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DE1645172C - Process for the polymerization of ethylene and a catalyst for carrying out this process - Google Patents

Process for the polymerization of ethylene and a catalyst for carrying out this process

Info

Publication number
DE1645172C
DE1645172C DE1645172C DE 1645172 C DE1645172 C DE 1645172C DE 1645172 C DE1645172 C DE 1645172C
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
catalyst
fluosilicate
molecular weight
oxide
weight distribution
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
Other languages
German (de)
Inventor
LyIe Ray College Station Tex. Kallenbach (V.StA.). CO8f3-O6
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Phillips Petroleum Co
Original Assignee
Phillips Petroleum Co
Publication date

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Description

3030th

Die Herstellung von normalerweise festen Polymerisaten von 1-Olefinen durch Polymerisation von derartigen Olefinen in Gegenwart eines Katalysators, der Chromoxyd in Verbindung mit Siliciumdioxyd, Aluminiumoxyd, Zirkoniumoxyd und/oder Thoriumoxyd enthält, wobei mindestens ein Teil des Chroms sechswertig vorliegt, ist in der USA.-Patentschrift 2 825 721 beschrieben. Dieses Verfahren führt zu thermoplastischen Polymerisaten, die verformt werden können zur Herstellung von Gegenständen jeder beliebigen Gestalt und die stranggepreßt und kaltgezogen werden können zur Herstellung von Fäden oder die zu Filmen verarbeitet werden können. Die Molekulargewichtsverteilung dieser Olefinpolymerisate ist jedoch etwas zu breit.The preparation of normally solid polymers of 1-olefins by the polymerization of such olefins in the presence of a catalyst, the chromium oxide in combination with silicon dioxide, Contains aluminum oxide, zirconium oxide and / or thorium oxide, with at least part of the chromium hexavalent is described in U.S. Patent 2,825,721. This procedure leads to thermoplastic polymers that can be shaped to produce any object any shape and which can be extruded and cold drawn to produce threads or that can be made into films. The molecular weight distribution of these olefin polymers however, it is a bit too wide.

Die Verengung der Molekulargewichtsverteilung von Olefinpolymerisaten, die mit dem Katalysator und nach dem Verfahren der USA.-Patentschrift 2 825 721 unter Zusatz von Ammoniumfluosilikat zu dem Chromoxydkatalysator hergestellt worden sind, wird in der USA.-Patentschrift 3 130 188 beschrieben.The narrowing of the molecular weight distribution of olefin polymers with the catalyst and according to the process of US Pat. No. 2,825,721 with the addition of ammonium fluosilicate the chromium oxide catalyst is described in U.S. Patent 3,130,188.

Es wurde nun gefunden, daß eine noch engere Molekulargewichtsverteilung erzielt werden kann durch Verwendung von Schwermetallfluosilikaten.It has now been found that an even narrower molecular weight distribution can be achieved by using heavy metal fluosilicates.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Polymerisation von Äthylen, allein oder zusammen mit anderen niedermolekularen 1-Olefinen, in Gegenwart von Katalysatoren aus Chromoxyd, mindestens einem Oxyd von Silicium, Aluminium, Zirkonium oder Thorium als Träger und einem Fluosilikat als Mittel zur Verengung der Molekulargewichtsverteilung, das dadurch gekennzeichnet ist, daß in den verwendeten Katalysator ein Fluosilikat eines Schwermetalls einverleibt worden ist.The invention relates to a process for the polymerization of ethylene, alone or together with other low molecular weight 1-olefins, in the presence of catalysts made of chromium oxide, at least an oxide of silicon, aluminum, zirconium or thorium as a carrier and a fluosilicate as Agent for narrowing the molecular weight distribution, which is characterized in that in the A heavy metal fluosilicate has been incorporated into the catalyst used.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Katalysator zur Durchführung dieses Verfahrens, bestehend aus Chromoxyd, mindestens einem Oxyd von Silicium, Aluminium, Zirkonium oder Thorium als Träger und einem Fluosilikat als Mittel zur Verengung der Molekulargewichtsverteilung, der dadurch gekennzeichnet ist, daß er ein Fluosilikat eines Schwermetalls enthältThe invention also relates to a catalyst for carrying out this process, consisting of chromium oxide, at least one oxide of silicon, aluminum, zirconium or thorium as a carrier and a fluosilicate as an agent for narrowing the molecular weight distribution characterized by is that it contains a fluosilicate of a heavy metal

Bevorzugt wird die Verwendung von Fluosilikaten von Metallen der I. Nebengruppe des Periodensystems, d. h. von Kupfer, Silber und Gold.The use of fluosilicates of metals of the I. subgroup of the periodic table is preferred, d. H. of copper, silver and gold.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Katalysator verwendet, der nach Zugabe des Fiuosilikats durch Erhitzen aktiviert worden ist. Ein bevorzugter Katalysator ist ein solcher, dem Kupferfluosilikat in einer Menge von 0,1 bis 8 Gewichtsprozent zugesetzt worden ist.In a preferred embodiment, a catalyst is used which, after the addition of the fluosilicate has been activated by heating. A preferred catalyst is one, copper fluosilicate has been added in an amount of 0.1 to 8 percent by weight.

Die Verfahrensweisen, Konzentrationsbereiche, Reaktionsbedingungen, Verdünnungsmittel u. dgl. gemäß USA.-Patentschrift 3 130 188 sind anwendbar.The procedures, concentration ranges, reaction conditions, Diluents and the like disclosed in U.S. Patent 3,130,188 are applicable.

Die Molekulargewichtsverteilung wird wiedergegeben durch das Verhältnis des Gewichtsmittels des Molekulargewichts Mw zum Zahlenmittel des Molekulargewichts Mn. Ein hoher Wert für dieses Verhältnis zeigt eine breite Molekulargewichtsverteilung an. Sowohl das Gewichtsmittel als auch das Zahlenmittel des Molekulargewichts wurde durch Geldurchdringungschromatographie bestimmt, wie von J.C.Moore, J. Polymer Science, Teil A, Bd. 2, S. 835 bis 843 (1964), beschrieben. Die Eichung erfolgte dabei durch Membranosmometrie (Mn) und Lichtstreuung (Mw). Die Molekulargewichtsverteilung wird auch durch das Verhältnis von Hochbelastungs-Schmelzindex zum regulären Schmelzindex gemäß der Bestimmungsmethode ASTMD 1238-62 T (Bedingungen F bzw. E) wiedergegeben. Ein höherer Wert für dieses Verhältnis bei einem gegebenen Schmelzindex zeigt eine breitere Molekulargewichtsverteilung an. Dieses Verhältnis wird bisweilen als »Scherempfindlichkeit« bzw. »Scherverhalten« bezeichnet. The molecular weight distribution is represented by the ratio of the weight average molecular weight M w to the number average molecular weight M n . A high value for this ratio indicates a broad molecular weight distribution. Both weight average and number average molecular weights were determined by gel permeation chromatography as described by JCMoore, J. Polymer Science, Part A, Vol. 2, pp. 835-843 (1964). The calibration was carried out by membrane osmometry (M n ) and light scattering (M w ). The molecular weight distribution is also represented by the ratio of the high-load melt index to the regular melt index according to the determination method ASTMD 1238-62 T (conditions F or E). A higher value for this ratio for a given melt index indicates a broader molecular weight distribution. This relationship is sometimes referred to as "shear sensitivity" or "shear behavior".

Zur Erläuterung der Erfindung wurden Versuche durchgeführt unter Verwendung voa Katalysatoren, die aus einem mikrosphäroidalen Siliciumoxyd als Trägerstoff, der 0,1 Gewichtsprozent Aluminiumoxyd enthielt und einen durchschnittlichen Porendurchmesser von etwa 225 A aufwies, hergestellt worden waren und die, nachdem sie mit den einzelnen Katalysatorbestandteilen imprägniert worden waren, 5 Stunden bei 621° C aktiviert wurden. Die Zusammensetzungen und andere Einzelheiten der Katalysatorpräparate sind in der folgenden Tabelle I wiedergegeben: To explain the invention, experiments were carried out using voa catalysts, that of a microspheroidal silicon oxide as a carrier, the 0.1 weight percent aluminum oxide and had an average pore diameter of about 225 Å after they had been impregnated with the individual catalyst components, 5 Hours at 621 ° C. The compositions and other details of the catalyst preparations are shown in the following table I:

Tabelle ITable I.

Versuch Nr.Attempt no. Cr,
Gewichtsprozent
Cr,
Weight percent
Verwendeter ZusatzUsed addition GewichtsprozentWeight percent , Bemerkungen, Remarks
. 1*). 1*) 0,980.98 keinernone - Trägerstoff, imprägniert mit wäßriger
CrO3-Lösung und bei 149° C
getrocknet
Carrier, impregnated with aqueous
CrO 3 solution and at 149 ° C
dried

*) Vergleichsversuche.*) Comparative tests.

Fortsetzungcontinuation

Versuch Nr.Attempt no. Cr,Cr,
GewichtsprozentWeight percent
Verwendeter ZusatzUsed addition GewichtsprozentWeight percent BemerkungenRemarks
2*)2 *) 0,900.90 NH4-FluosüikatNH 4 fluosuicate 1,01.0 Trägerstoff, imprägniert mit wäßrigerCarrier, impregnated with aqueous CrO3-LoSiUIg, getrocknet bei 149° CCrO 3 -LoSiUIg, dried at 149 ° C und mit dem Zusatz trocken vermischtand dry mixed with the addition 33 0,980.98 Cu-FluosilikatCu fluosilicate 1,01.0 Trägerstoff, imprägniert mit wäßrigerCarrier, impregnated with aqueous CrO3-LoSiUIg, getrocknet bei 149° CCrO 3 -LoSiUIg, dried at 149 ° C und trocken vermischt mit demand dry mixed with that Hexahydrat des ZusatzesAdditive hexahydrate

*) Vergleichsversuche.*) Comparative tests.

Die Polymerisationsansätze wurden unter Rühren in einem 1,3 1-Reaktionsgefäß unter Verwendung der folgenden Arbeitstechnik durchgeführt: das Reaktionsgefäß wurde erwärmt und mit trockenem Stickstoff gespült und mit 0,05 bis 0,15 g Katalysator—suspendiert in etwa 340 g eines Kohlenwasserstoffreaktionsmediums, das etwa 85 Gewichtsprozent Cyclohexan und 15% substituierten Cyclopentane und verzweigte Heptane enthielt — beschickt. Das Reaktionsgefäß wurde auf die angegebene Reaktionstemperatur erhitzt, und es wurde Äthylen zugegeben, um einen Druck von 30,6 atm 1 Stunde lang aufrechtzuerhalten.The polymerization batches were stirred in a 1.3 liter reaction vessel using the The following working technique was carried out: the reaction vessel was heated and flushed with dry nitrogen and with 0.05 to 0.15 g of catalyst - suspended in about 340 g of a hydrocarbon reaction medium, which contained about 85 percent by weight cyclohexane and 15 percent substituted cyclopentanes and branched heptanes - loaded. The reaction vessel was heated to the indicated reaction temperature and it became Ethylene was added to maintain a pressure of 30.6 atm for 1 hour.

Tabelle IITable II

Versuch
Nr.
attempt
No.
Tempe
ratur
C
Tempe
rature
C.
Polymerisat
ausbeute
g/g
Katalysator
Polymer
yield
g / g
catalyst
H och-
jelastungs-
schmelz-
index
H OCH
jelasting
melting
index
Regulärer
Schmelz-
indcx
More regular
Enamel
indcx
Schmelzindex
Hochbelas'ungsschmclzindcx
Melt index
High load stress indcx
MolekulargewichtMolecular weight AfcAfc M,M, M*/M-r M * / M- r
la*)
Ib*)
2a*)
2b*)
2 c*)
3a
3b
3c
la *)
Ib *)
2a *)
2 B*)
2 c *)
3a
3b
3c
140
149
135
140
149
135
140
149
140
149
135
140
149
135
140
149
1135
888
1300
1450
1595
1310
1360
1645
1135
888
1300
1450
1595
1310
1360
1645
364
654
191
305
571
204
351
700
364
654
191
305
571
204
351
700
11,30
25,70
6,48
11,10
21,50
7,35
13,65
28,90
11.30
25.70
6.48
11.10
21.50
7.35
13.65
28.90
Regulärer ScnmelzindexRegular melting index 95 000
85000
84000
95,000
85000
84000
18000
16000
20000
18000
16000
20000
5,38
5,20
4,11
5.38
5.20
4.11
32,2
26,0
29,5
27,6
26,6
27,8
25,7
24,2
32.2
26.0
29.5
27.6
26.6
27.8
25.7
24.2

*) Verglcichsversuche.
Der Quotient
*) Comparative tests.
The quotient

Hochbelastungsschmelzindex
Regulärer Schmelzindex
High stress melt index
Regular melt index

wurde gegen den regulären Schmelzindex für diese Versuchsansätze aufgetragen, und die folgenden Wertewas plotted against the regular melt index for these runs, and the following values

für den Quotientenfor the quotient

H ochbelastungsschmelzindexHigh load melt index

Regulärer SchmelzindexRegular melt index

die aus den Kurven bei einem regulären Schmelzindex von 20 abgelesen wurden, sind in der Tabelle III wiedergegeben. ·which were read from the curves at a regular melt index of 20 are in Table III reproduced. ·

Es ist offensichtlich, daß die erfindungsgemäß modifizierten Katalysatoren vergleichbare oder höhere Polymerisatausbeuten und eine engere Molekulargewichtsverteilung bewirken als die nicht modifi-6o ziertenIt is obvious that the catalysts modified according to the invention are comparable or higher Polymer yields and a narrower molecular weight distribution than those not modified adorned

Tabelle IIITable III

Zusatzadditive

keinernone

NH4-FluosilikatNH 4 -fluosilicate

Cu-FluosilikatCu fluosilicate

Quotientquotient

HochbelastungsNchmelzindexHeavy Duty Melting Index

Regulärer Schmelzindex bei regulärem Schmelzindex von 20Regular melt index at regular melt index of 20

27,9 26,4 24,827.9 26.4 24.8

Katalysatoren gemäß USA.-Patentschrift 2 825 721 oder der modifizierte Katalysator gemäß USA.-Patentschrift 3 130 188.Catalysts according to US Pat. No. 2,825,721 or the modified catalyst according to US Pat U.S. Patent 3,130,188.

Die Herstellung von Mischpolymerisaten aus Äthylen mit 1-Olefinen mit 3 bis 12 Kohlenstoffatomen, 65 wie Propylen, 1-Buten, Isobutylen, den 1-Pentenen, den 1-Hexenen, den 1-Octenen oder den 1-Dodecenen, und ebenso mit 1-Butadienen, liegt ebenfalls im Rahmen der Erfindung.The production of copolymers from ethylene with 1-olefins with 3 to 12 carbon atoms, 65 such as propylene, 1-butene, isobutylene, 1-pentenes, the 1-hexenes, the 1-octenes or the 1-dodecenes, and also with 1-butadienes, is also within the scope of the invention.

Claims (4)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zur Polymerisation von Äthylen, allein Gder zusammen mit anderen niedermolekularen 1-Olefinen, in Gegenwart von Katalysatoren aus Chromoxyd, mindestens einem Oxyd von Silicium, Aluminium, Zirkonium oder Thorium als Träger und einem Fluosilikat als Mittel zur Verengung der Molekulargewichtsverteilung, dadurch gekennzeichnet, daß in den verwendeten Katalysator ein Fluosilikat eines Schwermetalls einverleibt worden ist.1. Process for the polymerization of ethylene, alone Gder together with other low molecular weight 1-olefins, in the presence of catalysts of chromium oxide, at least one oxide of silicon, aluminum, zirconium or thorium as a carrier and a fluosilicate as an agent for narrowing the molecular weight distribution, characterized in that a fluosilicate in the catalyst used Heavy metal has been incorporated. 2. Katalysator zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus Chromoxyd, mindestens einem Oxyd von Silicium, Aluminium, Zirkonium oder Thorium als Träger und einem Fluosilikat als Mittel zur Verengung der Molekulargewichtsverteilung, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator ein Fluosilikat eines Schwermetalls enthält.2. Catalyst for carrying out the method according to claim 1, consisting of chromium oxide, at least one oxide of silicon, aluminum, zirconium or thorium as a carrier and one Fluosilicate as an agent for narrowing the molecular weight distribution, characterized in that that the catalyst contains a fluosilicate of a heavy metal. 3. Katalysator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß er nach der Zugabe des Fluosilikats durch Erhitzen aktiviert worden ist.3. Catalyst according to claim 2, characterized in that it after the addition of the fluosilicate has been activated by heating. 4. Katalysator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß Kupferfluosilikat in einer Menge von 0,1 bis 8 Gewichtsprozent zugesetzt worden ist.4. Catalyst according to claim 2 or 3, characterized in that copper fluosilicate in one Amount of 0.1 to 8 percent by weight has been added.

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