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DE2352154A1 - Verfahren zur polymerisation von alphaolefinen - Google Patents

Verfahren zur polymerisation von alphaolefinen

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DE2352154A1
DE2352154A1 DE19732352154 DE2352154A DE2352154A1 DE 2352154 A1 DE2352154 A1 DE 2352154A1 DE 19732352154 DE19732352154 DE 19732352154 DE 2352154 A DE2352154 A DE 2352154A DE 2352154 A1 DE2352154 A1 DE 2352154A1
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DE
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magnesium
compound
oxygen
porous
organic
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DE19732352154
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English (en)
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DE2352154B2 (de
DE2352154C3 (de
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Charles Dr Bienfait
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Solvay SA
Original Assignee
Solvay SA
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Publication date
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Priority claimed from LU67751A external-priority patent/LU67751A1/xx
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Publication of DE2352154B2 publication Critical patent/DE2352154B2/de
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F10/00Homopolymers and copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F2410/00Features related to the catalyst preparation, the catalyst use or to the deactivation of the catalyst
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  • Catalysts (AREA)

Description

Verfahren zur Polymerisation von alpha-Olefinen
Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Niederdruckpolymerisation von Olefinen.
Es ist bereits bekannt, zur Niederdruckpolymerisation von Olefinen katalytisch^ Systeme zu verwenden, welche eine Ubergangsmetallverbindung und eine metallorganische Verbindung enthalten.
Ebenfalls ist es bekannt, die Übergangsmetallverbindung auf Oxidträgern mit großem Porenvolumen, wie Aluminiumoxiden belgische Patentschrift 768 271 der Anmelderin - und halogenierten Aluminiumoxiden - belgische Patentschrift 775 227 der Anmelderin - zu binden.
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Die auf diese Weise erhaltenen, katalytischen Systeme sind sehr aktiv, wenn man sie mit denjenigen vergleicht, bei denen die Übergangsmetallverbindung als solche eingesetzt wird. Sie führen zu Polymerisaten, welche sich durch eine breite Molekulargewichtsverteilung auszeichnen und die frei von langkettigen Verzweigungen sind, wodurch sie insbesondere zu einer Weiterverarbeitung durch Blasspritzen geeignet werden.
Jedoch weisen diese vorbekannten, katalytischen Systeme einen wesentlichen Nachteil auf. Sie werden nämlich meistens bei Polymerisationsverfahren von Olefinen angewandt, welche in Anwesenheit eines Molekulargewichtsreglers, der beinahe ausschließlich Wasserstoff ist, durchgeführt werden. Ferner wurde festgestellt, daß diese Systeme die Hydrierung von Olefinen katalysieren. Ein nicht vernachlässigbarer Teil des zu polymerisierenden Olefins wird daher in den entsprechenden, gesättigten Kohlenwasserstoff umgewandelt, wodurch die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens gefährdet wird. Andererseits erzeugen diese katalytischen Systeme Polymerisate mit sehr hohem mittleren Molekulargewicht. Zur Herabsetzung dieses mittleren Molekulargewichtes ist man daher gezwungen, die Wasserstoffkonzentration in dem Polymerisationsmedium zu erhöhen und/oder die Polymerisation bei höherer Temperatur durchzuführen. Diese beiden Maßnahmen haben jedoch die schädliche Folge, daß der Hydrierungsgrad des zu polymerisierenden Olefines noch erhöht wird.
Aufgabe der Erfindung ist ein verbessertes Verfahren zur Niederdruckpolymerisation von Olefinen, das diese Nachteile nicht aufweist.
Es wurde nun gefunden, daß die Verwendlang einer neuen, verbesserten Art von katalytischen Komplexen die Nachteile, welche mit der Verwendung der vorbekannten, katalytischen Systeme
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verbunden sind, und insbesondere die Hydrierung vermeidet, wobei es jedoch, möglich ist, Olefinpolymere einer "breiten Molekulargewichtsverteilung mit noch besserer Aktivität herzustellen, deren mittleres Molekulargewicht einfacher geregelt werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Lösung dieser Aufgabe, nämlich zur Kxederdruckpolymerisation von alpha-Olefinen, durchgeführt in Anwesenheit eines katalytischen Systems, welches eine metallorganische Verbindung eines Metalls der Gruppen Ia, Ha, lib, IHb und IVb des Periodensystems und einen festen, katalytischen Komplex enthält, zeichnet sich dadurch aus, daß der feste, katalytisch^ Komplex hergestellt wurde, indem eine Verbindung eines Metalles der Gruppen IVa, Va und VIa des Periodensystems mit einem porösen Aluminiumoxid, auf welchem als Magnesiumverbindung eine sauerstoffhaltige oder halogenierte Verbindung abgeschieden ist, reagieren gelassen wurde.
Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten, festen, katalytischen Komplexe werden mit einem porösen Aluminiumoxid als Ausgangsmaterial hergestellt, auf welchem eine Magnesiumverbindung abgelagert ist.
Unter porösem Oxid ist ein beliebiges Oxid zu verstehen, welches eine wesentliche, innere Porosität aufweist, d. h. in welchem das Porenvolumen einen wesentlichen Anteil des Volumens der Teilchen darstellt. Die innere Porosität ist im allgemeinen durch das Verhältnis des Porenvolumens zum Gewicht des Materials gekennzeichnet. Die innere Porosität der erfindungsgemäß anwendbaren Oxide, gemessen nach der .unter der Bezeichnung BET-Verfahren bekannten Arbeitsweise siehe S. Brunauer, P. Emmett und E. Teller in J. Am. Chem. Soc, 60 (1938), S. 309-319 - liegt oberhalb von 0,3 cm?/g und vorzugsweise oberhalb von 0,7 cmr/g. Ausgezeichnete Ergebnisse werden mit porösen Oxiden erhalten, deren innere Porosität oberhalb von Λ cmvg liegt.
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Im allgemeinen besitzen die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendeten, porösen Oxide eine spezifische Oberfläche oberhalb von 100 m /g, häufiger in der Größenordnung von
200 bis 400 πι /g. Diese spezifischen Oberflächen werden nach der oben beschriebenen BET-Methode gemessen, wobei die in British Standards BS 4359·, Teil 1 (1969) beschriebene, standardisierte Methode angewandt wird.
3ie Korngröße der verwendeten, porösen Oxide beeinflußt die Produktivität des Katalysators nicht. Aus Gründen der einfacheren Handhabung wird gedoch die Verwendung von Teilchen "bevorzugt, deren mittlere Durchmesser zwischen 1 und 500 Mikron und vorzugsweise zwischen 40 und 200 Mikron liegt. Die Morphologie des Polymeren und seine Fließfähigkeit werden jedoch verbessert, wenn man poröse Oxide mit regelmäßiger Teilchenfor-ffi und schmaler Korngrößenverteilung einsetzt. Ausgezeichnete Ergebnisse werden mit porösen Oxiden erhalten, deren mittlerer Durchmesser der Teilchen in der ifahe von 100 Mikron liegt und deren Durchmesserverteilung eng ist«
Me genaue chemische Struktur und die Herstellungsweise der gemäß der Erfindung verwendeten, porösen Oxide sind nicht kritisch, Torausgesetzt, daß sie Aluminium enthalten, das in ihrem Molekül an Sauerstoff gebunden ist. Diese porösen Cxids werden unter den einfachen Aluminiumoxiden und den ItOiH)I exen Oxiden von Aluminium und wenigst ens einem anderen Metall ausgewählt»
Me Aluiüiniumoxide können nach allen bekannten Methoden hergestellt werden, Beispiele sind;
- äur-ch Pyrolyse von Aluminiumoxi&hvdraten, Aluminiumhydroxiden-
o&sr Aluminiumsalzen fcei erhöhter Temperatur;
<=■ durch Ausfällung voa. in Wasser gelösten, löslichen Aluminium-Salzes. /Ji3 dem Hi'ferat und dsm Chlorid in Ira-zesenheit einer alkalischen Te2*bi3icLu2ig "sris Ammoniaks sowie Pyrolyse des so
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_= 5 —
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeignete Aluminiumoxide sind die aktivierten Aluminiumoxide, welche durch Pyrolyse von Aluminiumoxidhydraten bei erhöhter Temperatur hergestellt wurden, siehe belgische Patentschrift 768 271 der Anmelderin. Ausgezeichnete Ergebnisse werden mit aktivierten Aluminiumoxiden erhalten, welche eine innere Porosität oberhalb von 1 cm7g aufweisen und aus dem alpha-Monohydrat durch Erwärmen auf 700 - 800 0C während 4 bis 24- Stunden hergestellt wurden«
Die erfindungsgemäß verwendeten komplexen Oxide sind natürliche oder synthetische komplexe Oxide von Aluminium und einem oder mehreren beliebigen Metallen, welche im allgemeinen aus Metallen der Gruppen Ia, Ib9 Ha1 Hb, IHb, IVa, ITb, Ta9 Tb9 TIa, VIIa und Till des Periodensystems ausgewählt werden, vorzugsweise aus Lithium, Natrium, Kalium, Magnesium9 Calcium, Barium, Zink, Mangan, Strontium, Eisen, Nickel, Kobalt, Zinn und Silizium. Als besonders bevorzugt seien genannte - die Aluminiumsilikate% ze B0 Sillimanit Al0Ox„SiO0 und Mullit
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die Aluminate und Siliko-aluminate von Lithium, Kalium und Natriums ze B. Eukriptit LipQ. Al0O5 ,,2SiO2, Hephelin Wa2O41AIpO 2SiO2 und Leucit K2O0Al2O50^SiO2J
die Aluminate und Siliko-aluminate von Magnesium und Calciums zo B* Spinell MgO0Al2O5 und Anornith CaO0Al2O5.2SiO2; die Aluminate und Siliko-aluminate von Strontium, Barium und Zink; z. B. Automolit
Die synthetischen, komplexen Oxide können nach bekannten Methoden hergestellt werden. Beispielsweise ergibt die als Mischfällung bezeichnete Arbeitstechnik immer zufriedenstellende Ergebnisse. Sie besteht darin, die löslichen Salze von Aluminium und den anderen Metallen in Lösung in V/asser in den Mengen aufzulösen, daß das getränschte Terhältnis für das komplexe Oxid
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ir», der Lösung erreicht wird» Als lösliche Salze verwendet man für gewöhnlich die Nitrate, Chloride und Acetate„ Anschließend gibt man zu der Lösung fortschreitend eine alkalische Substanz wie Ammoniak oder Natriumbiearbonat in wäßriger Lösung hinzu. Auf diese Weise wird die Ausbildung eines festen Miederschlages hervorgerufen, welcher nach der Pyrolyse schließlich die erfindungsgemäß verwendbaren komplexen Oxide ergibt»
Besonders gut zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete komplexe Oxide sind solche, in denen die Aluminiummenge derart ist, daß das Verhältnis zwischen dieser Menge und *der Gesamtmenge der anderen, vorhandenen Metalle, ausgedrückt in at-g/at-g, ganz allgemein zwischen 0,1 und 10 und vorzugsweise zwischen 0,25 und 5 liegt«, Ausgezeichnete Ergebnisse werden mit komplexen Oxiden von Aluminium und Hagnesiam mit einer inneren Porosität oberhalb von 1 cin-Vg erhalten, deren oben definiertes Verhältnis ungefähr 2 beträgt und der allgemeinen Formel MgOeAl2O-, entspricht«,
Alle zuvor beschriebenen, porösen Oxide können vorteilhafterweise eine Halogenierimgsbehandlung vor der Ablagerung der Kagnesiumhalogenverbindung unter den im einzelnen in der belgischen Patentschrift 773 227 der Anmelderin beschriebenen Bedingungen erfahren«, Diese Halogenierungsbehandjung verbessert die Produktivität der aus den porösen Oxiden hergestellten Katalysatoren gemäß der Erfindungo Sie besteht darinf die porösen Aluminiumoxide der Einwirkung eines EaIοgenierungsrnittels zu unterwerfen. Dieses letztere ist vorzugsweise ein fluorierendes Mittel« Vorzugsweise wählt man es aus festen und ohne Rückstand in flüchtige Produkte zersetzbaren Verbindungen aus wie z. B. Ammoniumfluorid« Diese Behandlung kann so durchgeführt werden, daß die erhaltenen, -halogenierten Aluminiumoxide oder Aluminiumoxidkomplexe ein Atomverhältnis Halogen/ Aluminium zwischen 0,01 und 1 aufweisen. Die bestes. Ergebnisse werden erhalten, wenn dieses Verhältnis zwischen 0,06 und 0,30 und insbesondere zwischen 0t10 und 0,15 liegt.
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Di-e porösen Aluminiumoxide können Tor ihrem Inb eriihrungbr ing en mit der Magnesiumverbindung vorteilhafterweise einer thermischen Behandlung unterzogen werden, insbesondere wenn ihre Herstellung nicht durch eine Pyrolyse abgeschlossen xrorden ist« Eine solche Behandlung wird bei einer Temperatur zwischen 100 und 1000 0C5 ■vorzugsweise ziiischen 300 und 800 0C durchgeführt. Im Falle von porösen Oxiden, welche einer Halogenierungsbehandlung unterworfen wurden, kann eine solche thermische Behandlung mit der Halogenierungsbehandlung kombiniert werden oder hierauf folgen*, Sie wird daher unter solchen Bedingungen durchgeführt, daß man. poröse Oxide erhält, welche das zuvor angegebene Atomverhältnis Halogen/Aluminium aufweisen= Der Druck, unter welchem eine solche Behandlung durchgeführt wird und die Atmosphäre, in welcher man arbeitet, sind nicht kritisch= Aus Gründen der Einfachheit wird es jedoch bevorzugt, unter atmosphärischem Druck und in einer Inertatmosphäre zu arbeiten» Die Dauer der thermischen Behandlung ist ebenfalls nicht kritisch und liegt im allgemeinen zwischen 1 und 24- Stunden»
Srfindungsgemäß müssen die zuvor beschriebenen porösen Aluminiumoxide mit einer Magnesiumverbindung derart behandelt werden, daß eine Ablagerung dieser Verbindung auf der Oberfläche des porösen Oxides hergestellt wird»
Unter Magnesiumverbindung sind alle sauerstoffhaltigen Verbindungen und alle halogenierten Verbindungen dieses Metalls zu verstehen, d„ ho alle Magnesiumverbindungen, xfelche wenigstens eine Bindung Magnesium-Sauerstoff oder wenigstens eine Bindung Magnesium-Halogen in ihrem Molekül aufweisen«.
Eine erste Klasse von zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Magnesiumverbindungen itfird durch die Magnesiumverbindungen gebildet, welche xfenigstens eine Bindung Magnesium-Sauerstoff aufweisen*.
Es kann sicli um sauerstoffhaltige, anorganische Magnesiumverbindungen handeln, in deren Molekül das Magnesium nur an Sauerstoff
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gebunden ist. Hierunter sind zu zählen:
- das Hydroxid Mg(OH)2;
- die Salze anorganischer Oxysäuren: z. B. MgCO,, MgSO4, Mg(NO3) 2, Mg2(PO4)3, Mg3(BO3)2 und Mg(ClO4)2;
- basische, gegebenenfalls hydratisierte Magnesiumsalze: z. B. 4MgC0z.Mg(OH)0.5H0O und 3MgCOx-Mg(OH)5.3H9O;
^/ cL C- J ^C-
- basische, gegebenenfalls hydratisierte Salze von Magnesium und einem anderen Metall: z. B.
Ferner kann es sich um organische, sauerstoffhaltige Verbindungen des Magnesiums handeln, d. h. Verbindungen, welche beliebige, an das Magnesium über Sauerstoff gebundene, organische Reste aufweisen.
Die an das Magnesium über Sauerstoff gebundenen, organischen Reste können beliebig sein.
Vorzugsweise werden sie aus Resten ausgewählt, welche 1 bis Kohlenstoffatome und insbesondere 1 bis 6 Kohlenstoffatome besitzen. Diese Reste können gesättigt oder ungesättigt, geradkettig, verzweigt oder cyclisch sein. Ebenfalls können sie substituiert sein und/oder Heteroatome wie 0, S, N, P usw. in ihrer Kette tragen. Vorzugsweise werden sie aus Kohlenwasserstoff resten und insbesondere aus Alkyl-, Alkenyl-, Aryl-, Cycloalkyl-, Arylalkyl-, Alkylaryl-, Acylresten sowie deren substituierten Derivaten ausgewählt.
Als solche Verbindungen können genannt werden:
- Magnesiumalkoxide wie z. B. das Methylat, Äthylat, Isopropylat, Dekanolat, Cyclohexanolat und Benzylat;
- Magnesiumphenoxide wie z. B. das Phenolat, Uaphthenat, Anthracenat, Phenantrenat und Kresolatj
- gegebenenfalls hydratisierte Magnesiumcarboxylate wie z. B. das Acetat, Stearat, Benzoat, Phenylacetat, Adipat, Sebacat, Phthalat, Acrylat oder Oleatj
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-»sauerstoff- und stickstoffhaltige organische Magnesiumverbindungen, d. h. Verbindungen, welche Bindungsfolgen Magnesium-Sauerstoff-Stickstoff-organischer Rest enthalten wie die Oximate, insbesondere das Butyloximat, Dimethylglyoximat, Cyclohexyloximat, Hydroxamsäuresalze und Hydroxylaminsalze, insbesondere das Derivat von H-Nitroso-IT-pheny!hydroxylamin;
- Magnesiumchelate, d. h. sauerstoffhaitige, organische Verbindungen, in welchen das Magnesium wenigstens eine normale Bindungsfolge des Typs Magnesium-Sauerstoff-organischer Rest und wenigstens eine Koordinationsbindung derart besitzt, daß ein heterocyclischer Rest gebildet wird, in welchem das Magnesium eingeschlossen ist, wie z. B. die Enolate und insbesondere Acetylacetonat sowie die Komplexe, welche aus Phenolderivaten, welche eine Elektronen abgebende Gruppe in der Orthostellung bezogen auf den Hydroxylrest aufweisen, erhalten wurden, und insbesondere das 8-Hydroxychinolinderivat.
Selbstverständlich gehören zu dieser Reihe auch die folgenden organischen, sauerstoffhaltigen Verbindungen;
- Verbindungen5 welche mehrere unterschiedliche, organische Reste aufweisen, wie z«, Be Magnesiummethoxyäthylat;
- Alkoxid- und Phenoxidkomplexe von Magnesium und einem anderen Metall wie ze B. Mg[Al(OR)4I2 und Mg3[Al(OR)6J2 ;
- Mischungen von zwei oder mehreren, organischen, sauerstoffhaltigen Magnesiumverbindungen entsprechend den oben gegebenen Definitionen,
Die sauerstoffhaltigen Magnesiumverbindungen umfassen schließlich die Komplexverbindungen, welche mehrere Arten von Resten aufweisen, welche an das Magnesium über Sauerstoff gebunden sind.
Beispielsweise können die sauerstoffhaltigen Magnesiumverbindungen auch wahlweise organische und anorganische, sauerstoffhaltige Reste tragen«
Ebenfalls können sie organische Reste umfassen, welche direkt an das Magnesium über Kohlenstoff gebunden sind« Unter diesen
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Verbindungen sind ζ. B. Magnesiumhydroxymethylat und Magnesiumäthyläthylat zu nennen.
Unter allen oben genannten, sauerstoffhaltigen Magnesiumverbindungen wird die Verwendung von organischen, sauerstoffhaltigen Verbindungen dieses Metalls und insbesondere von denjenigen bevorzugt, welche lediglich Bindungsfolgen Magnesium-Sauerstofforganischer Rest tragen. Unter den letzt genannten Verbindungen werden die besten Ergebnisse mit den Alkoxiden und Phenoxiden dieses Metalls erhalten.
Eine zweite Klasse von Magnesiumverbindungen, welche zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet sind, wird durch Magnesiumverbindungen gebildet, welche wenigstens eine Bindung Magnesium-Halogen aufweisen. Das an das Magnesium gebundene Halogen kann Fluor, Chlor, Brom oder Jod sein. Vorzugsweise ist das Halogen Chlor. Als solche Verbindungen können genannt werden:
- handelsübliche Magnesiumdihalogenide, welche üblicherweise als "wasserfrei" bezeichnet werden, welche jedoch tatsächlich hydratisierte Dihalogenide sind, welche ein Mol oder weniger Wasser pro Molekül des Dihalogenids enthalten; "wasserfreie, handelsübliche" Magnesiumdichloride sind ein typisches Beispiel solcher Verbindungen!
- Magnesiumdihalogenide, welche mit verschiedenen Elektronendonatoren komplexiert sind, z. B. die Komplexe mit Ammoniak wie MgCl2.6EH5, MgCl2.2HH5 und die Komplexe mit Alkoholen wie MgCl2.6CH5OH, MgCl2^C2H5OH und MgCl2^C5H7GH;
- hydratisierte Magnesiumdihalogeiiide, welche mehr als ein Molekül Wasser pro Molekül des Dihalogenids enthalten, wie z. B. MgCl2.6H2O, MgCl2.4H2O und MgCl2.2E2O.
Unter den zu dieser zweiten Klasse gehörenden Magnesitimirerblrdüngen sind die Dihalogenide zur Durchführung der Erfindung bevorzugt, wobei die besten Ergebnisse mit den hydratisierter»
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Magnesiumdichloriden erhalten werden. Die Verwendung von zwei oder mehreren, unterschiedlichen Verbindungen aus den oben angegebenen Verbindungen liegt ebenfalls im Rahmen der Erfindung. Eine dritte und letzte Klasse von Magnesiumverbindungen, welche zur Durchführung der Erfindung geeignet ist, wird durch die Verbindungen dieses Metalles gebildet, welche gleichzeitig Bindungen Magnesium-Halogen und Bindungen Magnesium-Sauerstoff in ihrem Molekül aufweisen. Als Beispiele für solche Verbindungen können genannt werden:
- Verbindungen, welche außer der Bindung Magnesium-Halogen, vorzugsweise der Bindung Magnesium-Chlor, einen anorganischen an das Magnesium über Sauerstoff gebundenen Rest, wie z. B. einen Hydroxylrest wie in Mg(OH)Cl und Mg(OH)Br, aufweisen;
- Verbindungen, welcher außer der Bindung Magnesium-Halogen, vorzugsweise der Bindung Magnesium-Chlor, einen beliebigen an das Magnesium über Sauerstoff gebundenen, organischen Rest enthalten. Ein solcher organischer Rest ist vorzugsweise einer der bereits oben definierten Reste, wobei die besten Ergebnisse mit den Chloralkoxiden und Chlorphenoxiden des Magnesiums wie z.-B. Mg(OCH3)Cl, Mg(OC2H5)Cl und Mg(OC6H5)Cl, erhalten werden;
- Hydrolyseprodukten von hydratisierten Halogeniden, vorzugsweise der Chloride, des Magnesiums, solange diese Produkte noch Bindungen Magnesium-Halogen aufweisen;
- gemische Zusammensetzungen, welche halogenierte und sauerstoffhaltige Magnesiumverbindungen umfassen. Typische Beispiele solcher Zusammensetzungen sind die basischen Halogenide, vorzugsweise die Chloride von Magnesium wie MgClp.MgO.HpO, MgCl2.3MgO.7H2O und MgBr3.3MgO.6H3O.
Schließlich sei noch darauf hingewiesen, daß die Verwendung von zwei oder mehreren Verbindungen, welche zu einer der drei oben aufgeführten Klassen gehören, ebenfalls im Rahmen der Erfindung liegt.
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Die Menge an Magnesiumverbindung, welche auf dem porösen Aluminiumoxid abzulagern ist, ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung. Ausgedrückt in Gewicht des Magnesiums, "bezogen auf die Oberfläche des porösen Oxides, muß sie zwischen 10"" und 10"" mat-g (Milliatomgramm) dieses Metalls pro m spezifischer Oberfläche (BET) des porösen Oxids betragen. Sie liegt ■vorzugsweise zwischen 1.10 und 5.10 J mat-g Mg/m der spezifischen Oberfläche.
Die Ergebnisse sind innerhalb der oben angegebenen Grenzwerte optimal. Jedoch wurde beobachtet, daß die optimale Menge der Magnesiutnverbindung schwach in Abhängigkeit von der Art der Verbindung variiert.
Die besten Ergebnisse werden mit porösen Oxiden erhalten, welche eine spezifische Oberfläche zwischen 200 und 4-00 m /g "besitzen, auf welchen abgelagert wurden:
- von 1.10 " bis 2,5·10 J mat-g Mg/m der spezifischen Oberfläche aus einer organischen, sauerstoffhaltigen Magnesiumverbindung, welche lediglich Bindungsfolgen Magnesium-Sauerstoff-organischer Rest in ihrem Molekül besitzt;
- von 2.10"·^ bis 4.10"-' mat-g Mg/m'" an spezifischer Oberfläche aus einer Magnesiumverbindung, welche wenigstens eine Bindung Magnesium-Halogen und keine Bindung Magnesium-Sauerstoff in ihrem Molekül aufweist.
Die Ablagerung der Magnesiumverbindung auf der Oberfläche des porösen Alusniniuiaoxids kann nach einer beliebigen, bekannten Methode durchgeführt werden» Insbesondere kann die erforderliche Menge an IIagnestirnverbindung auf dem porösen Oxid abgelagert werden:
=- in jJ'orm von Feststoffen, z. B, in Suspension in einem inerten Verdünnungsmittel;
- is Form von Dampf oder Gas;
= in flüssigem Medium, sei es in Form einer Lösung in Wasser oder in einem organischen Lösungsmittel, das zur Auflösung der· Magnesiumverbindung in der Lage ist, sei es in Anwesenheit einer sauer-stoffiiaitigen, organischen Verbindung (H) ? wie sie
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im folgenden noch näher definiert wird.
Die Temperatur, "bei welcher die Ablagerung der Magnesiumverbindung auf dem porösen Aluminiumoxid durchgeführt wird, ist nicht kritisch. Bevorzugt wird "bei einer Temperatur unterhalb der Zersetzungstemperatur der Magnesiumverbindung gearbeitet» Im Fall des Einsatzes der Magnesiumverbindung in Form einer Lösung arbeitet man meistens in der Nähe der Temperatur, welche der maximalen Löslichkeit der Magnesiumverbindung entspricht. Der Druck ist ebenfalls nicht wesentlich; im allgemeinen arbeitet man in der Nähe von atmosphärischem Druck.
Es wird bevorzugt, die Magnesiumverbindung in flüssigem Medium einzusetzen. Es wurde überraschenderweise gefunden, daß bei der Ablagerung der Magnesiumverbindung auf dem porösen Oxid nach dieser Methode immer ein Teil dieser Verbindung chemisch in irreversibler Weise auf dem porösen Aluminiumoxid gebunden bleibt. Diese Bindung ist praktisch quantitativ, falls die eingesetzte Menge an Magnesiumverbindung, ausgedrückt in GexcLcht dieses
Metalls, unterhalb von 5»10 ^ mat-g Mg/m an spezifischer Oberfläche des porösen Oxides, liegt.
Der Einsatz der Magnesiumverbindung in flüssigem· Medium kann nach mehreren Methoden erfolgen, wobei weitere Einzelheiten im folgenden noch beschrieben sind«,
Eine erste Arbeitsweise besteht darin, die Magnesiumverbindung in Form der Lösung in einem Lösungsmittel einzusetzen, welches Wasser oder ein zur Auflösung der Magnesiumverbindung fälliges, organisches Verdünnungsmittel ist. Alle üblicherweise in der organischen Chemie angewandten Verdünnungsmittel können angewandt werden. Bevorzugt werden jedoch die Alkane und Cycloalkane verwendet, deren Molekül 4- bis 20 Kohlenstoffatome enthält^ z. B. Isobutan, n-Pentan, Pentamethylpentan, η-Hexan, n-Heptan,
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Cyplohexan, Methylcyclohexan und die Dodekane. Ebenfalls kann man Alkohole verwenden, deren Molekül 1 bis 12 Kohlenstoffatome pro Hydroxylrest aufweist, wie Methanol, Äthanol, Butanol, Dekanol und Cyclohexanol, ebenso Gemisch der zuvor genannten Alkohole, Alkane und Gyelοalkane»
Ebenfalls kann man Lösungsmittel verwenden, welche ein starkes Komplexbildungsvermögen besitzen wie z. B. Tetrahydrofuran. Der Einsatz in Form von wäßriger Lösung wird bei den Magnesiumdihalogeniden bevorzugt.
Eine besonders einfache Weise zur Herbeiführung der Ablagerung der Magnesiumverbindung auf dem porösen Aluminiumoxid entsprechend dieser Arbeitsweise besteht darin, das Oxid mit Hilfe eines Volumens der Lösung zu behandeln, so daß das Gemisch die Eigenschaften eines Pulvers beibehält, wobei dieses Volumen eine Menge an Magnesiumverbindung enthält, welche wenigstens der Menge gleich ist, die chemisch auf dem Oxid fixiert oder gebunden werden kann, daß der Kontakt vorzugsweise bei Umgebungstemperatur und unter Inbewegunghalten während einer Zeitspanne aufrechterhalten wird, vxelche im allgemeinen zwischen etwa 1 Minute und 1 Stunde variiert. Der gegebenefalls vorliegende Überschuß kann mit Hilfe eines Lösungsmittels für die Magnesiumverbindung entfernt werden. Als ein solches Lösungsmittel wird vorzugsweise ein Lösungsmittel ausgewählt, das demjenigen zur Durchführung der Imprägnierung bzw. des Tränkens des porösen Aluminiumoxides verwendeten Lösungsmittel identisch ist.
Mach der Ablagerung der Magnesiumverbindung auf dem porösen Aluminiumoxid nach dieser Arbeitsweise wird der so erhaltene Feststoff im allgemeinen einer Aktivierungsbehandlung unterworfen, wodurch die Entfernung des Lösungsmittels leicht möglich ist. Eine solche Aktivierungsbehandlung ist im allgemeinen unerläßlich, falls das verwendete Lösungsmittel V/asser war.
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Vorzugsweise wird sie "bei einer Temperatur unterhalb der Zersetzungstemperatur der Magnesiumverbindung durchgeführt, diese Bedingung ist jedoch keinesfalls wesentlich, und eine Zersetzung der Magnesiumverbindung ist für die Katalysatoreigenschaften unschädlich, "solange der Magnesiumgehalt des porösen Oxides innerhalb der oben angegebenen Grenzwerte bleibt» Die anderen Betriebsbedingungen der Aktivierungsbehandlungen werden' in Abhängigkeit von der Art des verwendeten Lösungsmittels ausgewählt, und sie sind im allgemeinen dieselben, bei denen man die oben beschriebene, thermische Behandlung durchführt .
Für bestimmte in Wasser oder einem der oben genannten, organischen Verdünnungsmittel unlösliche Magnesiumverbindungen ist es ferner möglich, sie in flüssigem Medium entsprechend einer zxfeiten Arbeitsweise einzusetzen, xtfobei sie mit einer sauerstoff haltigen, organischen Verbindung (M) eines Metalls der Gruppen Ia, Hb, HIb, IVa,. IVb9 Va, Via, VIIa und VIII des Periodensystems, gegebenenfalls in Anwesenheit eines Verdünnungsmittels, gemischt werdeno Unter dieser Definition einer sauerstoff haltigen, organischen Verbindung (M) sind alle Verbindungen zu verstehen, in denen ein organischer Rest an das Metall über Sauerstoff gebunden ist«, Verbindungen, welche außerdem Bindungen Metall-Sauerstoff enthalten sowie kondensierte Verbindungen, welche"Bindungsfolgen Metall-Sauerstoff-Metall aufweisen, können ebenfalls angewandt werden, sofern sie.außerdem wenigstens eine Bindungsfolge Metall-Sauerstoff-organischer Rest pro Molekül aufweisen,,
Die an das Metall über den Sauerstoff gebundenen organischen Reste können beliebige Reste sein» Vorzugsweise x-ierden sie unter denselben Resten ausgewählt, weiche bei der Zusammensetzung der sauerstoffhaltigen, organischen Magnesiumverbindungen möglich sind, und vorzugsweise aus Kohlenwasserstoffresten und besonders
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bevorzugt aus geradkettigen oder verzweigten Alkylresten, Cycloalkylresten, Arylalkylresten, Arylresten und Alkylarylresten.
Als Metalle der zuvor genannten Gruppen können z. B. genannt werden: Lithium, Natrium, Kalium, Zink, Bor, Aluminium, Silizium, Zinn, Titan, Zirkonium, Vanadium, Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt und Nickel, jedoch wird die Verwendung von sauerstoff halt igen, organischen Verbindungen des Aluminiums, Siliziums, Titans, Zirkoniums, Vanadiums und Chroms bevorzugt. Die besten Ergebnisse werden mit sauerstoffhaltigen, organischen Titanverbindungen erhalten.
Diese sauerstoffhaltigen, organischen Verbindungen (M) können durch die allgemeine FormelffreO (OR) 1 wiedergegeben werden, worin (Me) ein Metall der oben genannten Gruppen, E ein organischer Eest, wie weiter oben definiert, χ und y beliebige Zahlen von χ >_ 0 und y > O5 welche mit der Wertigkeit des Metalles (Me) verträglich sind,und m eine ganze Zahl sind . Die Verwendung von sauerstoffhaltigen, organischen Verbindungen (M) , in denen zz 0 < χ < 1 und m Λ <_ m <_ 6 sind, ist bevorzugt. Als sauerstoff haltige, organische Verbindungen (M), welche zum Inkontaktbx^ingen mit der Magnesiumverbindung bestimmt sind, können genannt werden:
- Alkoxide wie Li(OiC3H7), Al(OiC5H7)^5 B(OiC5H7) SiCOC^)^, Ti(OiC5H7)4, Ti(OiC4Hg)4, V(0iC3H?)4 und ZrCOiC^)^;
- Phenoxide wie Ti(OC6H5)^;
- Oxyalkoxide wie VO(OiC5H7),;
- kondensierte Alkoxide wie TIpO(OiC^H7),-;
- Snolate wie Titanacetylacetonat.
Die Verwendung von sauerstoffhaltigen, organischen Verbindungen (M)5 welche mehrere verschiedene organische Reste enthalten, liegt ebenfalls im Rahmen der Erfindung. Dasselbe gilt für die Verwendung von mehreren verschiedenen, sauerstoffhaltigen,
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organischen Verbindungen ein und desselben Metalls und die Verwendung von mehreren sauerstoffhaltigen, organischen Verbindungen unterschiedlicher Metalle.
Die Arbeitsbedingungen für das Gemisch der Magnesiumverbindung mit der sauerstoffhaltigen, organischen Verbindung (M) müssen in Abhängigkeit von dem physikalischen Zustand einer jeden dieser Verbindungen derart ausgewählt werden, daß ein flüssiges Gemisch oder eine Lösung gebildet wird, dessen/deren Magnesiumkonzentration ausreicht,, um die gewünschte Magnesiummenge auf der Oberfläche des porösen Aluminiumoxids abzulagern. Beim Arbeiten in Abwesenheit eines Verdünnungsmittels werden die Temperatur- und Druckbedingungen derart ausgewählt, daß wenigstens eine der Verbindungen und vorzugsweise die sauerstoffhaltige, organische Verbindung (M) flüssig ist. Häufig kann eine solche Verbindung, welche im flüssigen Zustand gehalten wird, die Magnesiumverbindung auflösen. Ebenfalls kann man eine zweite sauerstoffhaltige, organische Verbindung (M) verwenden, welche flüssig ist und die Magnesiumverbindung aufzulösen vermag.
Dennoch kann es vorkommen, daß die sauerstoffhaltige, organische Verbindung (M) sich durch Erwärmen zersetzt, daß das Gemisch dieser Verbindung und der Magnesiumverbindung durch Abkühlen fest wird oder auch daß man keine dieser Verbindungen im flüssigen Zustand einsetzen kann. In diesem Falle kann man jedoch die Ablagerung der Magnesiumverbindung auf dem porösen Oxid in flüssigem Medium unter Verwendung eines Verdünnungsmittels bewerkstelligen, welches vorzugsweise unter den zuvor genannten, organischen Verdünnungsmitteln ausgewählt wird und zur wenigstens teilweisen Auflösung der sauerstoffhaltigen, organischen Verbindung (M) oder des Produktes seiner Mischung mit der Magnesiumverbindung in der Lage ist.
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Die Verwendung eines solchen Verdünnungsmittels zu diesem Zweck stellt die bevorzugte Ausführungsform des Einsetzens der Magnesiumverbindung gemäß dieser zweiten Arbeitsweise dar. Es sei darauf hingewiesen, daß diese zweite Arbeitsweise und insbesondere die oben beschriebene Variante ganz allgemein auf die Mehrzahl der in V/asser löslichen Magnesiumverbindungen und insbesondere auf die Dihalogenide dieses Metalls anwendbar ist. Sie weist den wesentlichen Vorteil auf, daß in diesem Falle die Stufe der bei der Beschreibung der ersten Arbeitsweise erwähnten Aktivierung unterdrückt wird. Bei der Herstellung der Ablagerung der Magnesiumverbindung auf der Oberfläche des porösen Aluminiumoxids nach dieser zweiten Ausführungsform bzw. Arbeitsweise muß die Menge an sauerstoffhaltiger, organischer Verbindung (M), welche flüssig oder in dem Verdünnungsmittel aufgelöst ist, zur Sicherstellung wenigstens der Auflösung der erforderlichen Menge an Magnesiumverbindung ausreichen. Im allgemeinen sind die einzusetzenden, jeweiligen Mengen dieser Verbindungen derart, daß das Atomverhältnis zwischen dem Metall (Me) der sauerstoffhaltigen, organischen Verbindung und des Magnesiums zwischen 0,5 "und 1GQ at-g/at-g und vorzugsweise zwischen 0,5 und 2 at—g/at-g variiert. Bei der Anwendung der Variante dieser zweiten Arbeitsweise, die in der Zugabe "eines Verdünnungsmittels zu der sauerstoff haltigen, organischen Verbindung (M) oder zu dem Gemisch dieser Verbindung mit der Magnesiumverbindung besteht, wird es bevorzugt, wenn die Gesamtkonzentration der aufgelösten Verbindung oder der aufgelösten Verbindungen oberhalb 5 Gew--% und vorzugsweise oberhalb von 20 Gew.-%, bezogen auf das Verdünnungsmittel, beträgt. Die anderen Bedingungen der Herstellung der Lösung oder des flüssigen Gemisches sind nicht kritisch. Aus Gründen der Einfachheit wird das Arbeiten zwischen 20 und 300 0C und vorzugsweise zwischen 50 und 200 0C und bei etwa atmosphärischem Druck bevorzugt. Das flüssige Gemisch oder die Lösung können durch Rühren homogenisiert werden.
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Eine sehr einfache Weise zu dem Niederschlag der Magnesiumverbindung auf dem porösen Aluminiumoxid gemäß dieser zweiten Ausführungsform zu gelangen, besteht darin, zunächst eine Lösung des Gemisches von Magnesiumverbindung und sauerstoffhaltiger, organischer Verbindung (M) in dem Verdünnungsmittel herzustellen und das poröse Oxid mit einem festgelegten Volumen dieser Lösung nach der bei der Beschreibung der ersten Ausführungsform erwähnten Methode zu behandeln Ebenfalls kann man das poröse Oxid in dieser Lösung in Suspension überführen, den Kontakt zwischen dem Oxid undder Lösung unter den oben erwähnten Bedingungen aufrechterhalten,.den Überschuß der Lösung z, B«, durch Filtration oder Dekantieren entfernen und den so erhaltenen Feststoff gewinnen, welcher dann als solcher bei der Fortsetzung der Herstellung der erfindungsgemäßen katalytischen Komplexe verwendet wird»
Da eines der wesentlichen Merkmale der porösen Aluminium03ri.de, leiche zur Herstellung der katalytischen Komplexe gemäß der Erfindung verwendet werden, in ihrem Oberflächengehalt an Magnesium liegt, müssen die chemischen Reaktionen, deren Mechanismus im übrigen noch nicht bekannt ist, nicht beachtet xferden, welche zwischen der Magnesiumverbindung und der sauerstoffhaltigen, organischen Verbindung (M) bei der Herstellung des geschmolzenen Gemisches oder der Lösung, unter deren Zuhilfenahme die Ablagerung der Magnesiumverbindung auf des porösen Oxid erfolgt, auftreten können=
Die letzte Stufe der Herstellung der festen, katalytisehen Komplexe gemäß der Erfindung besteht darin, das poröse Aluainium-
-, -, . »„ · , · , ,abgelagert ist, oxid, auf welchem die Magnesiumverbindung/«- welcSe im folgenden als "Feststoff" bezeichnet wird - mit einer Verbindung eines. Metalls der Gruppen IVa, Va lader VIa des Periodensystems x-jelches im■ folgenden als tJbergangsmetall bezeichnet werden wird umzusetzen. Diese letztgenannte Verbindung wird vorzugsweise
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aus Verbindungen des Titans, Zirkoniums, Vanadiums und Chroms aus'gewählt. Wenn der Feststoff unter Mitwirkung einer sauerstoff haltigen, organischen Verbindung (M) hergestellt wurde, deren Metall (Me) zu einer der Gruppen IVa, Va oder VIa gehört, wird vorzugsweise eine Übergangsmetallverbindung ausgewählt, deren Metall mit dem Metall (Me) identisch ist. Die besten Ergebnisse werden mit Titanverbindungen erhalten.
Als Verbindungen kann man Halogenide, Oxyhalogenide, Alkoxyhalogenide, Oxyalkoxide und Alkoxide verwenden. Beim Einsatz von ha Io geniert en Verbindungen wir die Verwendung von bromierten und chlorierten Verbindungen wie TiCl4, TiBr4, VCl4, VOCl-, VOBr5, CrO2Cl2, Ti(OC2H5)jCl, Ti(OiC3H7)^Cl, Ti(OC2H5)2C12, Ti(OiCJIr7)Cl^ und ZrOCl2 bevorzugt. Beim Einsatz von Alkoxidreste enthaltenden Verbindungen wählt man diese vorzugsweise unter solchen Verbindungen aus, deren geradkettige oder verzweigte Alkoxidreste jeweils 1 bis 20 Kohlenstoffatome und besonders bevorzugt jeweils 1 bis 10 Kohlenstoffatome aufweisen, wie Ti(OiC4HQ)4, Ti(OiC3H7)5C1 und VO(OiC3H7)3. Ebenfalls kann man kondensierte Alkoxide verwenden wie Ti2O(OiC^H7)^.
Wenn die zur Herstellung des Feststoffes verwendete Magnesiumverbindung zu der Klasse von Verbindungen dieses Metalls gehört, welche wenigstens eine Bindung Magnesium-Sauerstoff aufweisen und keine Bindung Magnesium-Halogen in ihrem Molekül besitzen, wird die Verwendung von halogenierten tfbergangsmetallverbindungen bevorzugt. In allen diesen Fällen werden die besten Ergebnisse mit TiCl4 erhalten. Die Verwendung von mehreren verschiedenen Übergangsmetallverbindungen liegt ebenfalls im Rahmen der Erfindung.
Vorzugsweise wird die Übergangsmetallverbindung derart ausgewählt, daß sie in Form von Dampf oder Gas, gegebenenfalls verdünnt mit einem Inertgas, in flüssiger Form oder in Form einer Lösung
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eingesetzt wird. Als Lösungsmittel verwendet man im allgemeinen die üblicherweise bei der Niederdruckpolymerisation von Olefinen eingesetzten Verdünnungsmittel. Es wird jedoch bevorzugt, den Feststoff direkt mit einer großen Menge der reinen, in flüssigem Zustand gehaltenen Übergangsmetallverbindung in Eontakt zu bringen, z. B. durch einfache Überführung in Suspension. Ebenfalls kann man die Reaktion herbeiführen, indem man den Peststoff mit der Übergangsmetallverbindung, falls diese bei den Reaktionsbedingungen flüssig ist, wäscht , oder auch indem der Feststoff mit aufeinanderfolgenden, frischen Chargen der Übergangsmetallverbindung in einer kontinuierlich arbeitenden Extraktionsapparatur vom Soxhlet- oder Eumayawa-Typ in Eontakt gebracht wird. Diese letztgenannte Arbeitstechnik wird insbesondere empfohlen, wenn der Feststoff nach der bevorzugten Variante der zuvor beschriebenen, zweiten Ausführungsform bzw. Arbeitsweise hergestellt worden ist.
Die Temperatur, bei welcher die Reaktion durchgeführt wird, ist nicht kritisch. Im allgemeinen arbeitet man zwischen 0 und 300 0C. Beim Arbeiten bei atmosphärischem Druck wird die Temperatur zwischen der umgebungstemperatur und der normalen Siedetemperatur der Übergangsmetallverbindung ausgewählt. Daher arbeitet man bevorzugt zwischen 20 und 140 C.
Der Eontakt mit der Übergangsmetallverbindung wird während einer ausreichenden Zeitspanne aufrechterhalten, damit eine chemische Bindung bzw. Fixierung der Übergangsmetallverbindung auf dem Feststoff erfolgt. Im allgemeinen wird eine solche Bindung bzw. Fixierung nach 30 Minuten bis 1 Stunde erreicht.
Nach der Reaktion kann der erhaltene, katalytisch^ Eomplex mit derselben Übergangsmetallverbindung gewaschen werden, die zu der Reaktion eingesetzt wurde· Im allgemeinen wird er anschließend mit Hilfe eines inerten Kohlenwasserstofflösungsmittels gewaschen
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wie z.B. Isobutan, n-Pentan, n-Kexan, Cyclohexan und den Dodekanen, um den chemisch nicht auf dem Träger fixierten Überschuß an Übergangsmetallverbindung zu entfernen. Bei der Durchführung der Elementaranalyse des so behandelten, katalytischen Komplexes wird ein Übergangsmetallgehalt gemessen, der im allgemeinen oberhalb von 10 g/kg und sehr häufig oberhalb von 15 g/kg liegt, sowie ein Magnesiumgehalt, der gleich dem oder leicht unterhalb des Magnesiumgehaltes des Feststoffes liegt, der zur Herstellung des katalytischen Komplexes verwendet wurde.
Die erfindungsgemäßen katalytischen Systeme umfassen ferner eine metallorganische Verbindung eines Metalles der Gruppen Ia, Ha, Hb, IHb und IVb des Periodensystems wie metallorganische Verbindungen von Lithium, Magnesium, Zink, Aluminium oder Zinn. Die besten Ergebnisse werden mit aluminiumorganischen Verbindungen "erhalten.
Man kann vollständig alkylierte Verbindungen verwenden, deren Alkylketten 1 bis 20 Kohlenstoffatome enthalten und geradkettig oder verzweigt sind wie z. B. n-Buty !lithium, Diä thy !magnesium, Diäthylzink, Trimethylaluminium, Triäthylaluminium, Triisobutylaluminium, Tri-n-butylaluminium, Tri-n-decy!aluminium, Tetraäthylzinn und Tetrabutylzinn. Jedoch ist die Verwendung von Trialkylaluminiumverbindungen, deren Alkylketten 1 bis 10 Kohlenstoffatome enthalten und geradkettig oder verzweigt sind, bevorzugt.
Ebenfalls kann man Hydride von Metallalkylen verwenden, deren Alkylreste ebenfalls 1 bis 20 Kohlenstoffatome enthalten, wie Diisobutylaluminiumhydrid und Trimethylzinnhydrid. Ebenfalls geeignet sind Metallalkylhalogenide, in denen die Alkylreste ebenfalls 1 bis 20 Kohlenstoffatome enthalten, wie Äthylaluminiumsesquichlorid, Diäthylaluminiumchlorid und Diisobutylaluminiumchlorid.
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Schließlich kann man auch aluminiumorganische Verbindungen verwenden, die dadurch erhalten wurden, daß Trialkylaluminiumverbindungen oder Dialkylaluminiumhydride, deren Eeste i "bis 20 Kohlenstoff atome enthalten, mit 4 "bis 20 Kohlenstoffatome enthaltenden Diolefinen reagieren gelassen wurden, und insbesondere die als Isopreny!aluminiumverbindungen bezeichneten Substanzen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf die Polymerisation von Olefinen mit endständiger Unsättigung anwendbar, deren Molekül 2 bis 20 und vorzugsweise 2 bis 6 Kohlenstoffatome aufweist, wie auf Äthylen, Propylen, Buten-(1), 4-Iiethylpenten-(i) und Hexen-(i). Ebenfalls ist es auf die Copolymerisation solcher Olefine untereinander wie mit Diolefinen geeignet, welche vorzugsweise 4 bis 20 Kohlenstoffatome aufweisen. Solche Diolefine können aliphatische, nicht-konjugierte Diolefine wie Hexadien-(1,4), monocyclisch^ Diolefine wie 4-Vinylcyclohexen, 1,3-Mvinylcyclohexan, Cyclopentadien-(1,3) oder Cyclooctadien-(1,5), alicyclische Diolefine mit einer endocyclischen Brücke wie Dicyclopentadien oder Norbornadien sowie aliphatische, konjugierte Diolefine wie Butadien und Isopren sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere gut zur Herstellung von Äthylenhomopolymerisaten und -copolymerisaten, welche wenigstens 90 Γ1ο1.-% und vorzugsweise 95 Mol.-% Äthylen enthalten, geeignet. .
Die Polymerisation kann nach einer beliebigen bekannten Verfahrensweise in Lösung oder in Suspension in einem Kohlenwasserstofflösungsmittel oder -verdünnungsmittel oder auch in der Gasphase durchgeführt werden. Bei den Verfahrensweisen in Lösung oder in Suspension verwendet man Lösungsmittel oder Verdünnungsmittel, welche den zum Waschen des katalytischen Komplexes verwendeten analog sind: dies sind bevorzugt Alkane oder Cycloalkane
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wie Butan, Pentan, Hexan, Heptan, Cyclohexan, Methylcyclohexan oder deren Gemische. Ebenfalls kann man die Polymerisation in dem Monomeren oder einem der Monomeren, welches im flüssigen Zustand gehalten wird, durchführen.
Der Polymerisationsdruck liegt im allgemeinen zwischen atmosphä-
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rischem Druck und 100 kg/cm , vorzugsweise 50 kg/cm . Die
Temperatur wird im allgemeinen zwischen 20 und 200 0C und vorzugsweise zwischen 60 und 120 0C ausgewählt. Die Polymerisation kann kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt werden.
Die organische Verbindung und der katalytische Komplex können getrennt zu dem Polymerisationsmedium hinzugegeben werden. Ebenfalls kann man sie bei einer Temperatur zwischen -40 und 80 0C vor ihrem Einführen in das Polymerisatxonsreaktionsgefäß während einer Zeitspanne in Kontakt bringen, welche bis zu 2 Stunden reicht. Ferner kann man sie in mehreren Stufen miteinander in Kontakt bringen oder auch einen Teil der organischen Verbindung vor- der Eeaktion hinzufügen oder auch mehrere verschiedene, metallorganisch^ Verbindungen hinzusetzen.
Die Gesamtmenge der eingesetzten, organischen Verbindung ist nicht kritisch. Sie liegt im allgemeinen zwischen 0,02 und 50 mMol/dm^ an Lösungsmittel, Verdünnungsmittel oder Volumen des Seaktionsgefäßes, und vorzugsweise zwischen 0,2 und 5roMol/dm Die eingesetzte Menge des katalytischen Komplexes wird in Abhängigkeit von dem Übergangsmetallgehalt des Komplexes festgelegt. Im allgemeinen wird sie derart ausgewählt, daß die Konzentration zwischen 0,001 und 2,5 und vorzugsweise zwischen 0,01 und 0,25 mat.-g des Metalls pro aar des Lösungsmittels, Verdünnungsmittels oder des Volumens des Reaktionsgefäßes liegt.
Das Verhältnis der Mengen an organischer Verbindung und katalytischem Komplex ist ebenfalls nicht kritisch. Im allgemeinen wird es so ausgewählt, daß das Verhältnis von organischer Verbindung/
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Üb'ergangsmetall, ausgedrückt in Mol/at-g oberhalb von 1 und vorzugsweise oberhalb von 10 liegt.
Das mittlere Molekulargewicht und insbesondere der Schmelzindex der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Polymerisate kann durch Zugabe von einem oder mehreren Molekulargewicht sreglern wie Wasserstoff, Zink oder Cadmiumdiäthyl, Alkoholen oder Kohlendioxid zu dem Polymerisationsmedium geregelt werden.
Das spezifische Gewicht der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Homopolymerisate kann ebenfalls durch Zugabe eines Alkoxids eines Metalls der Gruppen IVa und Va des Periodensystems zu dem Polymerisationsmedium geregelt werden. Auf diese Weise kann man Polyäthylene mit spezifischen Gewichten herstellen, welche zwischen denjenigen der nach einem Hochdruckverfahren hergestellten Polyäthylene und denjenigen von klassischen Polyäthylenen hoher Dichte liegen.
Unter den für eine solche Eegelung besonders geeigneten Alkoxiden sind diejenigen des Titans und Vanadiums, deren Eeste jeweils 1 bis 20 Kohl ens to ff atome enthalten, besonders wirksam. Hierunter seien genannt: Ti(OCH,)4, Ti(OC2H5)^, Ti [OCH2CH(CH5) ^ und Ti(0Ci6H33)4.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Herstellung von Polyolefinen mit Produktivitäten, welche denjenigen vergleichbar oder auch sehr häufig überlegen sind, die mit vorbekannten Katalysatoren erreicht wurden, in denen die Übergangsmetallverbindung auf einem aktivierten Aluminiumoxid oder halogenierten Aluminiumoxid fixiert ist. So übersteigt die Produktivität, ausgedrückt in g Polyäthylen pro g des katalytischen Komplexes, bei der Homopolymerisation von Äthylen regelmäßig 1000 und sie kann sogar 2000 im Pail von katalytischen Komplexen
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übersteigen, welche aus porösen Oxiden hergestellt wurden, die eine vorherige Fluorierungsbehandlung erhalten haben. Da ferner der Ubergangsmetallgehalt der katalyti sehen Komplexe sehr gering ist, ist die Konzentration an störenden, katalytischen Bückständen bei dem Einsatz der Polymerisate vernachlässigbar. Daher müssen die Polymerisate nicht weiter gereinigt werden. Auf diese Weise wird der am schwierigsten durchzuführende und kostspieligste Arbeitsvorgang für die Endzubereitung der Polymerisate vermieden.
Darüber hinaus weisen die gemäß der Erfindung hergestellten, katalytischen Komplexe eine Reihe von vollkommen überraschenden Eigenschaften auf:
Zunächst ermöglichen sie die Herstellung von Polymerisaten mit Schmelzindices, gemessen unter normaler Belastung nach der Norm ASTM D Ί238-57 T, bei viel weniger hohen Konzentrationen an Molekulargewichtsreglern, welche denjenigen vergleichbar sind, welche mit Katalysatoren des zuvor angegebenen Standes der Technik erhalten wurden. Diese Eigenschaft ist im Fall der Verwendung von Wasserstoff als Regler bzw. Modifikationsmittel "besonders vorteilhaft, da die Hydrierung des zu polymerisierenden Olefins vermindert wird, was offensichtlich die Ausbeute des Verfahrens verbessert.
Ferner ermöglichen sie die Herstellung von Polymerisaten mit einem Faktor ü , der sehr viel höher als derjenige von Polymerisaten ist, die in Anwesenheit von vorbekannten Katalysatoren erhalten wurden.
Der Faktor U wird nach folgender Formel berechnet:
Ti
worin:
- IT das mittlere Molekulargewicht in Gewicht, definiert durch das Verhältnis
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ι χ
ist, worin N. die Anzahl der Moleküle mit einem Molekulargewicht H1 darstellt;
H das mittlere Molekulargewicht "z" ist, definiert durch das Verhältnis
i i
H2. -
worin U- und M. die oben gegebene Bedeutung besitzen.
Das Verhältnis H /H wird aus den Werten der Fraktionierung durch Gelpermeationschromatografie einer Lösung von 1 g/kg des Polymerisates in 1,2,4-Trichlorbenzol bei 130 0C bestimmt.
Ein hoher Faktor U ist für eine breite Molekül arg ewichtsvert ei-
lung in der Zone sehr hoher Molekulargewichte repräsentativ.
Daher ist es mit den erfindungsgemäßen Katalysatoren möglich, unter besonders vorteilhaften Polymerisationsbedingungen Polymerisate mit sehr niedrigen ßchmelzindices und einem sehr hohen Faktor U , wie er zuvor definiert wurde, herzustellen. Die Kombination dieser Eigenschaften ermöglicht die Herstellung von Polyolefinen, deren Einsatz bei formgebenden Verarbeitungsweisen durch Extrusion oder Blasspritzen besonders einfach ist. Insbesondere besitzen die verformten Gegenstände keine Oberflächenfehler und die Erscheinung des Verformungsreißens, üblicherweise als 3ISchmelzreißen" bezeichnet, tritt selbst bei sehr hohen Extrusionsgeschwindigkeiten nicht auf.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert. .;■ -
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Beispiele 1 bis 8 und Vergleichsbeispiel R9
A - Herstellung der katalvtischen_Komp_lexe
Unter einer Stickstoffatmosphäre hält man während 5 Stunden "bei 700 0C ein Aluminiumoxidmonohydrat vom alpha-Typ (Boehmit) (im Handel unter der Warenbezeichnung Ketten Grade B). Man
erhält ein aktiviertes Aluminiumoxid, dessen Porenvolumen
1,1 cmvg und dessen spezifische Oberfläche 360 m /g betragen.
Festgelegte Mengen dieses aktivierten Aluminiumoxides werden bei Umgebungstemperatur (25 0C) mit festgelegten Volumina von wäßrigen Lösungen wachsender Konzentration an hydratisiertem Magnesiumchlorid behandelt. Das verwendete, hydratisierte Magnesiumchlorid ist ein handelsübliches Produkt, welches der Formel MgC^.4HpO entspricht (Produkt der Firma Bhone-Poulenc), Die Behandlung wird so durchgeführt, daß das Reaktionsgemisch seine pulverförmigen Eigenschaften beibehält. Die erhaltenen Feststoffe werden anschließend 16 Stunden bei 250 0C unter einer Stickstoffatmosphäre gehalten. Anschließend werden 5 S eines jeden der erhaltenen Feststoffe in Suspension in 25 cm^ TiCl. überführt, und das Gemisch wird unter starkem Rühren während 30 Minuten auf 120 0C gebracht. Man trennt das feste Reaktionsprodukt ab und wäscht es mit Hexan bis zum Verschwinden von Chlorionen in der Waschflüssigkeit. Anschließend wird es unter einem trockenen Stickstoffstrom getrocknet. Die besonderen Bedingungen jeder dieser Herstellung, die Analysen eines jeden katalytischen Komplexes und die Magnesiumgehalte jedes Feststoffes sind in der folgenden Tabelle I zusammengestellt:
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14 12 12
28 24 ' 24
72 90 . 108
20 25 30
20 25
40 50
144 180
40 50 - ι
ro
Tabelle I
Beispiel 1 2 3 4 5 6 7 8 R9
eingesetzte Menge
an aktiviertem 14 13 14 12 12
Aluminiumoxid (g)
angewandtes Volumen der Lösung 28 26 28 24' 24 ■" von MgCl0.4Ho0(ml)
C. C-
j^ Konzentration der
ο MgCl0.4H0O-Lo sung 36 54 72 90 108 .
cr> d d (g/l)
^ eingesetzte Magne-
^ siummenge (g/kg 10 15 20 25 30
-v. an Aluminiumoxid)
Mg-Gehalt des er-
οη haltenen iFeststof- ., ,_ _,_ , _ ,
cd fes (mat-g/m2) 1.10"5 1,6.10"* 2.10""* 3-1O-^ 3,3.10"^ 3,3.10"^ 3,5.10"* 4,4.10"° -
Ti-Gehalt des kata-Iytisehen Komplexes (mg/g) 18 18 18 19 18 22 22 21 'V/
Cl-Gehalt des katalytischen Komplexes (mg/g) 80 89 96 101 111 123 130 149 .
Mg-Gehalt des katag lytischen Komple- 8,7 14 17 25 28 28 30 38 nj
ο xes (mg/g) " co
"Z- p w)
>. *) Gehalt, ausgedrückt pro m der spezifischen Oberfläche des Aluminiumoxids (V
:- vor der Behandlung bei 250 0C ■-*
Interessanterweise ist die Fixierung bzw. Bindung des Magnesiums auf der Oberfläche des Aluminiumoxids unter Berücksichtigung der eingesetzten Magnesiummenge praktisch quantitativ.
Es wurden zwei Reihen von Polymerisationsversuchen mit den oben beschriebenen, katalytischen Komplexen unter folgenden gemeinsamen Bedingungen durchgeführt: Es wurde eine bestimmte Menge (siehe Tabellen II und III) des katalytischen Komplexes in 500 ml Hexan in einem Autoklaven von 1500ml aus rostfreiem Stahl, der mit einem Schaufelrührer ausgerüstet war, in Suspension überführt. Hierzu wurden 100 mg Triisobutylaluminium hinzugegeben. Die Temperatur wurde auf 85 C gebracht und Äthylen und Wasserstoff unter den im folgenden angegebenen Partialdrücken eingeführt. Die Polymerisation wurde während 1 Stunden unter Aufrechterhaltung eines konstanten Äthylendruckes durch kontinuierliche Zugabe von Äthylen durchgeführt. Nach dem Abblasen des Autoklaven wurden die in den Tabellen II und III angegebenen Polyäthylenmengen gewonnen.
Die erste Reihe der Polymerisationsversuche (Beispiele 1 bis R9) wurde unter identischen Partial drück en von Äthylen und Wasserstoff durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in der Tabelle II zusammengestellt.
Die zweite Reihe von Polymerisationsversuchen (Beispiele 10 bis R18) wurde mit derselben Keihe an katalytischen Komplexen unter unterschiedlichen Partialdrücken von Äthylen und Wasserstoff durchgeführt, wobei das Verhältnis dieser Partialdrücke in den Grenzen ausgewählt wurde, daß man ein Polymerisat erhielt, dessen Schmelzindex zwischen etwa 0,15 und etwa 0,20 lag. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in der Tabelle III zusammengestellt.
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Tabelle II (*)
co 00 ro
co cn co
katalytisch^ Komplexe, hergestellt in den Beispielen
Gewicht des eingesetzten
Komplexes (mg)
150 125 125 100 75 50 41 37 75
Gewicht an gewonnenem
Polyäthylen (PÄ), (g)
78 89 89 97 63 70 70 78 51
katalytisch^ Produkti
vität (g PÄ/g katalyti
scher Komplex)
500 7OO 700 950 850 1400 I7OO 2100 680
spezifische Aktivität , (g PÄ/h χ g Ti χ kg/cm*
Schmelzindex (MI) (g/10 min)
Schmelzindex unter starker Belastung (HLMI) (g/10 min) (*♦♦»)
Verhältnis HLMI/MI
2900 39OO 3900 5100 4600 6400 77OO 10000 3990
(**) (**) (*·) 0,04 0,06 0,26 0,28 0,53 (**)
0,27 2,14 3,2 4,36 5,44 15,95 13,67 23,2 0,65
- · - ■ - 109 91 61 49 44
*) Partialdrücke von Äthylen (10 kg/cm ) und Wasserstoff (4 kg/cm ), welche
allen Versuchen gleich waren.
**) nicht meßbar ' ,
***) gemessen unter normaler Belastung, 2,16 kg entsprechend der Norm ASTM ****) gemessen unter starker Belastung, 21,6 kg nach Norm ASTM 1238-57^
bei
Die Tabelle II zeigt deutlich, daß die spezifische Aktivität und die kataly tische. Produktivität der erf indungs gemäß en, katalytischen Systeme unter identischen Polymerisationsbedingungen besser sind als diejenigen von Katalysatoren des Standes der Technik auf Basis von aktiviertem Aluminiumoxid (der Versuch FJ) wurde mit einem katalytischen Komplex durchgeführt, der in derselben Weise wie die katalytischen Komplexe der Beispiele 1 bis 8 hergestellt war, ohne jedoch das aktivierte Aluminiumoxid mit Magnesiumchlorid zu behandeln) sobald der Magnesiusigehalt des Feststoffes 2.10 mat-g/m an spezifischer Oberfläche übersteigt. Ferner wurde festgestellt, daß der Schmelzindex der erhaltenen Polymerisate unter Eonstanthaltung alier sonstigen Polymerisationsbedingungen proportional zu dem Magnesiumgehalt der katalytischen Komplexe anwuchs.
Beispiele
10
Tabelle III
11 12 13 14 15 16 17 E18
kataly tisclier
Komplex, her- 12 3^5
gestellt nach
Beispiel
Gewicht des
eingesetzten, 250 159 157 105 108
katalytisehen Komplexes (mg)
Partialdruck
des Äthylens 8 10 (kg/cm2) (1)
Partialdruck des Wasser- o *c.
Stoffs (kg/cm^) IP
7 8 R9
10
50 39 36 210
10 10 10 10 10 8
2 15
1,9
67
83 550
8 5 3 3
0,8 0,5 0,3 0,3 0,2 1,9
110 111 94- 78 98 96
700 1000 1900 2000 2700
Verhältnis (2)/(1)
Gewicht des
gewonnenen Polyäthylens
katalytische
Produktivität 270 (g PÄ/g katalytischer Komplex)
Schmelzindex _ ._
(g/10 min)(3) 0,10 0,15 0,20 0,18 0,20 0,18 0,15 0,14 0,17
Schmelζ index
unter starker 9,02 14,42 18,67 16,27 12,01 10,93 9,28 8,22 14,8
Belastung
(g/10 min)(4)
Verhältnis
(4)/(3) 90 96 94 90 60 61 62 59 87
Faktor U
15 13 21 28 26 16 11 13 11
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Die in der Tabelle III zusammengestellten Versuche zeigen, daß die Herstellung von Polyäthylen mit Schmelzindices in der gleichen Größenordnung wie die Schmelzindices von mit Hilfe von Katalysatoren des Standes der Technik (R9) hergestellten Polyäthylenen in Anwesenheit der erfindungsgemäßen, katalytischen Komplexe möglich ist, wobei jedoch viel weniger Molekulargewicht sregler (Wasserstoff) eingesetzt wird und wobei dennoch die katalytische Produktivität erhöht wird.
Die Fig. 1 der Zeichnung zeigt, daß die katalytischen Komplexe, welche aus Feststoffen erhalten wurden, deren Magnesimngehalt von etwa 1.10 bis 5.10"^ mat-g/m an spezifischer Oberfläche variiert, die Absenkung des Verhältnisses der Partialdriicke von Wasserstoff und Äthylen um etwa den Faktor 10 ermöglichen, wobei Polyäthylene mit vergleichbaren Schmelzindices erhalten werden. Ferner zeigen die Beispiele 10 bis 17 und die Fig. 2 der Zeichnung, daß bei derselben Veränderung des Magnesiunigehaltes der Faktor U der erhaltenen Polyäthylene immer höher
VV
ist als der Faktor U von Polyäthylen, welches in Anwesenheit des katalytischen Vergleichskomplexes K9 erhalten wurde, und daß ein Optimum für den Magnesiumgehalt der Feststoffe vorhanden ist, das einem Maximum der Werte für den Faktor U entspricht.
Beispiele 19 und 20 und VerRleichsbeispiel R21
A - Herstellung_der katalytischen Komplexe
Man vermischt Aluminiumoxidmonohydrat vom alpha-Typ (Boehmit; im Handel unter der Warenbezeichnung Ketjen Grade B) mit etwa 4- Gew.-% EEL·]?, t)ringt das Gemisch auf eine Temperatur von 7OO 0C und hält diese Temperatur während 1 Stunde aufrecht. Das so erhaltene, fluorierte Aluminiumoxid wird einer "thermischen Behandlung unterzogen, welche bei 700 0C während 5 Stunden unter einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt wird. Seine
spezifische Oberfläche beträgt 250 m /g und sein Porenvolumen 1 cm^/g.
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Festgelegte Mengen dieses fluorierten Aluminiumoxids -werden mit wäßrigen Lösungen von MgC^.^-H^O in derselben Weise wie zur Herstellung der katalytischen Komplexe der Beispiele i bis 8 behandelt. Die erhaltenen Peststoffe werden anschließend 16 Stunden bei 250 0C unter einer Stickstoff atmosphäre gehalten. Schließlich werden sie mit TiCl. in derselben Weise wie in-den Beispielen 1 bis 8 behandelt, wobei die Behandlungstemperatur jedoch I30 0C ist und das Reaktionsprodukt fünf Extraktionen mit siedendem TiCl^, unterworfen wird.
Die gewaschenen und getrockneten Produkte werden als katalytische Komplexe bei Polymerisationsversuchen eingesetzt, welche unter denselben Bedingungen durchgeführt wurden, die im Absats B der Beispiele 1 bis 8 im einzelnen aufgeführt sind. Die besonderen Bedingungen der Herstellung dieser katalytisciien Elemente, die Ergebnisse ihrer Analyse, die besonderen Bedingungen und Ergebnisse der Polymerisation sowie die Eigenschaften der erhaltenen Polyäthylene sind in der folgenden Tabelle TV zusammengestellt, la der ebenfalls die Ergebnisse aufgeführt sind, i-jelche mit einem katalytischen Vergleichskomplex R 21 erhalten wurden, der in derselben Weise wie die zuvor beschriebenen katalytischen Komplexe jedoch unter Auslassen der Behandlungsstufe des fluorierten Aluminiumoxides mit Magnesiumchlorid hergestellt worden war«
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INSPECTED
2352754
2,3.10" -5 3 ,7.1O-5 -
13 14 7,7
23 22 35
61 87 24
14 23
Tabelle IV
Besondere Bedingungen Bsp.19 Bsp.20 Bsp.R21
Menge an eingesetztem Magnesium
Cs Mg/kg fluoriertes Aluminiumoxid) 15 25
Mg-Gehalt des erhaltenen Feststoffes (mat-g/m^) (vor der Behandlung bei 250 C)
Ti-Gehalt des katalytischen
Komplexes (mg/g)
F-Gehalt des katalytischen Komplexes (mg/g)
Cl-Gehalt des katalytisehen Komplexes (mg/s)
Mg-Gehalt des katalytischen
Komplexes (mg/g)
Gewicht des eingesetzten, kata-
lytischen Komplexes (mg) 107 51 140
Menge an eingesetztem Triiso-
butylaluminium (mg) 100. 100 200
Partialdruck von Äthylen (1)'
(kg/cm2) 10 10 8
Partialdruck von Wasserstoff (2) (kg/cm2)
Verhältnis (2)/(i)
Gewicht des gewonnenen Polyäthylens (PÄ) (g)
katalytische Produktivität
(g PÄ/g katalytischer Komplex)
Schmelzindex (g/10 min) (3)
Schmelzindex unter starker Belastung (g/10 min) (4)
Verhältnis (4)/(3) Faktor Uw
10 5 15
1 0,5 1,9
80 99 103
750 2000 736
0,10 0,11 0,23
7,98 10,15 11,5
80 92 50
12 13 10
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23 5 7154
Aus der Tabelle IV ergibt sich, wiederum, daß es ein Optimum für den Magnesiumgehalt der Feststoffe gibt, mit deren Hilfe die katalytischen Komplexe gemäß der Erfindung hergestellt werden, der einem Maximum der katalytischen Produktivität entspricht und die Herstellung eines Polyäthylens bei einem viel niedrigeren Verhältnis der Partialdrücke von Wasserstoff und Äthylen ermöglicht, welches einen vergleichbaren Schmelzindex und einen höheren Faktor U gegenüber Polyäthylen
besitzt, das in Anwesenheit des katalytischen Vergleichskomplexes R21 erhalten wurde.
Beispiel 22
Ein komplexes Oxid der allgemeinen Formel MgO. A^O^ (Spinell) wurde einer unter einem Strom von trockenem Stickstoff bei 900 0C während 5 Stunden durchgeführten thermischen Behandlung unterworfen. Es wurde ein komplexes Oxid erhalten, das sich
2 durch eine spezifische Oberfläche von 290 m /g und eine innere Porosität von 1,5 cni./g auszeichnete. Dieses komplexe Oxid wurde mit einer wäßrigen Lösung von MgCIp.4^0 unter der gleichen Weise wie in den Beispielen 1 bis 8 behandelt, wobei die eingesetzte Magnesiummenge 15 g Magnesium/kg komplexes Oxid gleich war. Der Magnesiumgehalt des erhaltenen Feststoffes, welcher lediglich einer Fixierung des Magnesiumchlorides zu- ' zuschreiben ist, betrug daher 4,6.10 J mat-g Mg/m an spezifischer Oberfläche. Nach einer bei 250 0C während 16 Stunden durchgeführten Aktivierungsbehandlung und nach der Reaktion mit TiCl^, welche wie in den Beispielen 2 bis 8 angegeben durchgeführt wurde, enthält der erhaltene, katalytische Komplex pro g 19 nig Titan und 111 mg Chlor. Ein mit 4-1 mg dieses Komplexes unter denselben, im Absatz B der Beispiele 1 bis 8 im einzelnen angegebenen Bedingungen und unter Partialdrücken von Äthylen
und Wasserstoff von 10 bzw. 2 kg/cm durchgeführter Polymerisationsversuch ergab 68 g Polyäthylen, dessen Schmelzindex 0,16 g/10 min und dessen Schmelzindex unter starker Belastung g/10 min betrug. Die katalytische Produktivität betrug
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23V -U
1650 g PÄ/g katalytischer Komplex, und die spezifische Aktivität 8700 g PÄ/h-χ g Ti χ kg/cm2 C9EL. Der Faktor U des Polyäthylens belief sich auf 6.
Zum Vergleich sei angegeben, daß ein unter den oben angegebenen Bedingungen mit 60 mg eines katalytischen Komplexes, der in derselben Weise jedoch ohne Behandlung des komplexen Oxides mit einer Magnesiumhalogenverbindung (Ti-Gehalt =13 mg/g) hergestellt worden v/ar, durchgeführter Polymerisationsversuch die Gewinnung von 25 g Polyäthylen mit einem nicht meßbaren Schmelzindex und einem Schmelzindex unter starker Belastung von 0,61 g/ 10 min ermöglichte. Die katalytisch^ Aktivität und die spezifische Aktivität beliefen sich auf 420 g PA/g katalytischer Komplex bzw. 3200 g PA/h χ g Ti χ kg/cn2
Beispiel 23
Zur Herstellung des in diesem Versuch verwendeten katalytischen Komplexes wurden 12,4 g Kagnesiumäthylat Hg(OCpHc)P, (Produkt der Dynamit Ibbelj zu 17 g Titantetrabutylat Ti(OC^Hq)^, (Produkt der Titangesellschaft) hinzugegeben, und das Gemisch unter Rühren während 6 Stunden auf 13O 0C erwärmt. Es wurde eine fast vollständige Auflösung des Kagnesiumätiiylats beobachtet. In dem Gemisch betrug das Atomverhältnis Ti/frg 0,5 at-g/ai;-g mit - 10 % Fehler als iolge von Verunreinigungen, welche nie eingesetzten Verbindungen enthielten. Zu dem so hergestellten
O 7I
und zuvor aiif 90 C abgekühlten Gemisch wurden 60 cm^ Hexan hinzugegeben, und das ganze wurde 1 Stunde bei dieser Temperatur gerührt. Die so erhaltene Lösung wurde durch Zugabe von Eexan auf ein Volumen von 120 cnr gebracht.
13,5 cm^ dieser Losung, d. h. ein etv/a 0,4 g Magnesium enthaltendes Volumen, wurden allmählich, in 100 cn* einer Suspension eingeführt, welche 21 g eines entsprechend dem Absatz A der Beispiele 19 '-iiid 20 hergestellten, ilaoriortei. AluGiiniunioxicls enthielt. Das so gebildete Jeniisch '/zi-ie 15 ivinutexi b^i Lmgebungstemperatur gerührt,· dann wurda dekantieren geiasst;.! und
4 0 9 8 "L A / 0 9 5 9
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235 "Μ 54
anschließend die überstehende Flüssigkeit entfernt. Die Analyse ergab einen Gehalt von auf dem so erhaltenen Feststoff fixierten bzw. gebundenen Hagnesium von 2,2.10 mat-g/m an spezifischer Oberfläche. Der so erhaltene Feststoff wurde zunächst in 140. cm; TiCI^ unter Rühren während 2 Stunden bei Umgebungstemperatur in Suspension überführt anschließend nach Entfernung der ersten TiCl^-Charge in demselben Volumen TiCl^ während 50 Hinuten bei.120 0C. Schließlich wurde der erhaltene, katalytisch e Komplex abgetrennt, mit Hexan bis zum Verschwinden von Chlorionen, in der Waschflüssigkeit gewaschen und unter einem Strom von trockenem Stickstoff getrocknet. Er enthielt 18 g Titan, 21 g Fluor, 65 g Chlor und 14 g Magnesium pro kg. Ein unter denselben Bedingungen wie die erste Reihe der Polymerisationsversuche (Beispiele 1 bis R9) mit 55 mg des katalytischen Komplexes durchgeführter Polymerisationsversuch ermöglichte die Herstellung von 117 6 Polyäthylen, dessen Schmelzindex 0,14 g/10 min und dessen Schmelzindex unter starker Belastung 11»05 g/10 min betrugen. Ihr Verhältnis belief sich daher auf etwa 79» und der Faktor Uw des Polyäthylens betrug 11. Die katalytisch^ Produktivität betrug 21Q0 g PÄ/g katalytischer Komplex und die spezifische Aktivität 11700 g Pl/h χ g Ti χ kg/cm
Wenn man die Ergebnisse dieses Versuche mit denjenigen des Vergleichsversuches R21 vergleicht, ergibt sich wiederum, daß es bei Anwesenheit der erfindungsgemäßen, katalytischen Komplexe möglich ist, ein Polyäthylen mit einem vergleichbaren Schmelzindex und einem, höheren Faktor TJ bei einem viel niedrigeren Verhältnis der Partialdrücke von Wasserstoff und Äthylen zu erhalten.
Beispiel 24-
Zur Herstellung des in diesem Versuch verwendeten, katalytischen Komplexes wurde zunächst das in den Beispielen 1 bis δ verwendete, hydratisierte Magnesiumchlorid auf I85 °C bis zur Gewinnung
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ORlGlHAL INSPECTED
. 235"154
de"s Monohydrates erhitzt. 15» 5 6 avif diese Weise erhaltenes Magnesiumchloridmonohydrat wurden zu 85 g Titantetrabutylat hinzugegeben, und das Gemischwurde 6 Stunden unter Rühren auf 130 0C erhitzt» Es wurde eine fast vollständige Auflösung des Magnesiumchlorids festgestellt. In dem Gemisch betrug das Atomverhältnis Ti/Mg 2 at-g/at-g mit - 10 % Fehler als Folge von Verunreinigungen, welche die eingesetzten Verbindungen
■z enthielten. Zu dem abgekühlten Gemisch wurden 3QO cm^ Hexan hinzugegeben, und das ganze wurde unter Eühren auf 90 0C während 1 Stunde erwärmt. Die lösliche Fraktion des abgekühlten Gemisches wurde gewonnen; die Analyse ergab, daß sie 6,5 g Mg/1 enthielt.
20 g eines entsprechend Absatz A der Beispiele 19 und 20 her-
■7. gestellten, fluorierten Aluminiumxoides wurden in 100 cnr Hexan in Suspension überführt und anschließend mit 56 cnr der löslichen Fraktion des oben beschriebenen Gemisches behandelt. Die Herstellungsfolge des katalytischen Komplexes ist dieselbe, wie sie in den Beispiel 23 beschrieben wurde. Der erhaltene Feststoff enthielt 2,5-10 mat-g Mg/m an spezifischer Oberfläche. Der katalytisch^ Komplex enthielt 24- g Titan, 23 g Fluor und 73 g Chlor sowie 11 g Magnesium pro kg. Ein unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 23 mit 52 mg des katalytischen Komplexes durchgeführter Polymerisationsversuch ermöglichte die Herstellung von 69 g Polyäthylen mit einem Schmelzindex (1) von 0,18 g/10 min, einem Schmelzindex unter starker Belastung (2) von 10,67 g/10 min und einem Faktor U von 19- Das Verhältnis
(2)/(i) ist daher etwa gleich 59· Die katalytisch^ Produktivität beträgt 1350 g PÄVg katalytischer Komplex, und die spezifische Aktivität beläuft sich auf 5600 g Pl/h χ g Ti χ kg/cm2
Beispiel 25
12 g eines wi.e im Absatz A der Beispiele 1 bis 8 hergestellten,
■z
aktivierten Aluminiumoxidε wurde mit 24 cnr einer Lösung behandelt, welche 18 g/l Magnesiummethylat, MgXOCHO2, (Handelsprodukt
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ORIGINAL iUSPECTED
235">Ϊ54
von Dynamit Nobel) in Methanol enthielt. Die Behandlung wurde derart durchgeführt, daß das Reaktionsgemisch seinen pulverförmigen Charakter beibehielt. Der erhaltene Feststoff wurde in Vakuum bei 50 0C während 1 Stunde getrocknet. Sein Magnesium-
—3 / 2
gehalt betrug 1,1.10 y mat-g/m an spezifischer Oberfläche. .
Dieser Feststoff wurde anschließend mit TiCl^, wie es im Absatz A der Beispiele 1 bis 8 beschrieben ist, behandelt. Der erhaltene, katalytische Komplex enthielt entsprechend der Analyse 20 g Titan, 90 g Chlor und 957 S Magnesium pro kg.
Ein unter den allgemeinen, im Absatz B der Beispiele 1 bis 8 erwähnten'Bedingungen jedoch mit 102 mg des katalytischen Komplexes und unter Partialdrücken von Äthylen bzw. Vasser-
2 2
stoff von 10 kg/cm bzw-. 6 kg/cm durchgeführter Polymerisationsversuch ermöglichte die Gewinnung von 71 S Polyäthylen mit einem Schmelzindex (1) von 0,19 g/10 min, einem Schmelzindex unter starker Belastung (2) von 12,65 g/10 min und einem Faktor U von 16. Das Verhältnis (2)/(i) beträgt daher etwa 67. Die katalytische Produktivität beträgt 700 g PÄ/g katalytischer Komplex und die spezifische Aktivität beläuft sich auf 3500 g PÄ/h χ g Ti χ kg/cm2
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OBSGIMAL INSPECTED

Claims (1)

  1. Patentansprüche
    1. Verfahren zur Niederdruckpolymerisation von alpha-Olef Lrieri, durchgeführt in Anwesenheit eines katalyrischen Systems, welche eine metallorganische Verbindung eines Metalles der Gruppen Ia, Ha, lib, HIb und IVb des Periodensystems und einen festen, kafcalytisehen Komplex enthält, dadurch gekennz eichnet, daß der feste, katalytische Komplex hergestellt wurde, indem eine Verbindung eines Meta L les der Gruppen IVa, Va und VIa des Periodensystems mit einem porösen Aluminiumoxid, auf welchem als Magnesiuniverbindung eine sauerstoffhaltige oder halogenierte Verbindung abgeschieden ist, reagieren gelassen wurde.
    2. Verfahren nach Anspruch. 1, dadurch, gekennzeichnet, daß die Menge der auf dem porösen Oxid abgeschiede-
    —4 —Ί nen Ma yies iumverb indung zwischen 1.10 und 1.10 Milliatom-
    gramm Magnesium pro m an spezifischer Oberfläche des porösen Oxids liegt.
    3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der auf dem porösen Oxid abgelagerten Magnesiumverbindung zwischen 1.10 ' und 5-10 J Hilliatomgramm Magnes
    Oxids liegt.
    gramm Magnesium pro m an spezifischer Oberfläche des porösen
    4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennz eichnet, daß man als Kagnesiumverbindung eine Verbindung verwendet, welche wenigstens eine Bindung Magnesium-Sauerstoff in ihrem KoleKül aufweist.
    5- Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als Magnesiumverbindung eine sauerstoffhaltige, organische Verbindung verwendet, Vielehe an das Magnesium über Sauerstoff gebundene, organische Reste aufweise.
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    ORIGINAL INSPECTED
    235?i$4
    6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennz e i c h n e t% daß man als Magnesiumverbindung ein Magnesiumalkoxid oder -phenoxid verwendet y dessen organischer Best 1 bis 6 Kohlenstoffatoine aufweist«
    7«, Verfahren nach. Anspruch i, dadurch gekennzeichne t^ daß man als Magnesiumyerbindung eine Verbindung verwendet, welch© wenigstens eine Bindung Magnesium-Halogen in ihrem Molekül aufweist,
    8. Verfahren nach Anspruch 7* dadurch gekennz eichnet, daß man als Magnesiumverbindung ein hydratisiertes Magnesiumchlorid verwendet.
    9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichn e t, daß man als Magnesiumverbindung eine Verbindung verwendet,, welche gleichzeitig Bindungen Magnesium-Sauerstoff und Bindungen Hagnesium-HaIogen in ihrem Molekül aufweist.
    10. Verfahren nach Anspruch it dadurch gekennzeichnet, daß die Hagnesiumverbindung auf dem porösen Aluminiumoxid in Form einer Lösung in Wasser oder in einem organischen Verdünnungsmittel abgelagert worden ist.
    11. Verfahren nach Anspruch 1:,. dadurch gekennzeichnet, caß die Hagnesiuciverbindung auf dem porösen Aluminiumoxid in Forpi eines Gemisches mit einer sauerstoffheltigen, organischen Verbindung (M) eines Metalls der Gruppen Ia, Hb, HIb, IVa5 IVb,; Va» Via* VIIa nrA VIII des Periodensystems abgeledert worden ist.
    i2> Verfahren nach Anspruch IT, dadurch gekennz eichn e t, daß als sauerstoffhaltig^, organische Verbindung (M)-eine Verbindung der allgemeinen lormel FMeO (OR) 1 vervrendet
    4:0.a δ 2 4 / 0 ft 5 3
    ORIGINAL SNSPECTED
    wird, worin das Metall (Me) Lithium, Natrium, Kalium, Zink, Bor, Aluminium, Silizium, Zinn, Titan, Zirkonium, Vanadium, Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt oder Nickel ist, E ein organischer Eest mit 1 bis 2.0 Kohlenstoffatomen ist, χ und y beliebige Zahlen von χ >_ 0 und y > O sind, welche mit der Wertigkeit des Metalls (Me) verträglich sind, und m eine ganze Zahl ist.
    Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennz eichn e t, daß (Me) Aluminium, Silizium, Titan, Zirkonium, Vanadium oder Chrom ist, E ein 1 bis 6 Kohlenstoff atome enthaltender Kohlenwasserstoffrest ist, χ 0 <^ χ £ 1 und m Ί H m S 6 sind.
    Verfahren, nach Anspruch 11, dadurch gek ennz e i c h ne t, daß die Magnesiumverbindung auf dem porösen Aluminiumoxid in Form einer Lösung in einem organischen Verdünnungsmittel des Gemisches der Magnesiumverbindung mit der sauerstoff halt igen, organischen Verbindung (M) abgelagert worden ist.
    Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnesiumverbindung "und die sauerstoffhaltige, organische Verbindung (M) in solchen Mengen vermischt sind, daß das Atomverhältnis zwischen dem Metall (Me) der sauerstoffhaltigen, organischen Verbindung und dem Magnesium zwischen 0,5 und 100 at-g/at-g beträgt.
    16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das poröse Aluminiumoxid eine innere Porosität oberhalb von 0,3 cnr/g aufweist.
    17- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ρ rose Aluminiumoxid eine spezifische überfläche zwischen *:'JÖ und 400 m /g aufweist.
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    itf*«- INSPECTED
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    18. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das poröse Aluminiumoxid ein Aluminiumoxid oder ein komplexes Oxid von Aluminium und wenigstens einem anderen Metall ist.
    19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das komplexe Oxid von Aluminium und wenigstens einem anderen Metall ein komplexes Oxid der Formel MgO. Al2O5, SiO2.Al2O5 oder Mg0.Si02.Al20 ist.
    20. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennz eichn e t, daß das poröse Oxid einer Halogenierungsbehandlung unterworfen wird, bevor es in Kontakt mit der Magnesiumverbindung gebracht wird.
    21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das poröse Aluminiumoxid ein fluoriertes Aluminiumoxid ist, bei welchem das Atomverhältnis Fluor/ Aluminium zwischen 0,01 und 1 liegt.
    22. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das poröse Aluminiumoxid, auf welchem eine Magnesiumverbindung abgelagert ist, einer Aktivierungsbehandlung unterworfen wird, welche bei einer Temperatur unterhalb der Zersetzungstemperatur der Magnesiumverbindung durchgeführt wird.
    23. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung eines Metalls der Gruppen IVa,
    ■ Va und VIa des Periodensystems eine Titanverbindung ist.
    24-. Feste, katalytisch^ Komplexe zur Niederdruckpolymerisation von alpha-Olefinen, dadurch gekennz eichne ü, daß sie durch Umsetzung einer Verbindung eines Metalles der
    409824/0959"'
    ORIGINAL INSPECTED
    235? -Ι/,
    Gruppen IVa, Va und Via des Periodensystems mit einem porösen Aluminiumoxid, auf welchem eine Magnesiumverbindung abgelagert ist, erhalten wurden.
    25. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Polymerisation von alpha-ülefinen, deren Molekül zwei bis sechs Kohlenstoffatome besitzt.
    26. Polyolefine, hergestellt nach dem Verfahren nach. Anspruch
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    Leerseite
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