DE3111071A1 - Verfahren zur herstellung von (alpha)-olefinpolymeren - Google Patents

Verfahren zur herstellung von (alpha)-olefinpolymeren

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DE3111071A1
DE3111071A1 DE19813111071 DE3111071A DE3111071A1 DE 3111071 A1 DE3111071 A1 DE 3111071A1 DE 19813111071 DE19813111071 DE 19813111071 DE 3111071 A DE3111071 A DE 3111071A DE 3111071 A1 DE3111071 A1 DE 3111071A1
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Description

Die Erfindung betrifft,die Herstellung von oC-Olefinpolymeren und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von hochkristallinen oC-Olefinpolymeren mit guter Teilchenform und in hoher Ausbeute,unter Verwendung eines
voraktivierten Katalysators, der zur Polymerisation
von d--Olefinen geeignet ist, und zwar insbesondere zur Gasphasenpolymerisation und weiterhin für eine Modifizierung der Gasphasenpolymerisation, nämlich einer Kombination einer Suspensions- oder Substanzpolymerisation mit einer Gasphasenpolymerisation.
Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben bereits
Polymerisationsverfahren für Ethylen oder cL-Olefine, enthaltend Ethylen, entwickelt, unter Verwendung von Katalysatoren aus einer Kombination von aluminiumorganischen Verbindungen und dergleichen, mit einem Festprodukt (welches nachfolgend als Feststoffkatalysatorkomponente bezeichnet wird), wobei die Katalysatoren erhalten wurden, indem man eine Übergangsmetallverbindung auf einem Festprodukt (I) als Träger verwendete, wobei der Träger durch Umsetzen eines dreiwertigen Metallhalogenide mit einer zweiwertigen Metallverbindung in einer der nachfolgend beschriebenen Weisen erhalten wurde.
Es sind beispielsweise folgende Verfahren dieser Art bekannt:
(1) Ein Verfahren, bei dem eine Übergangsmetailverbindung mit dem vorerwähnten Festprodukt (I) in Gegenwart einer aromatischen Verbindung umgesetzt wird (japanische Patentveröffentlichungen 13 609/1972 und 16 782/1974).
(2) Ein Verfahren, bei dem das vorerwähnte Festprodukt (I) mit einem Polysiloxan oder einem Elektronendonor umgesetzt wird und anschliessend dann mit einer übergangsmetailverbindung (japanische Patentveröffentlichung 13 827/1977, JA-OS 61 283/1979).
(3) Ein Verfahren, bei dem ein Polysiloxan oder ein Elektronendonor und eine Übergangsmetailverbindung gleichzeitig oder ein Komplex davon zu dem vorerwähnten Festprodukt (I) zugegeben und umgesetzt werden (JA-OSen
-
116 078/1979, 113 687/1979 und 124 091/1979).
(4) Ein Verfahren, bei dem entweder einer oder beide von wenigstens einer Art von Elektronendonoren und wenigstens einer Art eines Elektronenakzeptors mit dem vorerwähnten Festprodukt (I) in einer Vielzahl
von unterteilten Anteilen umgesetzt werden (JA-OS
29 543/1980).
(5) Ein Verfahren, bei dem wenigstens eine Art eines Elektronendonors und wenigstens eine Art eines Elektronenakzeptors mit dem vorerwähnten Festprodukt
(I) umgesetzt werden und wobei TiCl, wenigstens einmal als Elektronenakzeptor verwendet wird und wobei dann mit der erhaltenen festen Katalysatorkomponente eine aluminiumorganische Verbindung und ein Elektronendonor kombiniert werden (japanische Offenlegungsschrift
34 238/1980).
(6) Ein Verfahren, bei dem wenigstens eine Art eines Elektronendonors und wenigstens eine Art eines Elektronenakzeptors mit dem vorerwähnten Festprodukt
(I) umgesetzt werden, wobei TiCl. wenigstens einmal als
Elektronenakzeptor verwendet wird, worauf dann eine Kombination der erhaltenen festen Katalysatorkomponente mit einer aluminiumorganischen Verbindung, einem ot -Olefin und einem Elektronendonor einer Polymerisationsbehandlung unterworfen wird, unter Ausbildung eines voraktivierten Katalysators für die o^-Olefinpolymerisation (JA-OS 75 409/1980).
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-ιο
Ein Verfahren, bei dem verschiedene Additive, wie Titanalkoxide, Silikonöle, Polyethylenglykoldialkylether, andere Elektronendonoren und dergleichen, während der Polymerisation zugegeben werden (japanische Patentveröffentlichungen 13 609/1972, 13 772/1972).
Die in den Verfahren (1) bis (7) beschriebenen Erfindungen werden nachfolgend als frühere Erfindungen bezeichnet.
Bei früheren Erfindungen für die Suspensionspolymerisation oder für die Substanzpolymerisation konnte man verschiedene Vorteile erreichen, indem z.B. die Polymerausbeute pro Gewichtseinheit des Katalysators sehr hoch war; die Kristallinität der cb -Olefinpolymeren, z.B. von Propylen, sehr hoch war; die Teilchenform der Polymeren gut war; wobei insbesondere bei den Erfindungen gemäss den Verfahren (5) bis (7) es auch'möglich war, die Molekulargewichtsverteilung in einem engen Bereich zu halten. Wendet man aber die früheren Erfindungen auf die Gasphasenpolymerisation an, so können eine Reihe von Nachteilen eintreten, weil die erhaltenen Polymeren grosse Mengen an amorphen Polymeren enthalten und wenn diese amorphen Polymeren nicht entfernt werden, man Polymere erhält, die weich sind und für viele Anwendungsgebiete, wo eine hohe Festigkeit gefordert wird, nicht geeignet sind. Stellt man eine Folie aus solchen Polymeren her, so ist die Oberfläche klebrig. Weil die Monomerkonzentration in einem Polymerisationsgefäss bei einer Gasphasenpolymerisation verhältnismässig niedrig ist im Verhältnis zu einer Suspensionspolymerisation oder einer Substanzpolymerisation, ist die Reaktionsgeschwindigkeit so niedrig, dass die Polymerausbeute pro
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Gewichtseinheit des Katalysators nicht ausreichend ist und wenn man den Katalysatorrest dann nicht aus dem Polymer entfernt, kann die Qualität des Polymeren erheblich darunter leiden.
Andererseits hat die Gasphasenpolymerisation erhebliche Vorteile, weil man das Lösungsmittel, wie es bei einer Suspensionspolymerisation verwendet wird, oder verflüssigte Monomere, wie sie im Falle einer Substanzpolymerisation verwendet werden, nicht zurückgewinnen muss und dadurch kann man die Rohmaterialien sparen und das Herstellungsverfahren und die Vorrichtungen vereinfachen und dadurch die Produktionskosten senken. Diese Vorteile werden jedoch nur dann voll ausgenutzt, wenn die Qualität des Polymeren nicht vermindert wird und zwar auch dann, wenn man weder amorphe Polymere (ataktische Polymere) noch Katalysatorreste nach Beendigung der Polymerisation daraus entfernt. Im allgemeinen ist es jedoch erforderlich gewesen, die amorphen Polymeren von den Polymeren, die nach den früheren Verfahren durch Gasphasenpolymerisation erhalten wurden, zu entfernen. Deshalb war es bisher nicht möglich, die früheren Verfahren mit Vorteil bei einer Gasphasenpolymerisation anzuwenden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu zeigen, bei dem man hochkristalline o6-Olefinpolymere in hohen Ausbeuten erhält und zwar auch bei einer Gasphasenpolymerisation, bei welcher die Monomerkonzentration verhältnismässig niedrig ist und erst recht natürlich bei einer Suspensions- oder Substanzpolymerisation. Verbunden mit dieser Aufgabe ist es somit, ein Verfahren zu zeigen, bei dem man oL-Olefinpolymere hoher Qualität herstellen kann, ohne dass irgendeine Nachbehandlung nach
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Beendigung der Polymerisation/ mit Ausnahme der Zerstörung des hierfür verwendeten Katalysators, erforderlich ist.
Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemässe Verfahren gelöst, das somit ein Verfahren zur Herstellung von 06 -Olefinpolymeren umfasst und dadurch gekennzeichnet ist, dass man
ein dreiwertiges Metallhalogenid mit einem Hydroxid, Oxid oder Karbonat eines zweiwertigen Metalls oder eines zusammengesetzten Salzes, enthaltend die vorerwähnten Verbindungen oder ein Hydrat einer zweiwertigen Metallverbindung (wobei die letzteren als zweiwertige Metallverbindungen bezeichnet werden) zu einem Festprodukt (I) umsetzt,
dass man dieses Festprodukt (I) mit wenigstens einer Art eines Elektronendonors und wenigstens einer Art eines Elektronenakzeptors wenigstens 1 bis 10 mal umsetzt und dabei Titantetrachlorid wenigstens einmals als eine Art des Elektronenakzeptors verwendet, wobei man ein Pestprodukt (II) erhält,
dass man dieses Festprodukt (II) mit einer Trialkylaluminiumverbindung und einem Reaktionsprodukt aus einem Elektronendonor mit einem Elektronenakzeptor kombiniert (wobei diese drei zu kombinierenden Substanzen nachfolgend als Katalysatorkomponenten bezeichnet werden) , wobei man zur Zeit dieser Kombination einen Teil oder die gesamte Menge der Katalysatorkomponente einer Polymerisationsbehandlung mit einem oü -Olefin wenigstens
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in Gegenwart einer Kombination des Festproduktes (II) und des Trialkylaluminiums unterwirft, unter Erhalt eines voraktivierten Katalysators, und dass manCL-Olefine in Gegenwart dieses Katalysators polymerisiert,
Die beim erfindungsgemässen Verfahren verwendeten Katalysatorkomponenten sind die folgenden:
(A-1) dreiwertige Metallhalogenide,
(A-2) zweiwertige Metallverbindungen (Hydroxide, Oxide oder Karbonate eines zweiwertigen Metalls oder eines Verbundsalzes, enthaltend die vorgenannten Verbindungen, oder eines Hydrates, enthaltend zweiwertige Metalle),
(ED) Elektronendonor,
(EA) Elektronenakzeptor,
(AlR3) Trialkylaluininium,
(0/,-O) c^-Olefin,
(RP) Reaktionsprodukt eines Elektronendonors mit einen Elektronenakzeptor.
Nachfolgend wird die Herstellung der erfindungsgemäss verwendeten Katalysatoren beschrieben.
Das Festprodukt (I) erhält man durch Umsetzen eines dreiwertigen Metallhalogenids mit einer zweiwertigen Metallverbindung.
Geeignete dreiwertige Metallverbindungen (A) sind Aluminiumtrichlorid (wasserfrei), Aluminiumtribromid (wasserfrei), sowie Ferrichlorid (wasserfrei).
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Geeignete zweiwertige Metallverbindungen (B) sind beispielsweise Hydroxyle, wie Mg(OH)2, Ca(OH)2, Zn(OH)2, Mn(OH)2/ Oxide, wie MgO, CaO, ZnO, MnO, kombinierte Oxide, enthaltend zweiwertige Metalle, wie MgAl3O4, Mg3SiO4, Mg6MnOg, Karbonate, wie MgCO3, MnCO3, kombinierte Karbonate enthaltend Karbonate von zweiwertigen Metallen, wie MgCO3-CaCO3, halogenierte Hydrate, wie SnCl2-2H2O, MgCl2-nH2O (n=1-6), 22 22 KMgCl--6H5O, Hydrate oder kombinierte Verbindungen aus einem Halogenid und einem Hydroxid eines zweiwertigen Metalls,, wie MgCl2^nMg(OH) 2^mH3O) n=1-3, m=1-6), Hydrate von kombinierten Oxiden, wie 3MgO-2SiO2*2H2O, Hydrate von kombinierten Verbindungen aus einem Karbonat und einem Hydroxid eines zweiwertigen Metalls, wie 3MgCO3-Mg(OH)2'3H2O, Hydrate von Hydroxidkarbonaten, enthaltend zweiwertige Metalle, wie Mg5Al3 (OH) .. gCO3· 4H2O. Darunter sind zweiwertige Metallverbindungen, die Magnesium enthalten, besonders bevorzugt.
Zur Herstellung des Festproduktes (I) kann man (1) ein dreiwertiges Metallhalogenid (A-1) mit einer zweiwertigen Metallverbindung (A-2) unter Vermählen in einer Kugelmühle oder in einer Schwingmühle unter Erhitzen oder ohne Erhitzen umsetzen; (2) (A-1) und (A-2) miteinander vermählen und vermischen und anschliessend durch Erhitzen umsetzen. Als Mengenverhältnisse von (A-1) und (A-2) sind 0,05 bis 10 Mole der zweiwertigen Metall-· Verbindung (A-2) pro 1 Mol des dreiwertigen Metallhalogenids (A-2) ausreichend. Falls man durch Mahlen umsetzt, sind die Mahlreaktionsbedingungen Raumtemperatur (20°C) bis 500°C, 5 bis 10 Stunden im Falle einer Kugelmühle und 10 bis 50 Stunden im Falle einer Schwingmühle. Falls
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man vermählt und anschliessend erhitzt, werden (A-1) und (A-2) 5 bis 100 Stunden in einer Kugelmühle und 10 Minuten bis 50 Stunden in einer Schwingmühle vermählen und anschliessend 10 Minuten bis 50 Stunden bei Raumtemperatur (20°C) bis 5000C umgesetzt. Der so erhaltene Feststoff wird als Festprodukt (I) bezeichnet.
Dieses Festprodukt (I) wird dann mit wenigstens einer Art eines Elektronendonors (ED) und wenigstens einer Art eines Elektronenakzeptors (EA) umgesetzt (wobei diese Umsetzung nachfolgend als Bildungsreaktion des Festproduktes (II) bezeichnet wird).
Geeignete Elektronendonoren sind organische Verbindungen, die wenigstens ein Sauerstoff-, Stickstoff-, Schwefeloder Phosphoratom enthalten, wie Alkohole, Ether, Ester, Aldehyde, organische Säuren, Ketone, Nitrile, Amine, Amide, Harnstoff, Thioharnstoffe, Isocyanate, Azoverbindungen, Phosphine, Phosphite, Phosphinite, Thioether, Thioalkohole, Polysiloxane und dergleichen. Als Elektronendonoren sind Ester besonders bevorzugt. Genaue Beispiele für Elektronendonoren sind Alkohole, wie Methanol, Ethanol, Propanol, Butanol, Pentanol,Hexanol, Octanol, Phenol, Kresol, Xylenol, Ethylphenol, Naphthol; Ether, wie Diethylether, Di-n-propylether, Di-n-butylether-Diisoamylether, Di-n-pentylether, Di-n-hexylether, Diisohexylether, Di-n-octylether, Diisooctylether, Di-ndodecylether, Diphenylether, Ethylenglykolmonomethylether, Diethylenglykoldimethylether und Tetrahydrofuran; Ester, wie Methylmethacrylat, Ethylacetat, Butylformiat,
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Amylacetat, Vinyllaktat, Vinylacetat, Ethylbenzoat, Propylbenzoat, Butylbenzoat, Octylbenzoat, 2-Ethylhexylbenzoat, Methyltoluylat, Ethyltoluylat, 2-Ethylhexyltoluylat, Methylanisat, Ethylanisat, Propylanisat, Ethylcinnamat, Methylnaphthoat, Ethylnaphthoat, Propylnaphthoat/ Butylnaphthoat, 2-Ethylhexylnaphthoat, Ethylphenylacetat; Aldehyde, wie Acetaldehyd, und Benzaldehyd; Fettsäuren, wie Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure, Milchsäure, Oxalsäure, Bernsteinsäure, Acrylsäure, Maleinsäure; aromatische Säuren, wie Benzoesäure; Ketone, wie Methylethylketon, Methylisobutylketon und Benzophenon; Nitrile, wie Acetonitril; Amine, wie Methylamin, Diethylamin, Tributylamin, Triethanolamin, ß-(N,N-Dimethylamino)-ethanol, Pyridin, Chinolin, cL -Picolin, N,N,N',N'-Tetramethyl-hexaethylendiamin, Anilin, Dimethylanilin; Amide, wie Formamid, Hexamethylphosphorsäuretriamid, N,N,N1,N1,N"-Pentamethyl-N'-ß-dimethylaminoethylphosphorsäuretriamid, Octamethylpyrrophosphoramid; Harnstoffe, wie N,N,N1,N1-Tetramethylharnstoff ; Isocyanate, wie Phenylisocyanat, Toluylisocyanat; Azoverbindungen, wie Azobenzol; Phosphine, wie Ethylphosphin, Triethylphosphin, Tri-nbutylphosphin, Tri-n-octylphosphin, Triphenylphosphin, Triphenylphosphinoxid; Phosphite, wie Dimethylphosphit, Di-n-octylphosphit, Triethylphosphit, Tri-n-butylphosphit, Triphenylphosphit; Phosphinite, wie Ethyldiethylphosphinit, Ethyldibutylphosphinit. Phenyldiphenylphosphinit; Thioether, wie Diethylthioether, Dipheny!thioether, Methylphenylthioether, Ethylensulfid, Propylensulfid; und Thioalkohole, wie Ethylthioalkohol, n-Propylthioalkohol und Thiophenol.
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Geeignete Polysiloxane sind kettenförmige oder zyklische Siloxanpolymere mit der allgemeinen Formel
(worin η 3 bis 10.000 bedeutet), wobei
und R
gleiche oder verschiedene Arten von Substituenten sind, di sich mit Si kombinieren können und die insbesondere Wasserstoff oder Kohlenwasserstoffrestgruppe, wie Alky!gruppen oder Arylgruppen, Halogen, Alkoxygruppen, Aryloxygruppen oder Fettsäurerestgruppen bedeuten oder solche, bei denen zwei Arten oder mehr der vorerwähnten Reste oder Gruppen verteilt vorliegen und im Molekül in verschiedenen Mengen vorkommen.
Im allgemeinen werden Polysiloxane angewendet, bei denen R in der vorerwähnten Formel ein Kohlenwasserstoffrest ist. Beispiele hierfür sind Alkylsiloxanpolymere, wie Niedrigpolymere, z.B. Octamethyltrisiloxan, Octaethylcyclotetrasiloxan, und Polymere, z.B. Dimethylpolysiloxan, Ethylpolycyclosiloxan, Methylethylpolysiloxan, sowie auch Arylsiloxanpolymere, wie Hexaphenylcyclotrisiloxan, Diphenylpolysiloxan, und schüesslich auch Alkylarylsiloxanpolymere, wie Diphenyloctamethyltetrasiloxan und Methylphenylpolysiloxan.
Weiterhin kann R1 Wasserstoff oder Halogen und R„ eine
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Kohlenwasserstoffrestgruppe sein, wie eine Alkylgruppe oder eine Arylgruppe, wie beispielsweise bei Alkylhydrogensiloxanpolymeren, Haloalkylsiloxanpolymeren und Haloarylsiloxanpolymeren. Weiterhin können auch Polysiloxane, bei denen jedes R eine Alkoxy- oder Aryloxygruppe oder ein Fettsäurerest ist, verwendet werden.
Die Viskosität der verwendeten Polysiloxane liegt vorzugsweise im Bereich von 10 bis 10.000 Centistokes und vorzugsweise 10 bis 2000 Centistokes bei 25 C.
Diese Elektronendonoren (ED) können auch in Form von Gemischen verwendet werden.
Als Elektronenakzeptoren (EA) kommen beispielsweise Halogenide von Elementen der III. bis VIII. Gruppe des periodischen Systems in Frage. Geeignete Verbindungen dieser Art sind beispielsweise (EA-) Aluminiumchloridverbindungen der allgemeinen Formel R AlCl0 (worin
η j-~n
0 ^ η < 3 und R ein Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 1 bis 10 Kohlenstoffatomen ist). Solche Verbindungen sind AlCl3 (wasserfrei), EtAlCl0, n-PrAlCl,,, n-BuAlCl-, 1-BuAlCl0, Et1 C-AlCl1 ,-
■3 Z Z Z I , -> I , ~>
(Ethylaluminiumsesquichlorid), Et3AlCl, n-Pr2AlCl, 1-Bu2AICl (Et, Pr und Bu bedeuten in diesen Formeln jeweils Ethyl, Propyl bzw. Butyl). Weiterhin können (EA2) anorganische Halogenide, wie SiCl4, SnCl-, SnCl4, TiCl4, ZrCl4, PCl3. PCl5, VCl4, SbCl5, SCl3, MnCl3, FeCl3 und NiCl4 erwähnt werden. Schliesslich sind auch (EA3) magnesiumorganische Verbindungen als Elektronendonoren (EA) zusammen mit Halogeniden von (EA1) oder (EA2) für die Umsetzung mit dem Festprodukt (I) geeignet.
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Die verwendeten magnesiumorganischen Verbindungen sind meistens Grignard-Reagentien und Verbindungen, die man durch Umsetzung einer halogenhaltigen organischen Verbindung mit metallischem Magnesium erhält und die die
allgemeine Formel (MgR0) ·(R1MgX), haben (worin R und
^a ο
R' jeweils eine Alkylgruppe mit 1 bis 20 C oder gegebenenfalls durch eine Alkylgruppe mit 1 bis 10 C substituierte Phenylgruppe bedeutet und X Cl, Br oder J ist und a und b eine Zahl von O bis 1 bedeuten, wobei die Beziehung a+b=1 erfüllt ist). Mit anderen Worten heisst dies, dass Grignard-Reagentien im engeren Sinne der Formel R1MgX, Dialkylmagnesiumverbindungen der Formel MgR2 oder Gemische davon verwendet werden. Typische Beispiele hierfür sind halogenhaltige Magnesiumverbindungen wie CH MgCl, CH3MgBr, CH3MgJ, C2H5MgCl, C2H5MgBr, C3H5MgJ, C3H7MgCl, C3H7MgBr, C3H7MgJ, C4H9MgCl, C4H9MgBr, C4H9MgJ, C5H11MgCl, C5H11MgBr, C5H11MgJ, C6H13MgCl, C6H13MgBr, C6H13MgJ, C7H15MgCl, C7H15MgBr, C7H15MgJ, C8H17MgCl, C8H17MgBr, C8H17MgJ, C9H19MgCl, C9H19MgBr, C9H19MgJ, C10H12MgCl, C6H5MgCl, C6H5MgBr, C6H5MgJ, CH3(C6H4)MgCl, CH3(C6H5)-MgBr, CH3(C6H5)MgJ; Dialkylmagnesiumverbindungen wie Mg(CH3J2, Mg(C2H5)2, Mg(C3H7J2, Mg(C4Hg)2, Mg(C5H11J2, Mg(CgH -,-J 2' M9(C7H15)2' Mg^C8H17^2 sowie Gemische dieser Verbindungen. Besonders bevorzugt werden von diesen magnesiumorganischen Verbindungen Grignard-Reagentien im engeren Sinne (bei denen b=1, a=O und R1 = 1-10 C und X Cl oder Br ist).
Bei der Umsetzung eines Elektronendonors (ED) und des Elektronenakzeptors (EA) mit dem Festprodukt (I) kann ein Lösungsmittel verwendet werden. Auch beim Waschen nach der Umsetzung kann man ein Lösungsmittel verwenden.
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Geeignete Lösungsmittel sind beispielsweise aliphatische Kohlenwasserstoffe, wie n-Pentan, η-Hexan, n-Heptan, n-Octan, Isooctan, n-Nonan, n-Decan und dergleichen, aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Benzol, Toluol, Xylol, Ethylbenzol, Kumol, und halogenierte Kohlenwasserstoffe, wie Tetrachlorkohlenstoff, Chloroform, Dichlorethan, Trichlorethylen, Tetrachlorethylen, Tetrabromkohlenstoff, Chlorbenzol, o-Dichlorbenzol und dergleichen (diese werden nachfolgend einfach als Lösungsmittel bezeichnet).
Anschliessend wird die Umsetzung des Elektronendonors (ED) und des Elektronenakzeptors (EA) mit dem Festprodukt (I) erläutert.
Diese Umsetzung kann in Suspension in Gegenwart oder in Abwesenheit von Lösungsmitteln durchgeführt werden (eine solche Umsetzung wird nachfolgend als Suspensionsreaktion bezeichnet) oder sie kann unter Vermählen in einer Mahlvorrichtung, wie einer Schwingmühle oder Kugelmühle und dergleichen durchgeführt werden (eine solche Umsetzung wird nachfolgend als Mahlreaktion bezeichnet) oder man kann sie auch in Kombination mit einer Suspensionsreaktion mit einer Mahlreaktion durchführen (eine solche Umsetzung wird nachfolgend als Suspensionsreaktion und Mahlreaktion bezeichnet.
TiCl. wird auf jeden Fall als (EA) verwendet. (EA) oder (EAs), die sich von TiCl. unterscheiden werden nur dann verwemdet, wenn man mehreren (EAs) anwendet. Wendet man mehrere Arten von (EA) an, so können sie im Gemisch angewendet werden und die Umsetzung unter Verwendung von
(EA) wird zwei-oder mehrmals durchgeführt, wobei eine Vielzahl von (EA)-Arten im Gemisch oder getrennt angewendet werden kann. Wird jedoch nur ein (EA) angewendet oder werden zwei oder mehr (EAs) angewendet, so wird TiCl. auf jeden Fall einmal verwendet. In diesen Fällen wird vorzugsweise TiCl. als alleiniges (EA) angewendet, aber man kann auch ein Gemisch von TiCl. mit anderen Elektronenakzeptoren in einem Mischungsverhältnis, das TiCl^ in einer Menge von 20 Gew.% oder mehr enthält, verwenden. Wird TiCl. in der nachfolgenden Beschreibung bei der Umsetzung unter Verwendung von (EA) erwähnt, so schliesst es die vorerwähnten Gemische neben TiCl. allein ein.
Jede Stufe bei der Bildungsreaktion des Festproduktes (II) kann nach der Mahlreaktion oder der Suspensionsreaktion durchgeführt werden. Unter der Voraussetzung, dass die Umsetzung von (EA) wenigstens einmal die Umsetzung von TiCl. einschliesst, kann die Bildungsreaktion des Festproduktes (II) beliebig oft (bis zu 10 mal für jeweils (ED) und (EA)) vorgenommen werden, mit einer jeweils gewünschten Kombination der Reaktanten, wobei auch die Reihenfolge der Reaktanten beliebig ist. Die am meisten bevorzugte Ausführungsform wird durchgeführt, indem man TiCl4 wenigstens einmal und vorzugsweise zwei- oder dreimal in Suspension bei der letzten Stufe der Bildungsreaktion des Festproduktes (II) anwendet (diese Umsetzung wird nachfolgend als letzte Reaktionsstufe bezeichnet), wobei man wenigstens vor dieser letzten Reaktionsstufe andere (EDs) und (Eas) (wobei auch TiCl. eingeschlossen ist) zusammen mit dem Festprodukt (I) in Gegenwart der gesamten Reaktanten (ausgenommen TiCl.
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in der letzten Stufe) einer Mahlreaktion unterwirft, obwohl die Umsetzung von (ED) und (EA) mit dem Festprodukt (I) vor der vorerwähnten Koexistenz auch nach und nach durchgeführt werden kann in jeder beliebigen Reihenfolge und Häufigkeit (eine solche Reaktion wird nachfolgend als erstere Reaktionsstufe bezeichnet). Die bei der ersteren Reaktionsstufe verwendeten Reaktanten können zum Teil oder ganz zuvor in ein Reaktionsprodukt des Festproduktes (I) mit (EA) (wobei auch TiCl. eingeschlossen ist) oder bei einem Reaktionsprodukt von (ED) mit (EA) durch Mahlreaktion oder Suspensionsreaktion umgewandelt werden. Bei der Reaktion in der letzten Stufe können (ED) oder (EA)r ausgeschlossen TiCl4, zusammen mit TiCl4 vorkommen.
Gemäss einer anderen Ausführungsform ist es bei der Bildungsreaktion des Festproduktes (II) möglich, alle Reaktanten einschliesslich TiCl4 einer Mahlreaktion oder einer Suspensionsreaktion zu unterwerfen.
Obwohl TiCl4 als (EA) wenigstens einmal bei der Bildungsreaktion des Festproduktes (II) verwendet wird, kann man auch dann, wenn TiCl4 alleine als (EA) verwendet wird, d.h. dass kein anderer (EA) verwendet wird, die Vorteile der Erfindung erzielen. Die gleichzeitige Anwendung von TiCl4 mit den anderen (EAs) ist jedoch wirksamer und wird bevorzugt.
Werden magnesiumorganische Verbindungen als (EA) mit dem Reaktionsprodukt (I) umgesetzt, so wird bevorzugt, dass die Magnesiumverbindung nicht alleine angewendet wird, sondern mit einem anderen Elektronenakzeptor in
einer Menge von wenigstens 10 Gew.%. Die Umsetzung einer solchen magnesiumorganischen Verbindung und den anderen Elektronenakzeptoren mit dem Festprodukt (I) kann entweder getrennt oder gleichzeitig erfolgen.
Die Mengen von (ED) und (EA), die mit dem Festprodukt (I) umgesetzt werden, liegen bei einmaliger Umsetzung im allgemeinen von 5 bis 50 g, bezogen auf 10Og des Festproduktes (I) .
Wird eine Suspensionsreaktion durchgeführt, dann wird vorzugsweise die Aufschlämmungskonzentration auf 5 bis 50 Gew.% eingestellt. Für diese Anpassung kann die Menge des flüssigen Reaktanten erhöht werden und weiterhin kann man für die Erhöhung ganz oder teilweise ein Lösungsmittel verwenden. Bei der Umsetzung von TiCl4, die vorzugsweise wenigstens einmal in der letzten Stufe in Suspension vorgenommen wird, wird dessen Menge insbesondere erhöht, d.h. dass man vorzugsweise eine Menge von 100 bis 5000 g, bezogen auf 100 g des Festproduktes (I) bei einer Aufschlämmungskonzentration von 2 bis 50 Gew.% verwendet. Für die Anpassung der Aufschlämmungskonzentration kann man gleichzeitig ein Lösungsmittel verwenden.
Die Reaktionsbedingungen für.die jeweiligen Reaktionsstufen bei der Bildungsreaktion des Festproduktes (II) sind so, dass die Reaktionstemperatur im Bereich von 0 bis 500°C und vorzugsweise 20 bis 200°C liegt und die Reaktionszeit, in Abhängigkeit von dem Reaktionszustand, im Bereich von 1 Minute bis 10 Stunden bei einer Suspensionsreaktion und von 5 bis 200 Stunden im Falle einer Mahlreaktion in einer Kugelmühle und 10 bis 50 Stunden
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im Falle einer Mahlreaktion in einer Schwingmühle ausmacht. Die Reaktionsbedingungen in dem Fall, bei dem ein Elektronendonor mit einem Elektronenakzeptor vorher umgesetzt wird, sind die gleichen wie für das später erwähnte Reaktionsprodukt (RP).
Das in der vorher erwähnten Art erhaltene Festprodukt (II) wird nach Beendigung der Bildungsreaktion aus der Reaktionsflüssigkeit entfernt, indem man nichtumgesetztes (ED) und (EA) aus der Reaktionsflüssigkeit durch Abdestillieren unter vermindertem Druck oder unter Atmosphärendruck oder durch Filtrieren oder Dekantieren oder Waschen mit einem Lösungsmittel entfernt und anschliessend trocknet, worauf man es dann bei der nachfolgenden Umsetzung verwendet. Alternativ kann man aber auch ohne zu trocknen die erhaltene, das Lösungsmittel enthaltende Suspension so wie sie ist anwenden.
Das Festprodukt (II) wird dann mit AlR-, einer Trialkylnluminiuinvorbinduncj und (RP) , einem Reaktionsprodukt eines Eloktronendonors mit einem Elektronenakzeptor, unter Bildung einer Katalysatorkomponente kombiniert und ein Teil oder die Gesamtmenge dieser Katalysatorkomponente wird einer Polymerisationsbehandlung mit einem ^i-Olefin wenigstens in Koexistenz mit dem Festprodukt (II) und AlRo unterworfen unter Ausbildung eines voraktivierten Katalysators, der dann als Katalysator für die 06-Olefinpolymerisation verwendet wird. Der Ausdruck "Polymerisationsbehandlung" bedeutet, dass eine geringe Menge eines JL -Olefins mit der Katalysatorkomponente unter Polymerisationsbedingungen und unter Polymerisation des cL -Olefins in Berührung kommt. Als Ergebnis dieser
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Polymerisationsbehandlung erhält man die Katalysatorkomponente in einer Form, bei welcher sie mit einem Polymer des ck-Olefins bedeckt ist.
Für die Erfindung geeignete Trialky!aluminiumverbindungen sind Trimethylaluminium, Triethylaluminium, Tri-npropylaluminium, Tri-n-butylaluminium, Triisobutylaluminium, Tri-n-hexylaluminium, Triisohexylaluminium, Tri-2-methylpentylaluminium, Tri-n-octylaluminium und Trin-decylaluminium.
Das Reaktionsprodukt (RP) eines Elektronendonors mit einem Elektronenakzeptor, das mit dem Festprodukt (II) kombiniert werden soll (dieses Reaktionsprodukt wird nachfolgend abgekürzt als RP oder als Reaktionsprodukt RP bezeichnet) wird wie folgt hergestellt (wobei als Elektronendonor und Elektronenakzeptor jede der vorerwähnten Elektronendonoren und Elektronenakzeptoren, wie sie mit dem Festprodukt (I) zu kombinieren waren, verwendet wird): (ED) 100 g wird mit (EA) (10 bis 500 g) unter Verwendung eines Lösungsmittels (0 bis 500 ml) bei -5 bis 200°C während 1 Minute bis 5 Stunden umgesetzt. Nach Beendigung der Umsetzung wird die Reaktionsflüssigkeit so wie sie ist für die nachfolgende Reaktion verwendet oder ein Teil oder die Gesamtmenge von nichtumgesetztem (ED) und nichtumgesetztem (EA) und des Lösungsmittels können aus der Reaktionsflüssigkeit durch Abfiltrieren, Dekantieren, Vakuumtrocknen und dergleichen entfernt werden, wobei man das Reaktionsprodukt dann in Form eines Feststoffes oder einer öligen Substanz, die für die nachfolgende Reaktion verwendet wird, erhält.
Für die Voraktivierung geeignete Olefine sind geradkettige
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Monoolefine, wie Ethylen, Propylen, Buten-1, Hexen-1, Hepten-1, Octen-1, Decen-1 und dergleichen, sowie verzweigte Monoolefine, wie 4-Methyl~penten-1, 2-Methylpenten-1, 3-Methyl-buten-1 und dergleichen, sowie auch Styrol geeignet. Diese cL·-Olefine können gleich oder verschieden sein von den mit dem voraktivierten Katalysator zu polymerisierenden cL-Olefinen.
Die Polymerisationsbehandlung kann in einem beliebigen Kohlenwasserstofflösungsmittel, wie Propan, Butan, n-Pentan, η-Hexan, n-Heptan, n-Octan, Benzol oder Toluol, oder einem verflüssigten c£-Olefin, wie verflüssigtem Propylen oder verflüssigtem Buten-1 und dergleichen durchgeführt werden, wobei Ethylen- oder Propylengas und Wasserstoff während dieser Behandlung vorhanden sein können.
Für die Herstellung des Katalysators für die Voraktivierung, werden die Substanzen in den folgenden Mengen angewendet:
0,5 bis 500 g, vorzugsweise 1 bis 50 g, Trialkylaluminium (AlR3), 1 bis 20 g des Reaktionsproduktes (RP), weniger als 5000 g und vorzugsweise 0,1 bis 1000 g oL-Olefin (öl-0) , 0 bis 10 1 Wasserstoff und 0 bis 80 Lösungsmittel, jeweils bezogen auf 1 g des Pestproduktes (II). Bei der Voraktivierung, einschliesslich der Polymerisationsbehandlung, erfolgt die Zugabe der Katalysatorkomponenten des oL-Olefins, etc., und die Umsetzung bei 0 bis 1000C und vorzugsweise 10 bis 7O0C. Bei der Polymerisationsbehandlung wird das 06-Olefin in einer Menge von 0,1 bis 500 g pro g des Festproduktes (II)
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umgesetzt. Die Zeit für die Polymerisationsbehandlung liegt vorzugsweise im Bereich von 1 Minute bis 5 Stunden. Die Polymerisationsbehandlung kann auch in Gegenwart von ei -Olefinpolymerteilchen in einer Menge von O bis 5000 g pro g des Festproduktes (II) vorgenommen werden. Ausserdem kann die Zugabe und das Vermischen von verschiedenen Katalysatorkomponenten während der Voraktivierung und während der Polymerisationsbehandlung erforderlichenfalls unter Rühren erfolgen.
Wenn die gesamte Menge der Katalysatorkomponenten in der letzten Polymerisationsbehandlung vorliegt, so ist die Herstellung des voraktivierten Katalysators bei dieser letzten Polymerisationsbehandlung beendet, und wenn eine gewisse Katalysatorkomponente noch nicht vorhanden ist, so ist die Herstellung dann beendet, wenn diese Katalysatorkomponente zugegeben wird. Als Voraktivierungsverfahren sind verschiedene Verfahren geeignet, wie
(1) Ein Verfahren, bei dem man AlR3 (Trialkylaluminium) zu dem Festprodukt (II) und (RP) (Reaktionsprodukt) in einer beliebigen Reihenfolge gibt, worauf man anschliessend mit einem cL -Olefin (cL-O.) umsetzt»
(2) Ein Verfahren, bei dem man AlR3 mit dem Festprodukt (II) vermischt und anschliessend mit einem (0I-0-) umsetzt und dann (RP) zugibt.
(3) Ein Verfahren, bei dem man AlR3, (RP) und das Festprodukt (II) in einer beliebigen Reihenfolge zugibt und sie dann mit ioL~0-i) umsetzt und anschliessend (0L-O2) zugibt.
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(4) Ein Verfahren, bei dem man das Verfahren (1), (2) oder (3) durchführt und anschliessend (ot-02) zugibt.
(5) Ein Verfahren nach einem der vorerwähnten Verfahren (1), (2), (3) oder (4), das in Gegenwart eines zuvor hergestellten ob-Olefinpolymers durchgeführt wird.
(6) Ein Verfahren, bei dem man Viasserstoff zusammen mit (öl-O1) und/oder (ö6-O2) bei den vorerwähnten Verfahren (1), (2), (3), (4) oder
(5) anwendet.
Die vorerwähnten (RP1), (RP2) (00-O1) und Co^-O2) können gleich oder verschieden sein. Weden (ot -0) , (RP) und dergleichen zwei- oder mehrmals umgesetzt, so werden die vorerwähnten Mengen in Anteilen angewendet. Bei den vorerwähnten Verfahren kann (ED) beliebig oft zugegeben werden. Bei den Verfahren, bei denen das Festprodukt (II) koexistent mit AlR., und (öC-O) ist, wird die Polymerisationsbehandlung durchgeführt.
Nach der Voraktivierung und der anschliessenden Entfernung von nichtumgesetztem (oC-0) und Lösungsmittel wird der erhaltene voraktivierte Katalysator zu einem Pulver getrocknet oder in einem Lösungsmittel in einer solchen Menge suspendiert, dass nicht mehr als 80 1 pro g des Festproduktes (II) vorliegen.
Ein so hergestellter voraktivierter Katalysator wird dann für die cL -Olefinpolymerisation angewendet.
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Man kann diesen Katalysator entweder für die Aufschlämmungspolymerisation in Gegenwart eines Kohlenwasserstofflösungsmittels, wie η-Hexan oder n-Heptan, oder für eine Substanzpolymerisation, die in einem verflüssigten cL -Olefin, wie verflüssigtem Propylen oder verflüssigtem Buten-1, vorgenommen wird, anwenden. Wegen der grossen Aktivität des Katalysators wird eine besonders grosse Wirksamkeit bei einer Gasphasenpolymerisation erzielt, bei der ein dU-Olefin, wie Propylen, in der Gasphase polymerisiert wird. Eine besonders gute Wirksamkeit erzielt man auch in einem Fall, bei dem man eine Gasphasenpolymerisation modifiziert, indem man zunächst eine Aufschlämmungs· polymerisation oder Substanzpolymerisation durchführt, an welche sich dann eine Gasphasenpolymerisation anschliesst.
Bei der vorliegenden Erfindung kann die Gasphasenpolymerisation unter Fluidisierung in einem Fliessbett oder unter Fluidisieren mit Rührschaufeln und vertikalen oder horizontalen Paddelrührern durchgeführt werden. Ebenso kann die Polymerisation kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen.
Die vorerwähnte Modifizierung der Gasphasenpolymerisation, bei welcher eine Gasphasenpolymerisation nach einer Aufschlämmungs- oder Suspensionspolymerisation durchgeführt wird, kann absatzweise oder kontinuierlich erfolgen. Geeignet ist beispielsweise ein Verfahren, bei dem man (1) eine Aufschlämmungs- oder Substanzpolymerisation durchführt und anschliessend das Lösungsmittel oder das verflüssigte oC-Olefin entfernt und dann eine Gasphasenpolymerisation durchführt und (2) ein Verfahren, bei dem man eine Aufschlämmungs- oder Substanzpolymerisation
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durchführt und anschliessend ohne Entfernung des Lösungsmittels oder des oL -Olefins die o^-Olefinpolymerisation fortführt, wobei die Polymerteilchen dann das Lösungsmittel oder das verflüssigte Λ-Olefin einschliessen und schliesslich der flüssige Anteil verschwindet und die Aufschlämmungs- oder Suspensionspolymerisation, ohne dass besondere Verfahrensweisen angewendet werden, in eine Gasphasenpolymerisation pbergeht, bei welcher das cL -Olefin in Gasform zugeführt wird. Eine Polymerisation in mehreren Stufen aus einer Kombination einer Aufschlämmungs-oder Substanzpolymerisation mit einer Gasphasenpolymerisation gibt besonders gute Ergebnis bei einer Kontinuierlichen Polymerisation. Gemäss einer Ausführungsform führt man in der ersten Stufe eine Aufschlämmungs- oder Substanzpolymerisation durch. Die Polymerisation wird wietergeführt, bis die Polymerteilchen 30 % oder weniger an Lösungsmittel oder verflüssigtem oL -Olefin enthalten oder das Lösungsmittel oder das verflüssigte o£ -Olefin werden entfernt und anschliessend wird die Gasphasenpolymerisation von oL -Olefin in einer zweiten Stufe unter Fluidisierung der Polymerteilchen durchgeführt. Bei dieser zweiten Gasphasenpolymerisationsstufe wird der Katalysator der ersten Stufe so wie er ist verwendet, aber die Zugabe eines frischen Katalysators in der zweiten Stufe ist für die Vorteile der vorliegenden Erfindung nicht nachteilig. Das Verhältnis zwischen der Aufschlämmungs- und Substanzpolymerisation zu der Gasphasenpolymerisation ist vorzugsweise so bemessen, dass man die Polymerisation in einem Gewichtsverhältnis der ersteren zur letzteren von 1: 0,1 bis 100 (bezogen auf das Gewicht) vornimmt.
Bei der Durchführung der Erfindung in einer Aufschlämmungs-
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oder Substanzpolymerisation kann man das Lösungsmittel oder das verflüssigte Monomer nach Beendigung der Polymerisation nicht nur durch Filtrieren oder Dekantieren sondern auch durch Abdestillieren entfernen. Der Grund hierfür ist der, dass auch dann, wenn amorphes Polymer zurückbleibt, bei dem erhaltenen Polymerprodukt ausrei·1· chende physikalische Eigenschaften vorliegen, v/eil die Menge an amorphem Polymer so gering ist, dass das erhaltene polymere Produkt eine hohe Härte aufweist.
Die Polymerisationsbedingungen bei der Aufschlämmungs~ polymerisation, der Substanzpolymerisation und der Gasphasenpolymerisation sind so, dass die Polymerisationstemperatur zwischen Raumtemperatur (20 C) und 200 C liegen kann und die Polymerisationsdrücke zwischen Atmosphärendur ck (0 bar überdruck) bis 50 bar überdruck liegen können und die Polymerisationszeiten 5 Minuten bis Stunden betragen. Bei der Polymerisation können übliche Massnahmen wie die Zugabe einer geeigneten Menge an Wasserstoff, angewendet werden.
Geeignete erf indungsgemäss polymerisierbare ji, -Olefine sind geradkettige Monoolefine, wie Ethylen, Propylen, Buten-1, Hexen-1, Octen-1 und dergleichen, sowie verzweigte Monoolefine, wie 4-Methyl-penten-1, 2-Methyl"· penten-1 und 3-Methyl-buten-1, sowie auch Diolefine, wie Butadien, Isopren und Chloropren oder auch Styrol» Diese Olefine können homo- oder miteinander copolymerisiert werden, z.B. als Kombination von Propylen mit Ethylen, Buten mit Ethylen oder Propylen mit Buten-1. In den Fällen, bei denen man ein Gemisch von Monomeren oder in einem Mehrstufenverfahren verschiedene oL-Olefine
verwendet/ kann die erste Stufe als Aufschlämmungs- oder Substanzpolymerisation und die zweite Stufe als Gasphasenpolymerisation durchgeführt werden.
Ein erster Vorteil beim erfindungsgemässen Verfahren besteht darin, dass man hochkristalline Polymere erhält. Im Falle von Polypropylen hat das Polypropylen, auch wenn das ataktische Polypropylen nicht entfernt wird, einen Wert von O,9O bis O,9 35, ausgedrückt als Absorptionsverhältnis bei der Absoption von 995 cm und 974 cm , gemessen durch Infrarotabsorption. Dieses Verhältnis wird als IR-T7 bezeichnet und wird später bei der Erläuterung der Messmethode erklärt.
Ein zv/eiter Vorteil besteht darin, dass die erhaltenen Ji, -Olef inpolymere eine hohe Härte haben. Sie weisen ein Biegemodul (gemäss JIS K-7203) im Bereich von 1,1 bis 1,3 χ 104 kg/cm2 auf
ehe Anwendungen geeignet.
bis 1,3 χ 10 kg/cm auf und sind deshalb für zahlrei-
Ein dritter Vorteil besteht darin, dass der Prozentsatz an amorphem Polymer (amorphes Polypropylen im Falle von Polypropylen) vermindert wird. Bei Polypropylen wird die Menge von ataktischem Polypropylen als hexanlöslicher Anteil bei 20°C auf 2 bis 4 % vermindert. Aufgrund dieser Verminderung und der vorerwähnten hohen Festigkeit (zweiter Vorteil) reichen die physikalischen Eigenschaften des Polymeren für die praktische Anwendung aus, selbst wenn man das amorphe Polymere in dem Polymerprodukt belässt. Infolgedessen ist es bei einer Aufschlämmungspolymerisation, Substanzpolymerisation oder Gasphasenpolymerisation oder einer Aufschlämmungs- und Substanzpolymerisation mit einer anschliessenden Gasphasenpolymerisation nicht erforderlich, nach Beendigung der Polymerisation
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das amorphe Polymer zu entfernen und dadurch wird die Produktivität verbessert, weil weniger Polymerverluste eintreten und das Herstellungsverfahren erleichtert und die Herstellungsvorrichtungen vereinfacht werden.
Erfindungsgemäss werden die Vorteile der früheren Erfindung (6) in gleichem Masse oder darüber hinaus beibehalten, d.h. dass der Katalysator eine hohe Stabilität hat, dass die Polymerausbeute hoch ist, dass das Übergangsmetall wirksam verwendet wird, und dass die Molekulargewichtsverteilung so eingestellt werden kann, dass sie eng ist, wobei das Polymere auch eine gute Form aufweist. Dieser Vorteil wird noch näher erläutert.
Ein vierter Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der Katalysator eine hohe Stabilität aufweist. Selbst wenn man den voraktivierten Katalysator etwa 1 Woche in einem Katalysatortank stehen lässt, bevor er für die Polymerisation angewendet wird, hat dies keinen nachteiligen Einfluss,wie eine merkliche Verminderung der Polymerisationsaktivität oder eine merkliche Verminderung der Kristallinität oder der Pulverform bei den erhaltenen Polymerisaten.
Der fünfte Vorteil besteht darin, dass der Katalysator eine ausserordentlich hohe Aktivität aufweist und (/.-Polymere in hoher Ausbeute ergibt. Die Polymerausbeute pro g des Festproduktes (II) beträgt 5000 bis 20000 g bei einer Aufschlämmungs- oder Substanzpolymerisation oder 5000 bis 15000 g (Polymer) bei einer Gasphaseftpolymerisation, bei welcher ja die Monomerkonzentration verhältnismässig niedrig ist. Selbst bei einer
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Gasphasenpolymerisation, nicht zu erwähnen den Fall einer Aufschlämmungs- oder Substanzpolymerisation, ist es möglich, die Menge des Katalysators zu verringern und wenn man auch die Deaktivierung des Katalysators oder die Reinigung des Polymeren nach Beendigung der Polymerisation abkürzt, erhält man noch ein Polymeres, das nicht verfärbt ist und das keine nachteiligen Eigenschaften aufweist, wie einen Abbau der physikalischen Eigenschaften des Polymeren, ein Rosten der Form während der Verformung. Weiterhin ist es möglich, das Reinigungsverfahren des Polymeren abzukürzen.
Ein sechster Vorteil liegt darin, dass das Ubcrgangsmetall sehr wirksam ausgenutzt wird. Bei einer Propylen-
4 polymerisation liegt die Polymerausbeute bei 1 χ 10 bis
2,0 χ 10 g (Polymer)/g übergangsmetallatom.
Ein siebenter Vorteil besteht darin, dass man die Molekulargewichtsverteilung so einstellen kann, dass sie eng wird. So ist eine Einstellung zwischen 3,5 und 7,0, ausgedrückt als Mw/Mn m°glich.
Ein achter Vorteil besteht darin, dass die erhaltenen Polymerteilchen eine gute Form aufweisen und ein Schüttgewicht (BD) von 0,35 bis 0,45 haben.
Ein neunter Vorteil besteht darin, dass selbst bei einer Gasphasenpolymerisation eine ausreichend hohe Ausbeute erzielt wird und dass die Entfernung von amorphen Polymeren und von Katalysatorrückständen im erhaltenen polymeren Produkt nicht erforderlich wird. Es findet keine Zusammenhaftung der Polymerteilchen während der Polymerisation statt, so dass man das Polymere einfach aus dem
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Polymerisationsgefäss entfernen und dann transportieren kann und ein Polymerisationsverfahren unter stabilen Bedingungen über längere Zeiträume möglich wird und dadurch kann man die Vorteile einer Gasphasenpolymerisation ausnutzen. Diese besonderen Vorteile bei der Gasphasenpolymerisation sind darin zu sehen, dass man die Wiedergewinnung und Wiederverwendung des Lösungsmittels und des Monomers minimalisieren kann und dadurch die Wiedergewinnungs- und Wiederverwendungskosten vermindert und damit die Produktionskosten des Polymeren ebenfalls vermindert werden. Da die Polymerausbeute bei der Durchfuhr rung der Gasphasenpolymerisation erhöht wird, kann man eine Modifizierung der Gasphasenpolymerisation, d.h. eine Aufschlämmungs- oder Substanzpolymerisation mit an4-schliessender Gasphasenpolymerisation, vorteilhaft durchführen. Weil die Gasphasenpolymerisation in der letzten Stufe durchgeführt wird, ist es möglich, die Polymerkonzentration in der Aufschlämmungs- öder Substanzpolymerisation, die in der ersten Stufe vorgenommen wird, auf 70 % oder höher zu erhöhen, worauf dann die Gasphasenpolymerisation erfolgt und bei der in der letzten Stufe erfolgenden Gasphasenpolymerisation ist es möglich, das nichtumgesetzte in den Polymerteilchen eingeschlossene Monomere wirksam in die Gasphase durch die bei der Polymerisation entstehende Wärme zu verdampfen. Infolgedessen kann man insbesondere bei einer Substanzpolymerisation mit einer anschliessenden Gasphasenpolymerisation die Vorteile der Erfindung durch Anwendung der Polymerisationswärme erzielen.
Die Definitionen der Messverfahren und der physikalischen Eigenschaften, wie sie in den Beispielen vorkommen, werden nachfolgend erläutert.
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Ataktischer_Index
TO g des Polymeren werden mit 200 ml η-Hexan bei 20°C unter Rühren während 48 Stunden extrahiert und dann durch Filtrieren in ein n-hexanloslich.es Polymer (z.B. ataktisches Polypropylen) und in ein n-hexanunloslich.es Polymer (z.B. isotaktisches Polypropylen) abgetrennt und anschliessend getrocknet. Der ataktische Index wird durch folgende Gleichung ausgedrückt:
, . , , . , _ -, /ox Menge an ataktischem Polymer (g)
Ataktischer Index (%) = ——2 : ■ r- =-*-: 1^
Menge an isotaktischem Polymer
(g) + Menge an ataktischen Polymer (g)
Ein Polymer wird in o-Dichlorbenzol als Lösungsmittel so verteilt, dass es eine Konzentration von 0,1 bis 0,5 % hat. Die Lösung wird dann unter Verwendung von GPC 200 (hergestellt von der Waters Co.) bei 1400C mit einer Fliessgeschwindigkeit von 1 ml/min auf die Molekulargewichts-Verteilung (^/M) untersucht (M : Durchschnittsmolekulargewicht, M : Zahlendurchschnittsmolekulargewicht).
(c) iSziL
Ein 120 Minuten bei 135°C getempertes Polymer wird auf IR-f nach der Luongo-Methode untersucht (siehe J.P. Luongo, J. ApIl. Polymer Sei., 3, 302 (196O)).
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(d) §i§2§?52£üi
Die Messung erfolgt gemäss JIS K-7203
(e) BD
Schüttgewicht. Das Schüttgewicht des Polymeren wird durch
Anzahl < drückt.
Anzahl der Gramme pro cm des scheinbaren Volumens ausge-
(f) MPR
Die Schmelzflussgeschwindigkeit wird gemäss ASTM D-1238(L) bestimmt.
Beispiel 1
133 g wasserfreies Aluminiumtrichlorid werden mit 40 g Magnesiumoxid in einer Schwingmühle während 3 Stunden bei 25O°C vermählen und anschliessend abgekühlt und aus der Mühle entnommen unter Erhalt eines Festproduktes (I).
100 g des Festproduktes (I) und ein Reaktionsprodukt, das erhalten wurde durch Umsetzen von 30 g Ethylbenzoat mit 15g Siliziumtetrachlorid bei 20OC während 3O Minuten, wurden in eine Kugelmühle mit einem Innendurchmesser von 200 mm und einer Kapazität von 4/7 1/ die 100 Kugeln mit 15 mm Durchmesser enthielt, gegeben und bei 20 C 48 Stunden einer Mahlreaktion unterworfen. 100 g des
dabei erhaltenen Feststoffes wurden in 900 g Titantetrachlorid suspendiert und 2 Stunden bei 80 C umgesetzt und anschliessend wurden 700 g Titantetrachlorid.mit den darin enthaltenen löslichen Bestandteilen durch Filtrieren abgetrennt.
Anschliessend wurden 800 g Titantetrachlorid zugegeben und eine Suspension gebildet. Diese Suspension wurde 30 Minuten bei 800C gehalten und dann wurde das lösliche Bestandteile enthaltende Titantetrachlorid durch Filtrieren entfernt und anschliessend wurde 4 mal durch Filtrieren gewaschen, wobei jedesmal 1000 ml η-Hexan verwendet wurden und dann wurde das Festprodukt (II) getrocknet. Der Ti-Atomgehalt in 1 g dieses Festproduktes (II) betrug 12 mg.
(2) HgEstellung_des_vgraktivierten_Katalvsators
(2-1) Herstellung des Reaktionsproduktes (RP): In einen 500 ml Dreihalskolben wurden 300 ml n-Hexan, 30 g Methyl-p-toluylat und 26 g wasserfreies Aluminiumtrichlorid vorgelegt und dann 1 Stunde bei 700C umgesetzt und anschliessend auf 20°C gekühlt und filtriert und dann gewaschen und in einem mit Stickstoff gespülten Trockenschrank getrocknet, wobei man 55 g des Festproduktes (RP) erhielt.
(2-2) Herstellung des voraktivierten Katalysators: Ein Reaktionsrohr aus rostfreiem Stahl mit einem Volumen von 30 1, das mit geneigten Rührblättern ausgerüstet war, wurde mit Stickstoffgas gespült und dann wurden 800 ml
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η-Hexan, 4,56 g Triethylaluminium und 0,288 g des Festproduktes (II) zugegeben. Propylen wurde bei 20°C unter einem Partialdruck von 1 bar (Überdruck) während 10 Minuten zugegeben (die Menge des polymerisierten Propylene betrug 0,9 g/g Festprodukt (II)) und anschliessend wurden 1,76 g des vorerwähnten Festproduktes zugegeben unter Ausbildung eines voraktivierten Katalysators.
Der so hergestellte Katalysator wurde 6 Stunden stehen gelassen. 4800 ml Wasserstoff wurden in das Reaktionsrohr gegeben und dann wurde eine Gasphasenpolymefisation unter Verwendung des Katalysators bei einem Partialdruck des Propylene von 25 bar (überdruck) bei 70°C während 2,5 Stunden durchgeführt. Nach Beendigung der Polymerisation wurden zum Entaktivieren des Katalysators 80 g Met-anol zugegeben und die Entaktivierung erfolgte 10 Minuten bei 700C. Anschliessend wurde auf 20°C gekühlt und der Inhalt so wie er war getrocknet, wobeiman 4,176 kg des Polymeren als weisses Pulver erhielt. Die Polymerausbeute (Gesamtpolymer) pro g des Festprodüktes (II) betrug 14.500 g. Dieses Polymer hatte einen ataktischen Index von 2.0, einen Wert von M /M von 4,1 und ein
Vv Xl Λ
IR- V von 0,3 sowie einen Biegemodul von 1,30 χ 10 kg/cm und ein Schüttgewicht BD von 0,48 sowie eine MFR von 4,3.
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Vergleichsbeispiel 1
Die Herstellung, das Lagern des Katalysators und die Polymerisation von Propylen wurde wie in Beispiel 1 durchgeführt, mit der Ausnahme, dass das Reaktionsprodukt (RP) nicht bei der Herstellung des voraktivierten Katalysators verwendet wurde (was nachfolgend einfach als Katalysatorherstellung bezeichnet wird).
Vergleichsbeispiele 2 und 3
Die Herstellung und die Lagerung des Katalysators sowie die Polymerisation von Propylen wurden wie in Beispiel 1 durchgeführt, mit der Ausnahme, dass Methyl-p-toluylat in einer Menge von 0,928 g (Vergleichsbeispiel· 2) bzw. von 1,76 g (Vergleichsbeispiel 3) anstelle des Reaktionsproduktes (RP) bei der Katalysatorherstellung verwendet wurde,
Vergleichsbeispiele 4 und 5
Die Herstellung und Lagerung des Katalysators und die Polymerisation von Propylen wurden wie in Beispiel 1 durchgeführt, mit der Ausnahme, dass Aluminiumtrichlorid in einer Menge von 0,832 g (Vergleichsbeispiel 4) bzw. 1,76 g (Vergleichsbeispiel 5) anstelle des Reaktionsproduktes (RP) bei der Katalysatorherste^ung verwendet wurde.
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Vergleichsbeispiel 6
Die Herstellung und das Lagern des Katalysators und die Polymerisation von Propylen wurden wie in Beispiel 1 durchgeführt, mit der Ausnahme, dass nach dem Kombinieren des Festproduktes (II) mit Triethylaluminium das Reaktionsprodukt (RP) bei der Katalysatorherstellung zugegeben wurde, ohne dass Propylen zugefügt wurde.
Die Ergebnisse der Beispiele 1 und der Vergleichsbei*- spiele 1 bis 6 werden in Tabelle 1 gezeigt.
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Beispiel 2
320 ml η-Hexan, 6,4 g Triisobutylaluminium, 0,24 g des Reaktionsproduktes (RP) von Beispiel 1 und 0,336 g des Festproduktes (II) von Beispiel 1 wurden in das gleiche Reaktionsrohr wie in Beispiel 1 vorgelegt und Propylen wurde unter einem Partialdruck von 2 bar (Überdruck) 5 Minuten bei 40°C eingeleitet, wobei 4,3 g Propylen pro g des Festproduktes (II) polymerisieren. Weiterhin wurden 1,328 g des gleichen Reaktionsproduktes (RP) zur Herstellung eines voraktivierten Katalysators zugegeben und dieser wurde dann 10 Stunden stehen gelassen und anschliessend wurde eine Propylenpolymerisation unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1(3) durchgeführt.
Beispiel 3
960 ml n-Pentan, 160 g eines zuvor durch Aufschlämmungspolymerisation erhaltenen pulverförmigen Polypropylens, 6,08 g Tri-n-butylaluminium, 0,288 g p-Anisat und 0,512 g des in Beispiel 1 erhaltenen Festproduktes (II) wurden vorgelegt und Propylen uwrde unter einem Partialdruck von 4 bar (Überdruck) bei 15°C 30 Minuten eingeleitet, wobei 12 g Propylen pro g des Festproduktes (II) polymerisierten. Nach dem Ablüften des nichtumgesetzten Propylens wurden 1,44 g des Reaktionsproduktes (RP) von Beispiel 1 zugegeben und anschliessend wurde das Lösungsmittel unter vermindertem Druck abgedampft, wobei man einen voraktivierten Katalysator in Form eines Pulvers
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erhielt. Dieser wurde stehen gelassen und dann erfolgte die Propylenpolymerisation wie in Beispiel 1(3).
Beispiel 4
1920 ml n-Pentan, 4,48 g Triethylaluminium, 1,888 g des Reaktionsproduktes (RP) von Beispiel 1 und 0,38 4 g des Festproduktes (II) von Beispiel 1 wurden vermischt und dann wurde Propylen bei 500C während 10 Minuten unter einem Druck von 5 bar (Überdruck) eingeleitet, wobei 120 g Propylen pro g des Festproduktes (II) umgesetzt wurden. Nichtumgesetztes Propylen und Lösungsmittel wurden unter vermindertem Druck entfernt, wobei man einen voraktivierten Katalysator in Pulverform erhielt und dieser wurde stehen gelassen und dann für die Propylenpolymer is ation wie in Beispiel 1(3) verwendet.
Beispiel 5
800 ml n-Hexan, 6,4 g Tri-n-octylaluminium und 0,384 g des in Beispiel 1 erhaltenen Festproduktes (II) wurden miteinander vermischt. Dann wurden 240 ml Wasserstoff zugegeben und Propylen wurde unter einem Druck von 0,5 bar (Überdruck) bei 20°C während 60 Minuten eingeleitet (wobei die Menge an umgesetztem Propylen 2,4 g pro g des Festproduktes (II) betrug). Dann wurden 1,632 g des Reaktionsproduktes (RP) von Beispiel 1 zugegeben unter Erhalt eines voraktivierten Katalysators, der dann stehen
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gelassen und für di Propylenpolyitierisation wie in Beispiel 1(3) verwendet wurde.
Beispiel 6
0,5 g des Reaktionsproduktes (RP) von Beispiel 1, 2,0 g Triethylaluminium und 0,300 g des in Beispiel 1 erhaltenen Festproduktes (II) wurden zu 320 ml η-Hexan gegeben und dann wurde Propylen mit einem Partialdruck von 0,1 bar (Überdruck) 120 Minuten bei 30°C eingeleitet, wobei 120 g Propylen pro g des Festproduktes (II) polymerisierten. Dann wurden weitere 0,4 g des gleichen Reaktionsproduktes (RP) zugegeben und Propylen wurde bei einem Partialdruck von 0,1 bar (Überdruck) 60 Minuten bei 300C unter weiterer Polymerisation von 80 g Propylen pro g des Festproduktes (II) eingeleitet. Man erhielt einen voraktivierten Katalysator, der stehen gelassen und für die Propylenpolymerisatxon wie in Beispiel 1(3) verwendet wurde.
Beispiel 7
3,684 g Triethylaluminium und 0,240 g des in Beispiel 1 erhaltenen Festproduktes (II) wurden zu 16 1 η-Hexan gegeben und dann wurde Ethylen unter einem Ethylenpartialdruck von 1 bar (Überdruck) bei 70°C während 5 Minuten umgesetzt, wobei 30 g Ethylen pro g des Festproduktes (II) reagierten. 1360 g des Reaktionsproduktes (RP) von Beispiel
- 46 -
1 wurden zu dem voraktivierten Katalysator gegeben und dann, ohne dass der Katalysator gelagert wurde, wurden 2880 ml Wasserstoff zugegeben. Eine Propylenpolymerisation in der Aufschlämmung wurde unter einem Propylenpartialdruck von 10 bar (Überdruck) bei 70°C während 2 Stunden durchgeführt und anschliessend wurde n-Hexan durch Wasserdampfdestillation entfernt, wobei man ein Polymer erhielt.
Beispiel 8
Propylen wurde wie in Beispiel 7 polymerisiert, mit der Ausnahme, dass bei der Herstellung des voraktivierten Katalysators 48 g Buten-1 zugegeben wurden anstelle der Umsetzung von Ethylen unter einem Partialdruck von 1 bar (Überdruck) von Ethylen, wobei 2,3 g Buten-1 pro g des Festproduktes (II) umgesetzt wurden.
Die Ergebnisse der Beispiele 2 bis 8 werden in Tabelle 2 gezeigt.
- 47 -
Tabelle 2
Nr. Ti-Ge-
halt im
Pestpro
dukt (II)
(mg/ g)
Polymeraus-
beute (g)
pro g
Ti-
Atom
(x105)
IR-t Biege
modul
/xlO4 \
kg/cm^J
atakti
scher
Index
Mn BD MFR
Beispiel 2
3
4
5
6
7
8
12,0
12,0
12,0
12,0
12,0
12,0
12,0
pro g
Fest-
prod.
(ID
10,7
7,7
6,3
9,2
11,0
11,8
11,0
0,92
0,91
0,90
0r92
0,93
0f92
0,92
1,28
1,25
1,10
1,28
1,30
1,24
lf27
2,1
2,3
3,0
2,2
2,1
2,2
2I1
4,5·
4,6
5,0
4,5·
4,5
4,5
4,2
0,44
α, 4i
0,35
0,41
0,42
0,43
0,44
4,*
4,2
4,2
4,1"
4,8-
4,1
4,0·
12.800
9.200
7.600
11.000
13.200
14.200
13.200
Beispiel 9
Ein Reaktionsprodukt (RP) wurde wie in Beispiel 1(2) hergestellt mit der Ausnahme, dass 30 g Ethyl-p-anisat anstelle von Methyl-p-toluylat verwendet wurden. Die Herstellung des voraktivierten Katalysators, dessen Lagerung und die Propylenpolymerisation erfolgte wie in Beispiel 1 mit der Ausnahme, dass 2,24 g des oben erwähnten Produktes als Reaktionsprodukt (RP) verwendet wurden.
Beispiel 10
100 ml n-Hexan, 12,7 g Monoethylaluminiumdichlorid und 15f0 g Ethylbenzoat wurden 30 Minuten bei 20°C miteinander umgesetzt und anschliessend wurde η-Hexan unter vermindertem Druck abdestilliert, wobei man ein Reaktionsprodukt (RP) erhielt. Die Herstellung des voraktivierten Katalysators, dessen Lagerung und die Propylenpolymerisation wurden wie in Beispiel 1 durchgeführt, wobei jedoch 1568 g des oben erhaltenen Produktes als Reaktionsprodukt (RP) bei der Herstellung des Katalysators verwendet wurden.
Beispiel 11
Die Herstellung des voraktivierten Katalysators, dessen Lagerung und die Propylenpolymerisation wurden wie in Beispiel 1 durchgeführt, wobei aber'17 g SiCl4 mit 15 g Methyl-p-toluylat 4 Stunden bei 30°C umgesetzt wurden
- 49 -
Erhalt eines Reaktionsproduktes, das dann so wie es war als (RP) in einer Menge von 1504 g bei der Herstel-' lung des Katalysators verwendet wurde.
Beispiel 12
15,0 g Methyl-p-toluylat wurden zu 11,6 g n-Bu-MgCl, suspendiert in 100 ml n-Heptan gegeben und dann 2 Stunden bei 80 C umgesetzt und anschliessend gekühlt, filtriert und getrocknet, unter Erhalt eines Reaktionsproduktes (RP). Die Herstellung des voraktivierten Katalysators, dessen Lagerung und die Propylenpolymerisation erfolgten wie in Beispiel 1, wobei jedoch das oben erwähnte Produkt als Reaktionsprodukt (RP) in einer Menge von 1312 g bei der Herstellung des Katalysators verwendet wurde.
Beispiel 13
3 g Methylalkohol und 13,6 g Methylbenzoat wurden in 100 ml η-Hexan gelöst. 27 g wasserfreies Aluminiumtrichlorid wurden zugegeben und dann 2 Stunden bei 60°C umgesetzt, worauf man kühlte, filtrierte und trocknete, unter Erhalt von 45 g eines Reaktionsproduktes (RP). Doe Herstellung des voraktivierten Katalysators, dessen Lagerung und die Propylenpolymerisation erfolgten wie in Beispiel 3, wobei jedoch 1504 g des oben erhaltenen Reaktionsproduktes (RP) bei der Katalysatorherstellung verwendet wurden.
- 50 -
Beispiel 14
Die Herstellung des voraktivierten Katalysators, dessen Lagerung und die Propylenpolymerisation wurden wie in
Beispiel 13 durchgeführt, wobei jedoch anstelle von Methylalkohol bei der Herstellung des Reaktionsproduktes (RP) 3 g Di-n-butylether verwendet wurden.
Die Ergebnisse der Beispiele 9 bis 14 werden in Tabelle 3 gezeigt.
- 51 -
Tabelle 3
Ti-Ge-
halt im
'Polymeraus
beute (g)
pro g
Ti- ·
A torn"
U105)
IR-τ Biege-
modul
atakti
scher
V
M
BD MFR
Nr. Festpro
dukt
(II)
(mg/g)
pro g
Fest-
prod.
(II)
10,0 0,92 /*io4 Λ
(kg/ciri2;
Index Mn 4,2
Beispiel 9 12,0 12.000 9,6 0,92 1,29 2,1 4,2 0,40 4,3
10 12,0 11.500 10,2 0,93 1,27 4,1 0,42 4,3
11 12,0 12.200 V 0,92 1,30 2I1 4,1 0,44 4,1
12 12,0 11.400 11,4 0,93 1,27 2,4; 4.3 0,42 4,2
13 12,0 13.700 10,3 0f93 1,30 2,0 4,0 0,43 V
' 14 12,0 12.400 1,30 2,0 0,44
cn
to ι
CD
Beispiel 15
74 g Dimethylpolysiloxan mit einer Viskosität von 100 Centistokes wurden zu 1 1 Tetrahydrofuranlösung, enthaltend 88 g Ethylmagnesiumchlorid (C2H5MgCl) getropft und 30 Minuten bei 500C umgesetzt und anschliessend wurde Tetrahydrofuran unter vermindertem Druck abgedampft, wobei man ein Reaktionsprodukt erhielt. 100 g des in Beispiel 1 erhaltenen Festproduktes (I), 25 g des vorerwähnten Reaktionsproduktes und 40 g Ethylbenzoat wurden 24 Stunden in einer Kugelmühle vermählen. Dann wurden 20 g Siliziumtetrachlorid zugegeben und weitere 24 Stunden gemahlen und nach Zugabe von weiteren 40 g TiCl, wurde nochmals 4 Stunden gemahlen. Der erhaltene Feststoff wurde in 500 ml η-Hexan bei 6O0C suspendiert und dann bei 60 C gewaschen und getrocknet, wobei man ein Festprodukt (II) erhielt. Die Herstellung des voraktivierten Katalysators, dessen Lagerung und die Propylenpolymerisation wurden wie in Beispiel 1(2) und (3) durchgeführt (wobei das verwendete Reaktionsprodukt (RP) das gleiche war wie in Beispiel 1).
Beispiel 16
Die Herstellung des voraktivierten Katalysators, dessen Lagerung und die Propylenpolymerisatxon wurden wie in Beispiel 1 durchgeführt, wobei anstelle von Ethylbenzoat bei der Herstellung des Festproduktes (II) jedoch 40 g Isopropylbenzoat verwendet wurden.
- 53 -
Beispiel 17
Die Herstellung des voraktivierten Katalysators, dessen Lagerung und die Propylenpolymerisation erfolgten wie in Beispiel 1, wobei jedoch anstelle von Siliziumtetrachlorid bei der Herstellung des Festproduktes (II) 10 g Zinntetrachlorid verwendet wurden.
Beispiel 18
Die Herstellung des voraktivierten Katalysators, dessen Lagerung und die Propylenpolymerisation erfolgten wie in Beispiel 1, wobei jedoch 150 g des Festproduktes (I), erhalten gemäss Beispiel 1, in 1000 g TiCl. suspendiert wurden und 2 Stunden bei 80°C umgesetzt wurden unter Erhalt eines Festproduktes, das dann in einer Menge von 100 g als Festprodukt (II) verwendet wurde. Ausserdem wurde das gemäss Beispiel 11 erhaltene Reaktionsprodukt (RP) in einer Menge von 40 g als Festprodukt (G) in diesem Beispiel verwendet.
Beispiel 19
5 g Kumylalkohol und 25 g Methyl-p-toluylat wurden zu 100 g des gemäss Beispiel 1 erhaltenen Festproduktes gegeben und in einer Kugelmühle bei 30°C 10 Stunden vermählen. Dazu wurden 45 g Siliziumtetrachlorid gegeben
- 54 -
und die Mahlreaktion bei 300C während 40 Stunden fortgeführt. 100 g des erhaltenen Feststoffes wurden in 1000 g TiCl4 suspendiert und 2 Stunden bei 1200C umgesetzt und dann wurde die überstehende Flüssigkeit abdekantiert und es wurde dreimal mit jeweils 500 ml Trichlorethylen gewaschen und anschliessend getrocknet, wobei man ein Festprodukt (II) erhielt. Die Herstellung des voraktivierten Katalysators, dessen Lagerung und die Propylenpolymerisation erfolgten wie in Beispiel 1(2) und (3).
Beispiel 20
Zu 100 g des in Beispiel 1 erhaltenen Festproduktes (I) wurde ein Reaktionsprodukt gegeben, das erhalten worden war durch Umsetzen von 20 g n-Butylmagnesiumchlorid Cn-C4H9MgCl) und 30 g Ethyl-p-anisat mit 22 g Siliziumtetrachlorid bei 30°C während 40 Minuten und dann wurde eine Mahlreaktion bei 35°C während 20 Stunden unter Erhalt eines Feststoffes durchgeführt. 100 g dieses Feststoffes wurden zu einer Lösung aus 200 g TiCl4 und 800 g Toluol gegeben und dann 4 Stunden bei 70°C umgesetzt, worauf anschliessend die überstehende Flüssigkeit durch Dekantieren entfernt, dann filtriert und dann dreimal mit jeweils 500 ml η-Hexan gewaschen und getrocknet wurde unter Erhalt eines Festproduktes (II). Die Herstellung des voraktivierten Katalysators, dessen Lagerung und die Propylenpolymerisation wurden wie in Beispiel 1(2) und (3) durchgeführt.
- 55 -
Beispiel 21
Zu 100 g des in Beispiel 1 erhaltenen Festproduktes (I) wurden 8 g eines Komplexes aus Ethyl-p-anisat und TiCl4 (1:1) gegeben und in einer Kugelmühle bei Raumtemperatur 96 Stunden vermählen, unter Erhalt eines Festproduktes (II). Die Herstellung des voraktivierten Katalysators, dessen Lagerung und die Propylenpolymerisation wurden wie in Beispiel 1(2) und (3) durchgeführt.
Beispiel 22
Die Herstellung des voraktivierten Katalysators, dessen Lagerung und die Propylenpolymerisation wurden wie in Beispiel 1 durchgeführt, mit der Ausnahme, dass Benzoesäure allein anstelle des Reaktionsproduktes aus Ethylbenzoat und Siliziumtetrachlorid bei der Herstellung des Festproduktes (II) verwendet wurde.
Vergleichsbeispiel 7
Die Herstellung des voraktivierten Katalysators, dessen Lagerung und die Propylenpolymerisation wurden wie in Beispiel 1 durchgeführt mit der Ausnahme, dass bei der Herstellung des Festproduktes (II) kein Festprodukt (I) verwendet wurde.
- 56 -
Vergleichsbeispiel 8
Die Herstellung des voraktivierten Katalysators, dessen Lagerung und die Propylenpolymerisation wurden wie in Beispiel 1 durchgeführt mit der Ausnahme, dass Siliziumtetrachlorid allein anstelle des Reaktionsproduktes aus Ethylbenzoat und Siliziumtetrachlorid bei der Herstellung des Festproduktes (II) verwendet wurde.
Die Ergebnisse der Beispiel 15 bis 22 und der Vergleichsbeispiele 7 und 8 werden in Tabelle 4 gezeigt.
- 57 -
Tabelle
Nr.
!
:
Ti-Ge-*
halt im
Festpro ι
dukt
(ID
(mg/ g)
Polymeraus
beute (g)
pro g
Ti-
Afom
(x105)
IR-'τ 3iege-
tnodul
^kg/cin2j
atakti
scher
Index
M /
W
M
η
BD MFR
Beispiel 15 16,0 pro g
Fest-
prod.
(II)
*
V ·: 0,92 2,1 ■4,6 0,41 4Λ
16· 14,0 12.600 9,4 0,92 1,27 2,0 · 4I2 0,44 4;3
17 13,0 13.200 10,2 ■ 0,93 1,30 2,1 4I5 0,43 V
. 18 16f0 13.200 7,0- 0,92 .1,25 2,1 M 0,42
19 14,0 11.200 9,4 0,93 " 1,30 2,4 4t5 0,40 4,3
20 12,0 13-200 11I1 . 0,92 1,25 2f8 . 4,6 0,43 'M
.21 9,6 13.400 .7,7 . 0,92 1,28 2,4 4,8 0,44 4,2
22
Vergleichs
beispiel . 7
18,0
141
7.400 4,6 ·
0,003
0,90
0,86
lf10 3,0
18,0
5,9
13,0
0,35
0,21
4f2
4T1
8 18,Q 8.200
50
0f07 0,85 - 16,0 12,4 0,25 4I3-
130
* Ti-haltige Katalysatorkomponenten kombiniert mit aluminiumorganischer Verbindung und dergleichen in den Vergleichsbeispielen sind der Einfachheit halber in dieser Säule einbezogen. Dies gilt auch für die nachfolgenden Tabellen
Beispiel 23
Die Herstellung des voraktivierten Katalysators, dessen Lagerung und die Propylenpolymerisation erfolgten wie in Beispiel 1 mit der Ausnahme, dass 100 g wasserfreies Aluminiumtribromid anstelle von wasserfreiem Aluminiumtrichlorid bei der Herstellung des Festproduktes (I) verwendet wurden.
Beispiel 24
Die Herstellung des voraktivierten Katalysators, dessen Lagerung und die Propylenpolymerisation erfolgten wie in Beispiel 1 mit der Ausnahme, dass 120 g wasserfreies Ferrichlorid anstelle von wasserfreiem Aluminiumtrichlorid bei der Herstellung des Festproduktes (I) verwendet wurden.
Beispiel 25
Die Herstellung des voraktivierten Katalysators, dessen Lagerung und die Propylenpolymerisation erfolgten wie in Beispiel 1 mit der Ausnahme, dass bei der Herstellung des Festproduktes (I) 60 g Magnesiumhydroxid anstelle von Magnesiumoxid verwendet wurden und dass die Mahlreaktion mit Aluminiumtrichlorid in einer Schwingmühle bei 180°C während 5 Stunden durchgeführt wurde.
- 59 -
Beispiel 26
Die Herstellung des voraktivierten Katalysators, dessen Lagerung und die Propylenpolymerisation wurden wie in Beispiel 1 durchgeführt mit der Ausnahme, dass bei der Herstellung des Festproduktes (I) 5g Hydrotalkit (Mg6Al2(OH) -IgCO3* 4H2O) anstelle von Magnesiumoxid verwendet wurden und dass die Mahlreaktion davon mit Aluminiumtrichlorid in einer Kugelmühle während 60 Stunden bei 900C erfolgte.
Beispiel 27
Die Herstellung des voraktivierten Katalysators, dessen Lagerung und die Propylenpolymerisation wurden wie in Beispiel 1 durchgeführt mit der Ausnahme, dass bei der Herstellung des Pestproduktes (I) 98 g Magnesiumkarbonat anstelle von Magnesiumoxid verwendet wurden und die Mahlreaktion mit Aluminiumtrichlorid in einer Kugelmühle 48 Stunden bei 1800C erfolgte.
Beispiel 28
Die Herstellung des voraktivierten Katalysators, dessen Lagerung und die Propylenpolymerisation wurden wie in Beispiel 1 durchgeführt mit der Ausnahme, dass bei der Herstellung des Festproduktes (I) 140 g Aluminiummagnesiumoxid (MgAl2O.) anstelle von Magnesiumoxid verwendet
- 60 -
wurden und dass die Mahlreaktion mit Aluminiumtrichlorid in einer Kugelmühle erfolgte, worauf anschliessend 5 Stunden bei 320 C erhitzt wurde und dann auf Raumtemperatur (20°C) gekühlt wurde und anschliessend 10 Stunden in einer Kugelmühle vermählen wurde.
Beispiel 29
Die Herstellung des voraktivierten Katalysators, dessen Lagerung und die Propylenpolymerisation wurden wie in Beispiel 1 durchgeführt mit der Ausnahme, dass bei der Herstellung des Festproduktes (I) 130 g Hydromagnesit (3MgCOo-Mg(OH)2·3H2O) anstelle von Magnesiumoxid verwendet wurden und dass die Mahlreaktion mit Aluminiumtrichlorid in einer Schwingmühle während 1 Stunde erfolgte, worauf man anschliessend 1 Stunde auf 25O°C erhitzte und dann auf Raumtemperatur (20°C) kühlte und dann weitere 30 Minuten in einer Schwingmühle mahlte.
Vergleichsbeispiel 9
Die Herstellung des voraktivierten Katalysators, dessen Lagerung und die Propylenpolymerisation wurden wie in Beispiel 1 durchgeführt mit der Ausnahme, dass 100 g Magnesiumoxid anstelle des Festproduktes (I) bei der Herstellung des Festproduktes (II) verwendet wurden.
- 61 -
Vergleichsbeispiel 10
Die Herstellung des voraktivierten Katalysators, dessen Lagerung und die Propylenpolymerisation wurden wie in Beispiel 1 durchgeführt mit der Ausnahme/ dass 1OÖ g wasserfreies Aluminiumtrichlorid anstelle des Pestproduktes (I) bei der Herstellung des Festproduktes (II) verwendet wurden.
Die Ergebnisse der Beispiel 23 bis 29 und der Vergleichsbeispiele 9 und 10 werden in Tabelle 5 gezeigt.
- 62 -
Tabelle
Ti-Ge-
halt im.
Polymeraus-
beute (g)·
pro g
Ti-
Atom
(xio5)
IR-τ Biege-
modul
atakti
scher
M /
W
BD MFR
ι
1 ι
Festpro
dukt
(H)
(rag/ g)
pro g
Fest-
prod.
(II).
5I.8 /XlO4 Λ
\ /
Index j
1
Beispiel 23
18,0 10-500 6r5 . 0,93 1,30 2r2 4,2 0,43 4f8
» 24 ii, o 7.200 5,8 . 0,92 1,28 2,0 4fl 0,41 4,4
25 2I1O 12.200 5fl 0,92 1,24 2X2 4,6 0f44 4,3
26 21,0 10.800 0,93 1,28 2,1 . 0;44 4/2
27 16,0 10.400 5I4 0,92 1,24 2fl 4r9 0r43 4,1
28 19,0' 10.200 0,1- 0)91 l,2i 2,0 4f6 0,43 4,1
: " 29
• Vergleichs
beispiel 9
17,0 '
28,0
10.000
300
0,02 0,92
0,86
1,23 2F1
7I9
4,4
12,0
0,43
0,25
4I1
4,2
. " 10 57,0 120 0,85 - 15f0 14,0 Of 22 4/3
Beispiel 30
Ein voraktivierter Katalysator wurde gemäss Beispiel 3 hergestellt und dann 6 Stunden.stehen gelassen. Anschliossend wurde dor Katalysator in einen Fliossbotlreaktor mit einem Durchmesser von 40 cm und einem Volumen von 100 1, ausgerüstet mit Rührblättern, gegeben. Dann wurden 300 ml Wasserstoff eingeleitet und eine Gasphasenpolymerisation bei einem Propylendruck von 2i bar (Überdruck) bei 65°C während 3 Stunden durchgeführt, wobei das Propylen mit einer Fliessgeschwindigkeit von 5 cm/sek. zirkulierte und das Polymer fluidisiert wurde,
Beispiel 31
Ein voraktivierter Katalysator wurde wie in Beispiel 1 hergestellt und 6 Stunden stehen gelassen. Der Katalysator wurde zu 4800 g verflüssigtem Propylen mit einem Gehalt von 7200 ml Wasserstoff gegeben und die Polymerisationsreaktion wurde 30 Minuten bei 70°C bei einem Druck von 32 bar (Überdruck) durchgeführt, worauf man das nichtumgesetzte Propylen ablüftete und ein Polymer erhielt.
Beispiel 32
Wie in Beispiel 31 wurde eine Substanzpolymerisation bei einem Druck von 32 bar (Überdruck) bei 70°C während
- 64 -
30 Minuten durchgeführt. Die nichtumgesetztes Propylen enthaltende Aufschlämmung wurde in einen Fliessbettreaktor mit einem Durchmesser von 40 cm und einem Volumen von 100 1, der mit Rührblättern ausgerüstet war, gegeben und dann wurde eine Gasphasenpolymerisation unter einem Propylenpartialdruck von 21 bar (Überdruck) durchgeführt (wobei der Druck aufrechterhalten wurde durch Zufuhr von frischem Propylen, weil der Partialdruck während des Fortschreitens der Polymerisation abfiel)- Die Polymerisation wurde 2 Stunden bei 65 C durchgefphrt und Propylen wurde dabei mit einer Fliessgeschwindigkeit von 5 cm/sek. zirkuliert und das Polymer wurde fluidisiert.
Beispiel 33
Ein Propylen-Ethylen-Copolymer wurde wie in Beispiel 1 hergestellt, wobei jedoch 80 g Ethylen und 3200 ml Wasserstoff zusätzlich zu Propylen gemäss Beispiel 1(3) verwendet wurden.
Beispiel 34
Ein Propylen-Buten-1-Copolymer wurde wie in Beispiel 1 hergestellt, wobei 48 g Buten-1 und 4O00 ml Wasserstoff zusätzlich zu dem Propylen in Beispiel 1(3) zugegeben wurden.
- 65 -
Beispiel 35
Die Ethylenpolymerisation wurde unter den gleichen Katalysatorbedingungen / mit der gleichen Polymerisationszeit und der gleichen Nachbehandlung wie in Beispiel 1 durchgeführt, wobei man ein Polymer erhielt, wobei jedoch ein Wasserstoffpartialdruck von 10 bar (Überdruck) und ein Ethylenpartialdruck von 15 bar bei einer Polymerisationstemperatur von 85°C eingehalten wurde.
Die Ergebnisse der Beispiele 30 bis 35 werden in Tabelle 6 gezeigt.
~ 66 -
Tabelle 6
Ti-Ge-
halt im'
Polymeraus- ..
beute (g)
pro* g
Ti-
Atom ''
IR-τ Biege
modul
atakti- ·,
scher
M η BD MFR 4,3
Nr. Festpro
dukt
(II)
(mg/g)
pro g
Fest-
prod.
(II)
•11,1 0,93 Λαο4 Λ Index 4f3 - 4,4
Beispiel 30 12,0 13.400 4,3 0,93 • lf 30 2,0 4F1 0,44 4,0
31 12,0 5.200 Ilj8 0,92 1,29 2,0 4r3 0,43 4I2
" 32 12, 0 14.100 12j3 0,91 1,27 2,2 4,3 0,4-2 4I3
33 12,0 14.700 11,9 0,91 1,20 2,2 4,4 0,42 4,2
34 12,0 14.300 io,o :- 1,22 •2,1 ' 4, ff. 0,43
35 12,0 12.000 • ι,ιο ■ - 0,40

Claims (16)

HOFFMANN · EITjLIS & PARTNKR PAT E N TAN ΛνΑΓ,ΤΕ DR. ING. E. HOFFMANN (1930-197Ä) ■ D 1 PL.-I N G. W. EITLE · D R. R E R. N AT. K. H O F FM AN N · D I PL.-1 N G. W. LE H N DIPL.-ING. K. PDCHSLE - DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 · D-8000 M O N C H EN 81 . TELE FON (089) 9110B7 · TE LE X 05-59619 (PATH E) 34 733 o/wa CHISSO CORPORATION, OSAKA / JAPAN Verfahren zur Herstellung von ol-Qlefinpolymeren PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Herstellung von o(/-Olefinpolymeren, dadurch gekennzeichnet , dass man
(1) ein (A-I) trivalentes Metallhalogenid aus der Gruppe Aluminiumtrichlorid (wasserfrei), Perrichiorid (wasserfrei) und Aluminiumtrihroiuid (wasserfrei) mit einer (A-2) divalenten Metallverbindung aus der Gruppe Mg(OH)2, Ca(OH)„, Zn(OH)2, Mn(OH)2, MgO, CaO, ZnO, MnO, MgAl3O4, MgSiO4,
, MgCO3, MnCO3, MgCO3-CaCO3, SnCl2*2H2O,
2-nH2O (n=1-6), 22 22 KMgCl3-GH2O, MgCl^nMg (OH) 2 -InH2O (n=1-3, m=1-6), 3MgO-2SiO2-2H2O, 3MgCO3-Mg(OH)2»3H3O und Mg6Al2(OH)14CO3·4H2O,
in einem Verhältnis von 0,05 bis 10 Molen von (A-2) zu einem Mol von (A-1) vermahlt, und bei einer Temperatur zwischen Raumtemperatur (200C) bis 5000C unter Erhalt eines Festproduktes (I) umsetzt,
(2) mit 100 g des Festproduktes (I) einen Elektronendonor (ED) aus der Gruppe Alkohole, Ether, Ester, Aldehyde, Fettsäuren, Ketone, Nitrile, Amine, Amide, Harnstoffe, Thioharnstoffe, Isocyanate, Azoverbindungen, Phosphine, Phosphite, Phosphinite, Thioether, Thioalkohole und Polysiloxane, und einen Elektronenakzeptor (EA) aus der Gruppe (EA1) Aluminiumchloridverbindungen der Formel R AlCl3- (worin 0 ^ η < 3 und R einen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen bedeutet), (EA2) anorganischen Chloriden eines Atoms ausgewählt aus der Gruppe Si, Sn, Ti, Zr, P, V, Sb, Mn, Fe und Ni, und (EA-) magnesiumorganischen Verbindungen der Formel (MgR0) -(R1MgX),
^a <ö
(worin R und R1 jeweils eine Alkylgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen oder eine Phenylgruppe, die mit einer Alkylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen substituiert sein kann, X Cl, Br oder J und a und b jeweils eine Zahl von 0 bis 1 und a+b=1 bedeuten),
bei einer Reaktionstemperatur von O bis 5OO°C, vorzugsweise 20 bis 2OO°C, umsetzt,
wobei (ED) und (EA) jeweils 1 bis 10 mal umgesetzt werden, TiCl4 als Elektronenakzeptor wenigstens einmal verwendet wird, und (ED) und (EA) jeweils in Mengen von 5 bis 50 g verwendet werden,
unter Erhalt eines Festproduktes (II) (wobei diese Umsetzung als Bildungsreaktion des Festproduktes (II) bezeichnet wird),
(3) mit 1 g dieses Festproduktes (II) 0,5 bis 500 g Trialkylaluminium (AlR3) und 1 bis 20 g des Reaktionsproduktes eines Elektronendonors mit einem Elektronenakzeptor (RP), wobei beide aus den Substanzen ausgewählt sind, die für die jeweiligen Gruppen von (ED) und (EA) aufgezählt wurden, miteinander kombiniert, und
zu der Zeit dieser Kombination (a) eine Kombination des Festproduktes (II) mit AlR3 oder (b) eine Kombination des Festproduktes (II) und AlR3 mit (RP), einem Reaktionsprodukt von (ED) mit (EA) einer Polymerisationsbehandlung mit einem cL-Olefin ~0) in einer Menge von 0,1 bis 500 Gew.-Teilen,
bezogen auf 1 Gew.-Teil des Festproduktes (II), bei einer Temperatur von 0 bis 100 C während 1 Minute bis 5 Stunden unterwirft, unter Erhalt eines voraktivierten Katalysators, und
(4) dass man ein ^-Olefin oder oC~01efine in Gegenwart dieses Katalysators polymerisiert.
— 4 —*
2. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet / dass ein Elektronenakzeptor aus der Gruppe R.MgX (worin R. eine Alkylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen und X Cl, Br oder J bedeuten), C5H5MgX, CH3CgH5X und Mg(R1 1J2 (worin R.' eine Alkylgruppe mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen bedeutet) als (EA3) verwendet.
3. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass man die Umsetzung zur Herstellung des Festproduktes (II) während 1 bis 10 Minuten in Suspension durchführt.
4. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass man die Umsetzung zur Herstellung des Festproduktes (II) durch Mahlen in einer Kugelmühle während 5 bis 200 Stunden durchführt.
5. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Umsetzung zur Herstellung des Festproduktes (II) durch Mahlen in einer Schwingmühle während 10 Minuten bis 50 Stunden durchführt .
6. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass m.
tronenakzeptor verwendet.
zeichnet, dass man TiCl4 allein als Elek-
7. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man TiCl4 nur einmal verwendet, wenn man den Elektronenakzeptor 1 bis 10 mal verwendet.
8. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass man den Elektronendonor (ED) und den Elektronenakzeptor (EA), der mit dem Reaktionsprodukt (I) umgesetzt werden soll, in Form eines Reaktionsproduktes anwendet, das zuvor erhalten wurde durch Umsetzen von 100 Gew.-Teilen (ED) mit 10 bis 500 Gew.-Teilen (EA) in Gegenwart von 0 bis 5000 ml, bezogen auf 100 g (ED) eines Lösungsmittels bei einer Temperatur von -5 bis 2000C während 1 Minute bis 5 Stunden.
9. Verfahren gemäss Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass man als Elektronenakzeptor, der sich von TiCl. unterscheidet, einen aus der Gruppe (EA), (EA1), (EA2) und (EA3) verwendet.
10. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass man als (AlR.,) ein Trialkylaluminium aus der Gruppe (CH3J3Al, (C2H5J3Al, (n-C3H?)3Al, (n-C4H9)3Al, (X-C4Hg)3Al, Cn-CgH13)3A1, (1-C6H13)3A1, (CH2CH(CH3)CH2CH2CH3)3A1, (n-CgH17)3Al und (n-C. H21J3Al verwendet.
11. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass man bei der Polymerisationsbehandlung ein ok-Olefin aus der Gruppe Ethylen, Propylen, Buten-1, Hexen-1, Hepten-1, Octen-1, Decen-1, 4-Methylpenten-1, 2-Methylpenten-1,
3-Methylbuten-1 und Styrol als (jC-O) verwendet.
12. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass man ein Reaktionsprodukt,
~ 6 ■"
erhalten durch Umsetzen von 100 Gew.-Teilen (ED) mit 10 bis 500 Gew.-Teilen (EA) , in Gegenwart von 0 bis 5000 ml, bezogen auf 100 g (ED), eines Lösungsmittels bei einer Temperatur von -5 bis 2000C während 1 Minute bis 5 Stunden verwendet.
13. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass man das oC -Olefin oder die ©(/-Olefine einer Gasphasenpolymerisation unterwirft.
14. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass man das öL-Olefin oder die dt, -Olefine einer Suspensionspolymerisation mit einer anschliessenden Gasphasenpolymerisation unterwirft.
15. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass man das o£-Olefin oder die oC-Olefine einer Substanzpolymerisation mit anschliessender Gasphasenpolymerisation unterwirft.
16. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Polymerisation des c^-Olefins oder der oC-01efine in Gegenwart von Wasserstoff durchführt.
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