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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Polymerisation
von Olefinen mit engen Molekulargewichtsverteilungs-(MWD)-Werten.
Polyethylene, die gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, sind im Allgemeinen
dadurch weiter gekennzeichnet, dass sie einen verringerten polymeren Anteil
an in n-Hexan-löslichen
Stoffen aufweisen. Zusätzlich
betrifft diese Erfindung neue Polyethylene und daraus hergestellte
Folien und Erzeugnisartikel.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Diese
Patente beschreiben Katalysatoren vom Ziegler-Natta-Typ, welche
allgemein dafür
bekannt sind, dass sie üblicherweise
aus einer Übergangsmetallkomponente
und einem Cokatalysator, welcher üblicherweise eine Organoaluminiumverbindung
ist, bestehen. Gegebenenfalls mit dem Katalysator verwendet werden
Aktivatoren wie halogenierte Kohlenwasserstoffe und Aktivitätsmodifiziermittel
wie Elektronendonoren.
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Die
Verwendung von halogenierten Kohlenwasserstoffen mit Polymerisationskatalysatoren
vom Ziegler-Natta-Typ auf Titan-Basis bei der Herstellung von Polyethylen
ist in den
europäischen Patentanmeldungen Nr.
EP A 0 529 9777 A1 und
EP 0 703 246 A1 beschrieben. Wie offenbart,
können
die halogenierten Kohlenwasserstoffe die Rate der Ethanbildung senken,
die Katalysatoreffizienz verbessern oder andere Effekte bereitstellen.
Typisch für
solche halogenierten Kohlenwasserstoffe sind Monohalogen- oder Polyhalogen-Substitute
von gesättigten
oder ungesättigten,
aliphatischen, alicyclischen oder aromatischen Kohlenwasserstoffen mit
1 bis 12 Kohlenstoffatomen. Beispielhafte aliphatische Verbindungen
schließen
Methylchlorid, Methylbromid, Methyliodid, Methylenchlorid, Methylenbromid,
Methyleniodid, Chloroform, Bromoform, Indoform, Kohlenstofftetrachlorid,
Kohlenstoff tetrabromid, Kohlenstofftetraiodid, Ethylchlorid, Ethylbromid
1,2-Dichlorethan, 1,2-Dibromethan, Methylchloroform, Perchlorethylen
und dergleichen ein. Beispielhafte alicyclische Verbindungen schließen Chlorcyclopropan,
Tetrachlorcyclopentan und dergleichen ein. Beispielhafte aromatische Verbindungen
schließen
Chlorbenzol, Hexabrombenzol, Benzotrichlorid und dergleichen ein.
Diese Verbindungen können
einzeln oder als Mischungen davon verwendet werden.
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Es
ist ebenfalls allgemein bei der Polymerisation von Olefinen bekannt,
insbesondere wenn Katalysatoren vom Ziegler-Natta-Typ zum Einsatz
kommen, gegebenenfalls Elektronendonoren einzusetzen. Solche Elektronendonoren
unterstützen
häufig
bei der Erhöhung
der Effizienz des Katalysators und/oder bei der Regulierung der
Stereospezifität
des Polymeren, wenn ein anderes Olefin als Ethylen polymerisiert
wird. Elektronendonoren, welche typischerweise als Lewis-Basen bekannt
sind, können
während
des Katalysator-Herstellungsschrittes verwendet werden, als interne
Elektronendonoren bezeichnet, oder während der Polymerisationsreaktion,
wenn der Katalysator mit dem Olefin oder den Olefinen in Kontakt
kommt, als externe Elektronendonoren bezeichnet.
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Die
Verwendung von Elektronendonoren im Bereich der Propylenpolymerisation
ist allgemein bekannt und wird vornehmlich verwendet, um die ataktische
Form des Polymeren zu senken und die Herstellung der isotaktischen
Polymere zu erhöhen.
Auch wenn die Herstellung von isotaktischem Polypropylen verbessert wird,
neigen Elektronendonoren im Allgemeinen dazu, die Produktivität des Katalysators
vom Ziegler-Natta-Typ zu verschlechtern.
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Im
Bereich der Ethylenpolymerisation, wenn Ethylen mindestens etwa
50 Gew.-% aller im Polymer vorliegenden Monomere ausmacht, werden
Elektronendonoren eingesetzt, um die Molekulargewichtsverteilung (MWD)
des Polymeren und die Aktivität
des Katalysators im Polymerisationsmedium zu regulieren. Beispielhafte
Patente, welche die Verwendung von internen Elektronendonoren bei
der Herstellung von Polyethylen beschreiben, sind die
US-Patente
Nr. 3 917 575 ;
4 187
385 ;
4 256 866 ;
4 293 673 ;
4 296 223 ; Neuausgabe
33 683 ;
4
302 565 ;
4 302 566 ;
und
5 470 812 . Die Verwendung
eines externen Elektronendonoren zur Regulierung der Molekulargewichtsverteilung
ist in dem
US-Patent Nr. 5 055
535 gezeigt; und die Verwendung von externen Elektronendonoren
zur Regulierung der Reaktivität
von Katalysatorteilchen wird in dem
US-Patent Nr.
5 410 002 beschrieben.
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Veranschaulichende
Beispiele für
Elektronendonoren schließen
Carbonsäuren,
Carbonsäureester,
Alkohole, Ether, Ketone, Amine, Amide, Nitrile, Aldehyde, Alkoholate,
Thioether, Thioester, Kohlensäureester, Organosiliciumverbindungen,
enthaltend Sauerstoffatome, und Phosphor-, Arsen- oder Antimonverbindungen, die
an eine organische Gruppe durch ein Kohlenstoff- oder Sauerstoffatom
gebunden sind, ein.
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Das
Obige ist eine partielle Auflistung von geeigneten Elektronendonoren.
Für die
vorliegende Erfindung ist es möglich,
jedweden Elektronendonor zu verwenden, welcher bei einem Verfahren
zur Polymerisation von Olefinen geeignet ist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung umfasst das Polymerisieren
von mindestens einem Olefin in Gegenwart von sowohl mindestens einem
Ziegler-Natta-Katalysator, der sich zusammensetzt aus einer Komponente,
umfassend mindestens ein Übergangsmetall,
und einem Cokatalysator, der mindestens eine organometallische Verbindung
umfasst, und eine ausreichende Menge einer spezifizierten Verbindung,
um ein Olefin-Homopolymer oder -Interpolymer mit einer engeren Molekulargewichtsverteilung
zu erhalten, als sie in Abwesenheit der spezifizierten Verbindung
erhalten werden würde.
Die spezifizierte Verbindung, die dem Polymerisationsverfahren hinzugesetzt
wird, wird aus dem folgenden gewählt:
- 1) einem in Oxid oder Imid von Kohlenstoff
der Formel CE oder C3E2,
wobei E = O und NR ist, R Wasserstoff, ein Halogen, eine bis zu
50 Nicht-Wasserstoff-Atome enthaltende Alkylgruppe, eine bis zu
50 Nicht-Wasserstoff-Atome enthaltende Arylgruppe, eine bis zu 50
Nicht-Wasserstoff-Atome enthaltende Silylgruppe, eine bis zu 50
Nicht-Wasserstoff-Atome enthaltende Alkoxygruppe, eine bis zu 50
Nicht-Wasserstoff-Atome enthaltende Aminogruppe, eine bis zu 50
Nicht-Wasserstoff-Atome enthaltende Thiolatogruppe oder eine bis
zu 50 Nicht-Wasserstoff-Atome
enthaltende Borylgruppe ist; und
- 2) Mischungen davon.
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Ebenfalls
vorgesehen ist ein Verfahren zur Verengung der Molekulargewichtsverteilung
eines Polymeren, umfassend mindestens ein oder mehrere Olefin(e),
umfassend das Kontaktieren unter Polymerisationsbedingungen von
mindestens einem oder mehreren Olefin(en) mit einem Ziegler-Natta-Katalysator,
der zusammengesetzt ist aus einer Komponente, umfassend mindestens
ein Übergangsmetall,
und einen Cokatalysator, umfassend mindestens eine organometallische
Verbindung, und mindestens eine der spezifizierten Verbindungen,
wobei die spezifizierte Verbindung in einer Menge hinzugesetzt wird,
die ausreicht, dass die Molekulargewichtsverteilung des resultierenden
polymeren Produktes enger ist, als sie erhalten werden würde in Abwesenheit
der spezifizierten Verbindung. Die spezifizierten Verbindungen sind
oben aufgelistet.
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Alle
Erwähnungen
hierin bezüglich
Elementen von Gruppen des Periodensystems werden in Bezug auf das
Periodensystem der Elemente gemacht, wie es in "Chemical and Engineering Neves", 63 (5), 27, 1985, veröffentlicht
ist. In diesem Format werden die Gruppen als 1 bis 18 beziffert.
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Bei
der Durchführung
des neuen Polymerisationsverfahrens der vorliegenden Erfindung können gegebenenfalls
ein oder mehrere beliebige Elektronendonoren und/oder ein oder mehrere
beliebige halogenierte Kohlenwasserstoffverbindungen hinzugesetzt
werden.
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Ebenfalls
umfasst die vorliegende Erfindung neue Polyethylen-Homopolymere
und -Interpolymere. Ferner umfasst die vorliegende Erfindung Filme
und Herstellungsartikel, welche aus den neuen Polyethylen-Homopolymeren
und -Interpolymeren hergestellt werden.
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GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Polymerisieren
von mindestens einem Olefin in Gegenwart sowohl von mindestens einem
Ziegler-Natta-Katalysator, der aus einer Komponente, umfassend mindestens
ein Übergangsmetall,
und einen Cokatalysator, umfassend mindestens eine organometallische Verbindung,
besteht, und einer ausreichenden Menge einer spezifizierten Verbindung,
um ein Polyolefin-Homopolymer oder -Interpolymer zu erhalten, welches
dadurch gekennzeichnet ist, dass es eine engere Molekulargewichtsverteilung
(MWD) besitzt, als sie in Abwesenheit der spezifizierten Verbindung
erhalten werden würde.
Die spezifizierten Verbindungen sind oben aufgelistet.
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Ebenfalls
ist ein Verfahren zur Verengung der Molekulargewichtsverteilung
eines Polymeren, umfassend mindestens ein oder mehrere Olefin(e),
vorgesehen, umfassend das Kontaktieren unter Polymerisationsbedingungen
von mindestens einem oder mehreren Olefin(en), mit mindestens einem
Ziegler-Natta-Katalysator, bestehend aus einer Komponente, umfassend
mindestens ein Übergangsmetall
und einen Cokatalysator, umfassend mindestens eine organometallische
Verbindung, und mindestens eine der spezifizierten Verbindungen,
wobei die spezifizierte Verbindung in einer Menge hinzugesetzt wird,
die ausreicht, dass die Molekulargewichtsverteilung des resultierenden
polymeren Produktes enger ist, als sie erhalten werden würde in Abwesenheit
der spezifizierten Verbindung. Die spezifizierten Verbindungen sind
oben aufgelistet.
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Die
Polymerisation des mindestens einen Olefins hierin kann unter Anwendung
von einem beliebigen angemessenen Verfahren durchgeführt werden.
Zum Beispiel kann die Polymerisation in Suspension, in Lösung oder
im Gasphasenmedium zur Anwendung kommen. Alle dieser Polymerisationsverfahren
sind im Fachbereich allgemein bekannt.
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Ein
besonders wünschenswertes
Verfahren zur Herstellung von Polyethylenpolymeren gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein Gasphasen-Polymerisationsverfahren. Dieser Typ Verfahren
und Vorrichtung zum Betrieb des Polymerisationsreaktors ist allgemein
bekannt und vollständig
in den
US-Patenten Nr. 3 709 853 ;
4 003 712 ;
4 011 382 ;
4 012 573 ;
4 302 566 ;
4 543 399 ;
4 882 400 ;
5 352 749 ;
5 541 270 ; dem
kanadischen Patent Nr. 991 798 und
dem
belgischen Patent Nr. 839
380 beschrieben. Diese Patente beschreiben Gasphasen-Polymerisationsverfahren,
wobei die Polymerisationszone entweder mechanisch gerührt oder
durch den kontinuierlichen Fluss des gasförmigen Monomeren und des Verdünnungsmittels
fluidisiert werden. Der gesamte Inhalt dieser Patente ist hierin
durch den Bezug darauf einbezogen.
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Im
Allgemeinen kann das Polymerisationsverfahren der vorliegenden Erfindung
als ein kontinuierliches Gasphasenverfahren, wie ein Wirbelbettverfahren,
ausgeführt
werden. Ein Wirbelbettreaktor zur Verwendung in dem Verfahren der
vorliegenden Erfindung umfasst typischerweise eine Reaktionszone
und eine so genannte Geschwindigkeitsverringerungszone. Die Reaktionszone
umfasst ein Bett an wachsenden Polymerteilchen, ausgebildeten Polymerteilchen
und einer kleineren Menge an Katalysatorteilchen, die durch den
kontinuierlichen Fluss des gasförmigen
Monomeren und des Verdünnungsmittels
fluidisiert werden, um Polymerisationswärme durch die Reaktionszone
zu entfernen. Gegebenenfalls können
einige der rezirkulierten Gase gekühlt und komprimiert werden,
um Flüssigkeiten
zu bilden, welche das Wärmeentfernungsvermögen des
zirkulierenden Gasstromes erhöhen,
wenn sie der Reaktionszone wieder zugeführt werden. Eine geeignete
Gasflussrate kann durch ein einfaches Experiment leicht bestimmt
werden. Die Auffüllung
an gasförmigem
Monomer zu dem zirkulierenden Gasstrom liegt bei einer Rate, die
der Rate entspricht, mit der das teilchenförmige Polymerprodukt und das
damit assoziierte Monomer von dem Reaktor abgezogen werden, und
die Zusammensetzung des durch den Reaktor gehenden Gases wird so
eingestellt, dass im Wesentlichen eine gasförmige Zusammensetzung im steady
state innerhalb der Reaktionszone aufrechterhalten wird. Das die
Reaktionszone verlassende Gas wird zu der Geschwindigkeitsverringerungszone
geleitet, wo mitgerissene Teilchen entfernt werden. Feinere mitgerissene
Teilchen und Staub können
in einem Zyklon und/oder Feinstoff-Filter entfernt werden. Das besagte
Gas wird durch einen Wärmetauscher
geleitet, in dem die Polymerisationswärme abgeführt wird, in einem Kompressor
komprimiert und dann zu der Reaktionszone zurückgeführt.
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Genauer
gesagt, liegt die Reaktortemperatur des hierin beschriebenen Wirbelbettverfahrens
im Bereich von etwa 30°C
bis etwa 150°C.
Im Allgemeinen wird die Reaktortemperatur bei der höchsten Temperatur betrieben,
welche möglich
ist, und zwar unter Berücksichtigung
der Sintertemperaturen des Polymerproduktes innerhalb des Reaktors.
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Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung ist zur Polymerisation von
mindestens einem oder mehreren Olefinen geeignet. Die Olefine können zum
Beispiel 2 bis 16 Kohlenstoffatome enthalten. Eingeschlossen hierin
sind Homopolymere, Copolymere, Terpolymere und dergleichen der monomeren
Olefineinheiten. Besonders bevorzugt zur Herstellung hierin bei
dem Verfahren der vorliegenden Erfindung sind Polyethylene. Solche
Polyethylene sind als Homopolymere von Ethylen und Interpolymer
von Ethylen und mindestens einem Alpha-Olefin definiert, wobei der Ethylengehalt
mindestens etwa 50 Gew.-% der gesamten involvierten Monomeren beträgt. Beispielhafte
Alpha-Olefine, welche hierin verwendet werden können, sind Propylen, 1-Buten, 1-Penten,
1-Hexen, 1-Hegten, 1-Octen, 4-Methyl-1-penten, 1-Decen, 1-Dodecen, 1-Hexadecen
und dergleichen. Ebenfalls hierin brauchbar sind nicht-konjugierte
Diene und Olefine, die in situ in dem Polymerisationsmedium gebildet
werden. Wenn Olefine in situ in dem Polymerisationsmedium gebildet
werden, kann die Bildung von Polyethylenen, die eine langkettige
Verzweigung aufweisen, auftreten.
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Die
Polymerisationsreaktion der vorliegenden Erfindung wird in Gegenwart
eines Ziegler-Natta-Katalysators
durchgeführt.
In den Verfahren der Erfindung kann der Katalysator in einer im
Fachbereich bekannten Weise eingeführt werden. Zum Beispiel kann
der Katalysator direkt in den Wirbelbettreaktor in Form einer Lösung, einer
Aufschlämmung
oder eines trockenen frei fließenden
Pulvers eingeführt
werden. Der Katalysator kann ebenfalls in Form eines deaktivierten
Katalysators oder in Form eines Präpolymeren verwendet werden, erhalten
durch Kontaktieren des Katalysators mit einem oder mehreren Olefinen
in Gegenwart eines Cokatalysators.
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Die
hierin verwendeten Ziegler-Natta-Katalysatoren sind in der Industrie
allgemein bekannt. Die Ziegler-Natta-Katalysatoren in ihrer einfachsten
Form bestehen aus einer Komponente, umfassend mindestens ein Übergangsmetall,
und einem Cokatalysator, umfassend mindestens eine organometallische
Verbindung. Das Metall der Übergangsmetallkomponente
ist ein Metall, welches aus den Gruppen 4, 5, 6, 7, 8, 9 und/oder
10 des Periodensystems der Elemente, wie es in "Chemical and Engineering News", 63 (5), 27, 1985,
veröffentlicht
ist, gewählt
ist. In diesem Format werden die Gruppen von 1–18 beziffert. Beispielhaft
für solche Übergangsmetalle
sind Titan, Zirconium, Vanadium, Chrom, Mangan, Eisen, Cobalt, Nickel
und dergleichen, und Mischungen davon. In einer bevorzugten Ausführungsform
wird das Übergangsmetall
aus der Gruppe gewählt, die
aus Titan, Zirconium, Vanadium und Chrom besteht, und in einer noch
weiter bevorzugten Ausführungsform
ist das Übergangsmetall
Titan. Der Ziegler-Natta-Katalysator kann gegebenenfalls Magnesium
und/oder Chlor enthalten. Solche Magnesium und Chlor enthaltenden
Katalysatoren können
in einer beliebigen im Fachbereich bekannten Weise hergestellt werden.
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Der
in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendete Cokatalysator
kann jedwede organometallische Verbindung oder Mischungen davon
sein, welche die Übergangsmetallkomponente
in einem Ziegler-Natta-Katalysator in der Polymerisation von Olefinen
aktivieren kann. Insbesondere enthält die organometallische Cokatalysatorverbindung,
welche mit der Übergangsmetallkomponente
umgesetzt wird, ein Metall, welches aus den Gruppen 1, 2, 11, 12,
13 und/oder 14 des oben beschriebenen Periodensystems der Elemente
gewählt
ist. Beispielhaft für
solche Metalle sind Lithium, Magnesium, Kupfer, Zink, Bor, Silicium
und dergleichen oder Mischungen davon.
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Bevorzugt
zur Verwendung hierin sind die Organoaluminiumverbindungen, wie
die Trialkylaluminiumverbindungen und Dialkylaluminiummonohalogenide.
Beispiele schließen
Trimethylaluminium, Triethylaluminium, Trihexylaluminium, Dimethylaluminiumchlorid
und Diethylaluminiumchlorid ein.
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Die Übergangsmetallkomponente,
mit oder ohne Cokatalysator, kann auf einem Träger abgeschieden werden. Wenn
dies geschieht, kann als Träger
jede beliebige im Fachbereich bekannte Katalysatorträgerverbindung
zur Anwendung kommen. Beispielhafte Träger sind Magnesiumoxide, Magnesiumoxyhalogenide
und Magnesiumhalogenide, insbesondere Magnesiumchlorid. Der Katalysator,
mit oder ohne Träger,
kann auf einem festen porösen
Träger,
wie Silica, Aluminiumoxid und dergleichen, geträgert werden.
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Das
Katalysatorsystem kann herkömmliche
Verbindungen in Ergänzung
zu der Übergangsmetallkomponente
und der organometallischen Cokatalysatorkomponente enthalten. Zum
Beispiel kann/können
jeder beliebige interne oder externe Elektronendonor oder auch mehrere,
die im Fachbereich bekannt sind, jedwede halogenierten Kohlenwasserstoffe
und dergleichen hinzugesetzt werden.
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Der
Ziegler-Natta-Katalysator kann mittels jedes beliebigen Verfahrens,
das im Fachbereich bekannt ist, hergestellt werden. Der Katalysator
kann in Form einer Lösung,
einer Aufschlämmung
oder eines trockenen frei fließenden
Pulvers vorliegen. Die Menge an verwendetem Ziegler-Natta-Katalysator
ist dergestalt, dass sie ausreichend ist, um die Herstellung der
gewünschten
Menge an polymerem Material zu ermöglichen.
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Die
Polymerisationsreaktion wird in Gegenwart einer spezifischen Verbindung,
die aus dem Folgenden gewählt
wird, durchgeführt.
Es ist wesentlich, dass die spezifizierte Verbindung in einer Menge
zur Anwendung kommt, welche ausreicht, die zur Herstellung von Polyolefinen
führt,
dadurch gekennzeichnet, dass sie eine engere Molekulargewichtsverteilung
besitzen, als sie erhalten werden würde in Abwesenheit der Nutzung
der spezifizierten Verbindung in der spezifizierten Menge. Die Molekulargewichtsverteilung
der hierin beschriebenen Polyolefine wird durch die Schmelzflussverhältnis(MFR)-Werte
der Polyolefine beurteilt.
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Die
Verbindungen, welche verwendet werden, und zwar in wirksamen Mengen,
um die Molekulargewichtsverteilung (MWD) der Polyolefine des vorliegenden
Verfahrens zu verengen, sind wie folgt:
- a)
Eine Verbindung, die ein Element der Gruppe 14 enthält, und
zwar aus folgendem gewählt:
- 1) einem Oxid oder Imid von Kohlenstoff der Formel CE oder C3E2, wobei E = O
und NR ist, R Wasserstoff, ein Halogen, eine bis zu 50 Nicht-Wasserstoff-Atome
enthaltende Alkylgruppe, eine bis zu 50 Nicht-Wasserstoff-Atome
enthaltende Arylgruppe, eine bis zu 50 Nicht-Wasserstoff-Atome enthaltende
Silylgruppe, eine bis zu 50 Nicht-Wasserstoff-Atome enthaltende
Alkoxygruppe, eine bis zu 50 Nicht-Wasserstoff-Atome enthaltende
Aminogruppe, eine bis zu 50 Nicht-Wasserstoff-Atome enthaltende
Thiolatogruppe oder eine bis zu 50 Nicht-Wasserstoff-Atome enthaltende
Borylgruppe; und
- 2) Mischungen davon.
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Bei
dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hat es sich als geeignet
erwiesen, dem Polymerisationsmedium die Verbindung(en) im Allgemeinen
in einer Menge von etwa 1 ppm bis etwa 10000 ppm, bezogen auf das
molare Verhältnis,
der/den Fluidphase(n) des Polymerisationsmediums hinzuzusetzen,
um Polyolefine mit verengten Molekulargewichtsverteilungen herzustellen.
Die Fluidphase kann eine Gas- oder Flüssigkeitsphase sein.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung hat es sich als geeignet herausgestellt,
dem Gasphasenpolymerisationsmedium im Allgemeinen die Verbindung(en)
in einer Menge von etwa 1 ppm bis etwa 10000 ppm, bezogen auf das
Volumen, hinzuzusetzen, um Polyolefine mit engeren Molekulargewichtsverteilungen
herzustellen.
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Polyethylene,
die durch das vorliegende Verfahren hergestellt werden, sind nicht
nur durch die engere Molekulargewichtsverteilung gekennzeichnet,
sondern üblicherweise
ebenfalls durch einen verringerten in n-Hexan-löslichen polymeren Anteil.
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Bei
der Durchführung
der Polymerisationsreaktion des vorliegenden Verfahrens können andere
herkömmliche
Additive, die im Allgemeinen in Verfahren zur Polymerisation von
Olefinen zur Anwendung kommen, hinzugesetzt werden. Speziell kann
jeder beliebige halogenierte Kohlenwasserstoff hinzugesetzt werden, einschließlich jene
vorstehend erwähnten,
und vorzugsweise Chloroform. Ferner kann jeder beliebige externe oder
interne Elektronendonor, oder Mischungen von Elektronendonoren,
wie jene vorstehend erwähnten,
und vorzugsweise Tetrahydrofuran, hingesetzt werden.
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Es
werden ebenfalls hierin neue Polyethylene bereitgestellt. Diese
Polyethylene sind Homopolymere von Ethylen und Copolymere von Ethylen
und mindestens von einem oder mehreren Alpha-Olefinen mit 3 bis 16
Kohlenstoffatomen, wobei Ethylen mindestens etwa 50 Gew.-% der gesamten
involvierten Monomeren ausmacht.
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Jedes
herkömmliche
Additiv kann den Polyolefinen, die durch die vorliegende Erfindung
erhalten werden, hinzugesetzt werden. Beispiele für Additive
schließen
Nukleierungsmittel, Wärmestabilisatoren,
Antioxidantien vom Phenol-Typ, Schwefel-Typ und Phosphor-Typ, Schmiermittel,
antistatische Mittel, Dispergiermittel, Kupferschädigungsinhibitoren,
Neutralisierungsmittel, Schäumungsmittel,
Weichmacher, gegen Schäumung
wirkende Mittel, Flammenverzögerungsmittel,
Vernetzungsmittel, Fließfähigkeitsverbesserer
wie Peroxide, Ultraviolettlicht-Absorber, Lichtstabilisatoren, Verwitterungsstabilisatoren,
Schweißfestigkeitsverbesserer,
Gleitmittel, Antiblockingmittel, gegen Nebelbildung wirkende Mittel
bzw. Antischleiermittel, Farbstoffe, Pigmente, natürliche Öle, synthetische Öle, Wachse,
Füllstoffe
und Kautschukbestandteile ein.
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Die
Erfindung wird leichter verständlich
durch den Bezug auf die folgenden Beispiele. Es gibt natürlich viele
andere Formen dieser Erfindung, welche einem im Fachbereich Erfahrenen
ersichtlich sind, sobald die Erfindung vollständig offenbart wurde und es
wird demzufolge erkannt werden, dass diese Beispiele nur für den Zweck
der Veranschaulichung angeführt
sind und nicht so ausgelegt werden sollen, dass sie den Umfang dieser
Erfindung in irgendeiner Weise beschränken
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Beispiele
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In
den folgenden Beispielen wurden die unten aufgelisteten Testprozeduren
bei der Beurteilung der analytischen Eigenschaften der hierin beschriebenen
Polyolefine und bei der Beurteilung der physikalischen Eigenschaften
der Filme der Beispiele angewendet.
- a) Der
Fallbolzeneinschlag wurde gemäß ASTM D-1709,
Verfahren A, bestimmt; und zwar mit einem 38,1 mm großen Fallbolzen
mit einem platten phenolischen Kopf und einer Fallhöhe von 0,66
Meter. Die Foliendicke betrug etwa 1 Mil;
- b) die Dichte wurde gemäß ASTM D-4883
aus einer gemäß ASTM D1928
hergestellten Tafel bestimmt;
- c) der Schmelzindex (MI), I2, wurde
gemäß ASTM D-1238,
Bedingung E, gemessen bei 190°C,
bestimmt und als Dezigramm pro Minute angegeben; d) Schmelzindex
bei hoher Belastung (HLMI), I21, wurde gemäß ASTM D-1238,
Bedingung F, gemessen beim 10,0-Fachen des Gewichtes, das oben bei
dem Schmelzindextest verwendet wurde;
- e) Schmelzflussverhältnis
(MFR) = I21/I2 oder
Schmelzindex mit hoher Belastung/-Schmelzindex; und
- f) in n-Hexan extrahierbare Stoffe – dies wurde gemäß 21 CFR
177.1520 (Option 2) bestimmt. Genauer gesagt, ein Folientestprüfstück mit etwa
1 Quadratinch und mit einer Dicke von ≤ 4 Mil, das 2,5 ± 0,05
Gramm wog, wurde in ein tariertes Probenkörbchen gelegt und so genau
wie möglich
auf 0,1 Milligramm ausgewogen. Das Probenkörbchen, welches das Testprüfstück enthielt,
wurde dann in ein 2 Liter großes
Extraktionsgefäß, das etwa
1 Liter n-Hexan enthielt, gegeben. Das Körbchen wurde so platziert,
dass es vollständig unterhalb
des Spiegels des n-Hexan-Lösungsmittels
war. Die Probenharzfolie wurde 2 Stunden lang bei 49,5 ± 0,5°C extrahiert,
und dann wurde das Körbchen über den
Lösungsmittelspiegel
hochgehoben, damit dieses zeitweise ablaufen kann. Das Körbchen wurde
entfernt, und der Inhalt wurde gespült, indem mehrmals in frisches
n-Hexan eingetaucht
wurde. Das Körbchen
wurde zwischen den Spülungen
trocknen gelassen. Das überschüssige Lösungsmittel
wurde entfernt, indem kurz das Körbchen
mit einem Strom von Stickstoff oder trockener Luft beblasen wurde.
Das Körbchen
wurde in einen Vakuumofen 2 Stunden bei 80 ± 5°C gestellt. Nach 2 Stunden wurde
es entfernt und in einen Exsikkator gestellt, und zwar zur Abkühlung auf
Raumtemperatur (etwa 1 Stunde). Nach dem Kühlen wurde das Körbchen erneut
so nah wie möglich auf
0,1 Milligramm gewogen. Der prozentuale Gehalt an in n-Hexan extrahierbaren
Stoffen wurde dann aus dem Gewichtsverlust der ursprünglichen
Probe gemessen;
- g) die DSC-Schmelzumwandlungstemperatur (TM)
wurde gemäß ASTM D-3418-97
bestimmt. Die Umwandlung, TM, wurde beim
zweiten Wärmezyklus
gemessen.
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Der
hierin in den Beispielen 1–2
verwendete Ziegler-Natta-Katalysator wurde gemäß dem Beispiel 1-a der europäischen Patentanmeldung
EP 0703 246 A1 hergestellt.
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Das
hierin in den Beispielen 1–7
verwendete Präpolymer
wurde gemäß dem Beispiel
1-b der europäischen
Patentanmeldung
EP
0 703 246 A1 hergestellt. Ein Präpolymer, was etwa 34 Gramm
Polyethylen pro Millimol Titan enthält und ein Molverhältnis von
Tri-n-octylaluminium
(TnOA) zu Titan von etwa 1,1 aufweist, wurde auf diese Weise erhalten.
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Das
hierin in den Beispielen 1–2
angewandte Polymerisationsverfahren wurde in einem Wirbelbettreaktor
zur Gasphasenpolymerisation ausgeführt, bestehend aus einem vertikalen
Zylinder mit einem Durchmesser von 0,74 Meter und einer Höhe von 7
Meter und überragt
von einer Geschwindigkeitsreduktionskammer. Der Reaktor ist in seinem
unteren Teil mit einem Fluidisierungsgitter und mit einer Außenleitung
für das Recycling
von Gas ausgestattet, welche den oberen Teil der Geschwindigkeitsreduktionskammer
mit dem unteren Teil des Reaktors verbindet, und zwar an einem Punkt
unterhalb des Fluidisierungsgitters. Die Recyclingleitung ist mit
einem Kompressor für
das zirkulierende Gas und einer Wärmetransfervorrichtung, wie
einem Wärmeaustauscher,
ausgestattet. Insbesondere führen
die Leitungen zur Zuführung
von Ethylen, 1-Hexen, Wasserstoff und Stickstoff, welche die Hauptbestandteile
der durch das Wirbelbett geleiteten gasförmigen Reaktionsmischung ausmachen,
in die Recyclingleitung.
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Oberhalb
des Fluidisierungsgitters enthält
der Reaktor ein Wirbelbett, das aus etwa 362873,9 Gramm (800 Pfund)
eines Polyethylenpulvers mit niedriger Dichte, bestehend aus Teilchen mit
einem gewichtsmittleren Durchmesser von etwa 0,7 mm, besteht. Die
gasförmige
Reaktionsmischung, welche Ethylen, 1-Hexen, Wasserstoff, Stickstoff
und kleinere Mengen an anderen Komponenten enthält, geht durch das Wirbelbett
unter einem Druck von etwa 2033953 Pa (295 psig) mit einer aufsteigenden
Fluidisierungsgeschwindigkeit von etwa 0,57912 m/s (1,9 ft/s).
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Ein
Katalysator wird mit Unterbrechungen in den Reaktor eingeführt, wobei
der besagte Katalysator Magnesium, Chlor und Titan umfasst und im
Voraus zu einem Präpolymer,
wie oben beschrieben, umgewandelt worden ist, enthaltend etwa 34
Gramm Polyethylen pro Millimol Titan und eine Menge an Tri-n-octylaluminium
(TnOA), sodass das Molverhältnis,
Al/Ti, etwa 1,1 entspricht. Die Einführungsrate des Präpolymeren
in den Reaktor wird so eingestellt, dass die gewünschte Produktionsrate erreicht
wird. Während
der Polymerisation wird eine Lösung
von Trimethylaluminium (TMA) in n-Hexan mit einer Konzentration
von etwa 2 Gew.-% kontinuierlich in die Leitung zum Recyclieren
der gasförmigen
Reaktionsmischung an einen unterhalb der Wärmetransfervorrichtung gelegenen
Punkt eingeführt.
Die Einspeiserate an TMA wird als Molverhältnis von TMA zu Titan (TMA/Ti)
ausgedrückt
und wird als Verhältnis
der TMA-Einspeiserate (in Mol TMA pro Stunde) zu der Präpolymer-Einspeiserate
(in Mol Titan pro Stunde) definiert. Gleichzeitig wird eine Lösung von
Chloroform (CHCl3) in n-Hexan bei einer
Konzentration von etwa 0,5 Gew.-% kontinuierlich in die Leitung
zum Recyclieren der gasförmigen
Reaktionsmischung eingeführt.
Die Einspeiserate an CHCl3 wird als Molverhältnis von
CHCl3 zu Titan (CHCl3/Ti)
ausgedrückt
und als Verhältnis
der CHCl3-Einspeiserate (in Mol CHCl3 pro Stunde) zu der Präpolymer-Einspeiserate (in Mol
Titan pro Stunde) definiert. In gleicher Weise kann eine Lösung von
Tetrahydrofuran (THF) in n-Hexan mit einer Konzentration von etwa
1 Gewichtsprozent kontinuierlich in die Leitung zum Recyclieren
der gasförmigen
Reaktionsmischung eingeführt
werden. Die Einspeiserate von THF wird als Molverhältnis von
THF zu Titan (THF/Ti) ausgedrückt
und als Verhältnis
der THF-Einspeiserate (in Mol THF pro Stunde) zu der Präpolymer-Einspeiserate
(in Mol Titan pro Stunde) definiert. Ferner kann die Verbindung, die
hinzugesetzt wird, um die Molekulargewichtsverteilung des Polyolefins
zu verengen, in Abhängigkeit
von ihrem physikalischen Zustand als ein Gas, eine Flüssigkeit
oder als eine Lösung
in einem geeigneten Lösungsmittel
in die Leitung zum Recyclieren der gasförmigen Reaktionsmischung oder
direkt in den Reaktor hinzugesetzt werden. Polyethylene aus Ethylen
und 1-Hexen mit Dichten von 0,917 g/cm3 wurden
mit einer Rate von etwa 68038,86 bis etwa 90718,47 Gramm (etwa 150
bis etwa 200 Pfund) pro Stunde in den folgenden Beispielen erzeugt.
-
Die
Produktivitäten
des Präpolymeren
(Produktivität)
ist das Verhältnis
der Gramm (Pfunde) an hergestelltem Polyethylen pro Gramm (Pfund)
an dem Reaktor hinzugesetzten Präpolymer.
Die Aktivität
des Katalysators wird als Gramm Polyethylen pro Millimol Titan pro
Stunde pro 689475.7 Pa (100 psia) Ethylendruck ausgedrückt.
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BEISPIEL 1
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Die
Gasphasen-Verfahrensbedingungen sind in Tabelle 1 angeführt, und
die Harzeigenschaften sind in Tabelle 2 angeführt. Das Molverhältnis von
Trimethylaluminium (TMA) zu Titan (TMA/Ti) betrug 3. Das Molverhältnis von
Chloroform (CHCl3) zu Titan (CHCl3/Ti) betrug 0,03. Der Betrieb wurde ohne
Zugabe eines externen Elektronendonors durchgeführt. 1-Hexen wurde als Comonomer
verwendet. Unter diesen Bedingungen wurde Polyethylen, das frei
von Agglomerat war, aus dem Reaktor mit einer Rate von 68038,86
g/h (150 lb/h (Pfund pro Stunde)) abgezogen. Die Produktivität des Präpolymeren
lag bei 170097,1 Gramm (375 Pfund) Polyethylen pro Gramm (Pfund)
Präpolymer,
was einer Aktivität
von 2311 Gramm Polyethylen pro Millimol Titan pro Stunde pro 689475,7
Pa (100 psia) Ethylen-Partialdruck
entsprach [gPE/(mMol Ti·h·100 Pc2)].
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Das
Polyethylen besaß eine
Dichte von 0,917 g/cm3 und einen Schmelzindex
MI2,16, I2, von
0,9 dg/min. Das Schmelzflussverhältnis,
I21/2, betrug 33,
und die in n-Hexan extrahierbaren Bestandteile beliefen sich auf 2,6
Gew.-%. Die DSC-Schmelzübergangstemperatur
(Tm) betrug 124,5°C.
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BEISPIEL 2
-
Die
Gasphasen-Verfahrensbedingungen sind in Tabelle 1 angeführt, und
die Harzeigenschaften sind in Tabelle 2 angeführt. Das Molverhältnis TMA/Ti
belief sich auf 7. Das Molverhältnis
CHCl3/Ti betrug 0,06. Das Molverhältnis von
Tetrahydrofuran (THF) zu Titan (THF/Ti) betrug 1. 1-Hexen wurde
als Comonomer verwendet. Unter diesen Bedingungen wurde ein Polyethylen,
welches frei von Agglomerat war, aus dem Reaktor mit einer Rate
von 87089,74 g/h (192 lb/h) abgezogen. Die Produktivität des Präpolymeren
lag bei 104779,8 Gramm (231 Pfund) Polyethylen pro Gramm (Pfund)
Präpolymer,
was einer Aktivität
von 1800 entsprach [gPE/(mMol Ti·h·100 Pc2)].
-
Das
Polyethylen besaß eine
Dichte von 0,917 g/cm
3 und einen Schmelzindex
MI
2,16, I
2, von
0,9 dg/min. Das Schmelzflussverhältnis,
I
21/I
2, belief sich
auf 31, und die in n-Hexan extrahierbaren Bestandteile beliefen sich
auf 2,0 Gew.-%. Die DSC-Schmelzübergangstemperatur
(T
m) betrug 123,9°C. Tabelle 1: Reaktorbedingungen für die Beispiele
1 und 2
| Beispiel |
1 | 2 |
Reaktordruck
(psig) | 1999480
(290) | 2040848
(296) |
Reaktortemperatur
(°C) | 84 | 84 |
Fluidisierungsgeschwindigkeit
(m/s (ft/s)) | 0,54864
(1,8) | 0,57912
(1,9) |
Dichte
der fluidisierten Masse (g/m3 (lb/ft3)) | 7711,07
(17,0) | 8073,994
(17,8) |
Reaktorbetthöhe (m (ft)) | 2,86512
(9,4) | 3,10896
(10,2) |
Ethylen
(Mol-%) | 38 | 32 |
H2/C2
(Molverhältnis) | 0,178 | 0,157 |
C6/C2
(Molverhältnis) | 0,191 | 0,153 |
TMA/Ti
(Molverhältnis) | 3 | 7 |
CHCl3/Ti | 0,03 | 0,06 |
THF/Ti
(Molverhältnis) | 0 | 1 |
Präpolymerrate
(g/h (lb/h)) | 0,4 | 0,83 |
Produktionsrate
(g/h (lb/h)) | 150 | 192 |
Produktivität (Massenverhältnis) | 375 | 231 |
Raum-Zeit-Ausbeute
(g(h – m3 (lb/h – ft3)) | 3,6 | 4,0 |
Aktivität* | 2311 | 1800 |
Verbleibendes
Titan (ppm) | 3,8 | 5,9 |
- * Einheiten an Gramm PE/(mMol Ti·h·100 Pc2).
Tabelle 2: Harzeigenschaften für LLDPE,
die in den Beispielen 1 und 2 hergestellt wurden | Beispiel |
1 | 2 |
Dichte
(g/cm3) | 0,917 | 0,917 |
Schmelzindex,
I2 (dg/min) | 0,9 | 0,9 |
Schmelzflussverhältnis (I21/I2) | 33 | 31 |
In
n-Hexan extrahierbare Stoffe (Gew.-%) | 2,9 | 2,0 |
DSC-Schmelzüberg., Tm (°C) | 124,5 | 123,9 |
Fallbolzeneinschlag
(g/mil) | 200 | 330 |
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Aus
den obigen Daten in den Beispielen und den Tabellen 1 und 2 können die
folgenden Beobachtungen gemacht werden.
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Die
Kombination der verengten Molekulargewichtsverteilung, der verringerten
in n-Hexan extrahierbaren Bestandteile und der verringerten DSC-Schmelzübergangstemperatur
(Tm) ist anzeigend für eine Verringerung der Zusammensetzungsheterogenität in dem
Polyethylen.
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Aus
dem Polyethylen der vorliegenden Erfindung hergestellte Folien sind
im Allgemeinen dadurch gekennzeichnet, dass sie verbesserte optische
Eigenschaften und verbesserte Festigkeitseigenschaften besitzen,
welche insbesondere durch die Werte des Pfeileinschlages in Tabelle
2 angegeben werden.
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Artikel,
wie geformte Gegenstände,
können
ebenfalls aus den Polyethylenen der vorliegenden Erfindung hergestellt
werden.
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In ähnlicher
Weise können
Polyolefine unter Anwendung von jedwedem der anderen hierin beschriebenen
Verbindungen hergestellt werden. Es wird erwartet, dass die resultierenden
Polyolefine in entsprechender Weise verengte Molekulargewichtsverteilungen
aufweisen.
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Es
wird ebenfalls erwartet, dass die Aktivität eines bestimmten Ziegler-Natta-Katalysators
entweder sich erhöhen
oder senken kann durch die Zugabe der hierin beschriebenen Verbindungen,
und zwar in Abhängigkeit
von dem Übergangsmetall,
dem Cokatalysator-Typ, dem Olefin-Typ, dem Polymerisationsmedium,
den Polymerisationsbedingungen und der besonderen Verbindung, die
hinzugesetzt wird, um die Molekulargewichtsverteilung enger zu machen.
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Es
sollte ganz klar verstanden werden, dass die hierin beschriebenen
Formen der Erfindung nur veranschaulichend sind und nicht den Umfang
der Erfindung beschränken
sollen. Die vorliegende Erfindung schließt alle Modifikationen ein,
welche in den Umfang der folgenden Ansprüche fallen.