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ eichn e t, daß man als Aktivator Diäthylaluminiumclilorid verwendet.
- 11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ eic h net, daß man alpha-Olefine mit 2 bis 18 Kohlenstoii'ator.en polymerisiert.
- 12. Verfaliren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Propylen polymerisiert.
- 13. Verfahren zur Herstellung eines festen, katalytischen Elementes auf Basis von TiCl^, dadurch gekennzeichnet, daßa) man TiCl^ mit Hilfe eines reduzierenden Metalls der Gruppen Ia, Ha, Hb oder IHb des Periodensystems unter Bildung eines Doppelchlorides von rIätan und reduzierendem Metall reduziert,b) man das so hergestellte Doppelchlorid mit Hilfe eines Komplexbildners für das reduzierende Metall behandelt,c) man das so behandelte Doppelchlorid mit TiClz reagieren läßt undd) man das so hergestellte, feste, katalytische'Element abtrennt.
- 14-, Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekenns eich.-n e t, daß man als reduzierendes Metall Aluminium oder Magnesium verwendet.
- 15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß man als reduzierendes Metall Aluminium verwendet.309822/10-6 0
- 16. Verfahren liacii Anspruch. 13, dadurch, g e Ic e η η ζ e i c ί η e t, daß man als Doppelchlorid von Titan und reduzierendem hotall ein'Doppelchlorid'der allgemeinen Formel η TiCl7.MCl verwendet, worin η eine "beliebige Zahl von 0<n<<5, M das reduzierende Metall und χ die Wertigkeit des reduzierenden Metalles sind.
- 17· Verfahren nach Anspruch 16, dadurch g e ken-η ζ e i c i n e t, daß man ein Doppelchlorid von Titan'und reduzierendem Metall verwendet, weiches der Formel 3 TiCl7.,AlCl7 entspricht.
- 18. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch g e k e η η ζ eich net, daß man als Komplexbildner eine organische Vorbindung verwendet, welche ein oder mehrere Atome oder ein- oder mehrere Gruppierungen umfaßt, welche ein freies oder mehrere freie Elektronenpaare aufweisen, die die Koordinierung mit dem reduzierenden Metall sicherstellen können und 1 "bis JO Kohlenstoffatome pro Atom oder Gruppierung au£~ weisen. . - · . "
- 19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch g e k e η η ζ eich net, daß man als Komplexbildner eine Verbindung der allgemeinen. Formel E1-C-S", E1-S-E", E1-SII, E"-K-B"1,. : 'E1-Mi und E1IiH2, worin E1, E" und E"1 gleiche oder verscV-ie E"dene Kohlenwasserstoffreste mit 1 bis' 15/. Kohlenstoffatonen sma, verwendet,
- 20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch g e .k e η η ζ e i 0 ii η et, daß man als Komplexbildner eine Verbindung der nilgemeinen Formel E'-O-E', in welcher E' ein aliphatischer Eest mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen ist, verwendet.309822/1060
- 21. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß man das Doppelchlorid von Titan und reduzierendem Metall in Anwesenheit eines inerten Verdünnungsmittels in solcher Menge behandelt, daß der Gehalt an Doppelchlorid von Titan und reduzierendem Metall zwischen 0,03 und 4 Mol. in dem Doppelchlorid von Titan und reduzierendem Metall vorliegenden TiCl, pro Liter des Verdünnungsmittels und die Komplexbildnermenge oberhalb von 0,5 Mol pro Mol in dem Doppelchlorid von Titan und reduzierendem Metall vorhandenen TiCl, liegen.
- 22. Verfahren nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß man das Doppelchlorid von Titan und reduzierendem Metall mit einem Komplexbildner bei einer Temperatur zwischen 0° und 80 0C behandelt.
- 23. Verfahren nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß man das mit TiCl^ behandelte Doppelchlorid bei einer Temperatur zwischen -30 ° und + 135 0C reagieren läßt.
- 24·. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß man das behandelte Doppelchlorid in Anwesenheit eines inerten Verdünnungsmittels in einer solchen Menge reagieren läßt, daß seine Konzentration an TiCl. oberhalb 5 Volumenprozent liegt.
- 25. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß man das feste, katalytisch^ Element nach der Abtrennung mit einem inerten Verdünnungsmittel wäscht.
- 26. !Teste, katalytisch^ Elemente auf Grundlage von TiCl, zur Polymerisation von alpha-Olefinen, hergestellt nach Anspruch309822/1060
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