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BESCHREIBUNG
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============ Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren
zur Herstellung von Homo- und Kopolymeren von Äthylen mit Olefinen, welche 3 bis
6 Rohlenstoffatome enthalten.
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Die nach diesem Verfahren erhaltenen Polymeren verwendet man auf
verschiedenen Gebieten, wie in der elektrochemischen Industrie, im Maschinenbau,
in der Landwlrtschaft und der Medizin.
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Kopolymere von Äthylen mit Propylen, 1-Buten oder 1-Hexen verwendet
man in Erzeugnissen, ftir die erhöhte Elastizität Kerbschlagzähigkeit, Beständigkeit
gegen Bersten unter Beanspruchung wesentlich ist. Deshalb können diese zur Herstellung
von Rohren, Kabeln, Filmen, Extrusionsplattenmaterial oder blasgeformten Erzeugnissen
verwendet werden.
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Es ist ein Verfahren zur herstellung von Polymeren durch Homo- unci
nopolymerisation von Äthylen in einem aliphatischen Kohlenwasserstofflösungsmittel
bei einer Temperatur von 50 bis 80 0C unter einem Druck bis zu 10 atm an einem SWatalysator
bekannt, welcher ein Produkt der Umsetzung von Titantetrachlorid mit Dialkyla luminiumhydrid
darstellt, wobei man diesem dann ein Titanalkoxyderivat zugibt (UdSSR-Urheberschein
Nr. 454216).
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Jedoch tritt bei der Verwendung von Diaikyialuminiurnhydrici der
bei der Polymerisation von i-Olefinen unerwünschte Effekt der Assoziation der Moleküle
in Erscheinung. Dies führt zur Senkung der Aktivität der Komplexe auf Basis dieser
Verbindung und entsprechend zur Steigerung des Verbrauchs an Katalysator. Außerdem
beobachtet man bei der Durchführung der oo-und Kopolymerisation ein Ankleben des
Polymers an den Reaktor wandungen, wodurch die Leistungsfähigkeit des Prozesses
infolge der notwendigen Unterbrechungen für die Reinigung sinkt.
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Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, die genannten Nachteile
zu vermeiden Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch die Veränderung der
Zusammensetzung des Katalysators ein Verfahren zu entwickeln, welches es möglich
macht, den Verbrauch an Katalysator zu senken, die Kopolymerisation von Athylen
mit Olefinen mit Geschwindigkeiten durchzuführen, die den Geschwindig keiten der
Homopolymerisation von Äthylen nahekommen, und die Betriebsdauer der Reaktoren durch
die Verringerung des Anhaftens der Polymere an den Reaktorwänden zu vergrößern
In
Ühereinstimmung mit dem genannten Zweck und der gestellten Aufgabe besteht die Erfindung
darin, daß man in dem vorgeschlagenen Verfahren zur herstellung von Homo- und Kopolymeren
von Äthylen mit Olefinen, die 3 bis 6 Sohlenstoffatome e0ithaltefl, durch Polymerisation
von Äthylen und Kopolymerisation desselben mit den genannten Olefinen in einem aliphatischen
Kohlenwasserstofflösungsmittel bei einer Temperatur von 50 bis 80 0C und einem Druck
bis zu 10 atm in Gegenwart eines aus einer Alkylaluini niumkomponente, Titantetrachlorid
und einem Alkoxyderivat von Titan bestehenden Katalysators erfindungsgemäß als Alkylaluminiumkomponente
ein Gemisch aus Dialkylaluminiumhydrid der allgemeinen Formel A1R2H und Trialkylaluminium
der allgemeinen Formel All?3 (worin R für C2H5, C3H7, iso-C4H9 steht), in einem
Molverhältnis von 1,5:1 bis 6:1, bei folgenden Molverhaltnissen der Komponenten
des Katalysators verwendet: Alkoxyderivat des Titans zu Titantetrdchlorid=0,05:1
bis 0,5:1, Alkylaluminiumkomponente zu Titantetrachlorid = 0,5:1 bis 5:1.
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Man verwendet zweckmäßig einen Katalysator, der aus folgenden Komponenten
in den angegebenen Molverhältnissen zusammengesetzt ist : Alkoxyderivat von Titan
zu Titantetrachlorid =0,1:1 bis 0,2:1 ,Alkylaluminiumkomponente zu Titantetrachlorid=1:1bis2:1.
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Die Verwendung eines solchen Katalysators bewirkt eine Steigerung
der Leistungsfähigkeit des Polymerisationsprozesses durch die Steigerung der Aktivität
des Komplexes sowie durch die Verringerung des Anhaftens des Polymers an den Reaktorwandungen.
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Das erfindungsgcmäße Verfahren wird wie folgt durchgeführt.
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Die Herstellung von Homo- und Kopolymeren von Athylen wird durch
Niederdruckpolymerisation an Ziegler-Natta-Katalysatoren in einem aliphatischen
Kohlenwasserstofflösungsmittel als Medium (Extraktionsbenzin, Hexan, Heptan) durchgeführt.
Die Polymerj.-sationstemperatur beträgt 50 bis 800C, der Druck bis 10 atm.
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Die Regelung des Molekulargewicht es wird mit Hilfe von Wasserstoff
durchgeführt.
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Den Katalysatorkomplex bereitet man nach dem kontinuierlichen Verfahren
durch kontinuierliche Zufuhr der Komponenten mit vorgegebener Geschwindigkeit. Die
Temperatur der Komplexbildung beträgt 15 bis 500C, die Dauer des Vermischens der
Komponenten 5- bis 30 Minuten.
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Das Alkoxyderivat von Titan wird dem fertigen Katalysatorkomplex
zugesetzt.
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Als Alkoxyderivat von Titan kommen beispielsweise Tetraisopropcxytitan
oder Tetrabutoxytitan in Frage.
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Als zweites Komonomer kommen Propylen, 1-Buten, 1-Hexen in Frage.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die Kopolymerisationsgeschwindigkeit
des ethylens mit den genannten Monomeren in der Nähe der Homopolymerisationsgeschwindigkeit
und hängt in bestimmten Grenzen (bis 20 Molprozent) von der Zusanmensetzung des
Ausgangagemisches und der Natur des Polymers nicht ab.
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Man wendet zweckmäßigerweise ein Molverhältnis von Alkoxyderivat
von Titan zu Titantetrachlorid von 0,1:1 bis 0,2:1 an.
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Bei einem unterhalb dieses Bereiches liegenden Verhältnis von Alkoxyderivat
von Titan zu Titantetrachlorid sinkt dessen modifizierende Wirkung,was zu einer
Senkung der Aktivität des Komplexes Führt Bei steigendem Verhältnis von Titanalkoxyderivaten
zum Titantetrachlorid wird die Regelung des Molekulargewichtes des Polymeres kompliziert.
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Man wendet vorzugsweise Molverhältnisse der Alkylaluminiumkomponente
zum Titantetrachlorid in einem Bereich von 1:1 bis 2:1 an.
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Unterhalb dieses Verhältnisses erhalt man ein Polymer mit einem hohen
Gehalt an niedermolekularer Fraktion, oberhalb dieses Verhältnisses weist das Polymer
ein hohes Uolekulargewicht auf, wodurch seine Verarbeitung erschwert wird.
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Die Ausbeute an Polymer in dem erfindungsgemäßen Verfahren beträgt
5750 bis 5850 g/g Ti in der Stunde.
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Die Abtrennung des Polymers aus dem Reaktionsgemisch und seine Reinigung
von den Katalysatorrückständen wird entweder mit einem Benzin-Alkohol-Gemisch oder
durch Wasserwäsche nach dem für Niederdruckpolyäthylen üblichen Verfahren durchgefuhrt.
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Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Polymere sind
durch hohe Werte von Molekulargewicht, Dichte, Aschegehalt, durch hohen Gehalt an
flüchtigen Bestandteilen,
hohe Festigkeitswerte (Zugfluidität, Bruchspannung,
Bruchdehnung) gekennzeichnet. Die genannten Kennwerte für das genannte nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Polymer liegen auf dem Niveau der im Handel
erhältlichen analogen Polymere der Firmen Chemische Werke Hüls uiid Farbwerke Hoechst
A.G.
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Vergleichskennwerte der Polyäthylenproben sind in der Tabelle angeführt
Polyäthylen Polyäthylen Erfindungs-Kennwerte der Firma der Firma gemäß Chemische
chemische Farbwerke erhaltenes Werke Hüls Hoechst A.G. Polyäthylen Dichte, g/cm3
0,952 0,956 0,950 Fließbarkeit der Schmelze g/10 min 0,620 0,510 0,600 ZugRfließgrenze,
kp/cm2 280 290 270 Bruchdehnung, Sb 500 600 800 Aschegehalt, % 0,03 0,02 0,03 Gehalt
an flüchtigen Bestandteilen, 0,01 0,01 0,01 Der verwendete Katalysator macht es
möglich, Polymere mit vorgegebener Molekulargewichtsverteilung zu erhalten, was
sein Anwendungsgebiet erweitert.
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Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind:
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Steigerung der Leistungsfähigkeit des Verfahrens durch Erhöhung der Aktivität des
Katalysatorkomplexes; - Vergrößerung der Betriebsdauer der Reaktoren zwischen den
Reinigungen auf 1000 Stunden und mehr ohne Stillsetzung der Ausrüstungen zur Reinigung
von dem klebengebliebenen Polymer; - die Möglichkeit, Kopolymere von Äthylen mit
anderen Olefinen C3-C6 mit Geschwindigkeiten zu erhalten, die den Geschwindigkeiten
der Homopolymerisation von Äthylen nahekommen, das heißt ohne Senkung der Leistungsfähigkeit
der Produktion; - die Möglichkeit, Polymere mit vorgegebenen Molekulargrewichtsverteilung
zu erhalten.
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Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung werden nachstehend
konkrete Beispiele für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens angeführt.
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Beispiel 1 Einem Stahlreaktor vom Kolonnentyp von 60 Liter Fassungsvermögen
führt man Benzin mit dem Katalysatorkomplex mit einer Geschwindigkeit von 30 l/h
und ein aus 80,4 Volumprozent Äthylen und 19,6 Volumprozent Propylen bestehendes
Monomerenge misch kontinuierlich zu.
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Der Katalysatorkomplex wird wie folgt bereitet.
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Lösungen in Benzin von TiCl4 (2,1 g/ h), Al(iso-C4H9)2H (0,570 g/h)
und Al(iso-C4Hg)3 (0,505 g/h) vermischt man kontinuierlich in einem Komplexbildungsreaktor
und gibt dann dem erhaltenen Komplex eine Lösung von Ti(iso-OC3H7)4(0,628 g/h) zu.
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Die Temperatur der Komplexbildung beträgt 250C, die Dauer der Komplexbildung
10 Minuten.
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Das Wolverhältnis der Komponenten des Komplexes ist wie folgt: Alkylaluminiumkomponente
zu TiC14-1:1 Al(iso-C4H9)2H zu Al(iso"C4Hg)3 1,5:1 TiC14 zu Ti(iso-OC3H74- 1 :0,2.
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Die Kopolymerisation wird bei einem Druck von 3 atm und einer Temperatur
von 65 bis 700C durchgefahrt.
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Der Wasserstoffgehalt der Gasphase beträgt 2 Volumenprozent.
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Die sich bildende Suspension des Kopolymers wird aus dem Reaktor
kontinuierlich herausgeleitet. Die Ausbeute an Polymer beträgt 3,04 kg/h oder 1448
g/g.h TiC14 oder 800 g/g.h des Gesamtkatalysators.Das Klebenbleiben des Polymers
an den Reaktorwandungen ist unbedeutend. Die Betriebsdauer des Reaktors zwischen
den Reinigungen beträgt 1200 Stunden. Das Kopolymer eist folgende Kennwerte auf:
Fließbarkeit der Schmelze 0,65 g/10 min; Dichte 0,9034 g/cm3; Zugvfließgrenze 82
kp/cm2; Bruchspannung 241 kp/cm2; Bruchdehnung 837%.
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Biespiel2 Man erhält ein Kopolymer unter den Bedingungen des Beispiels
1. Jedoch bringt man Lösungen von TiCl4(2,1 g/h ), Al(C2H5)2H (0,456 g/h), A1(C2H5)3
(0,403 g/h), Ti(iso-OC3H7)4 (0,628 g/h) ein und verwendet ein Monomerengemisch,
welches aus 81.7
prozent Äthylen und 18,3 Volumenprozent Propylen besteht.
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Das Molverhältnis der Komponenten des Komplexes ist wie folgt: Alkylaluminiumkomponente
zu TiC 14 0,8:1 Al(C2H5)2H zu Al(C2H5)3 - 1,5:1 TiCl4 zu Ti(iso-OC3H7)4 - 1:0,2.
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Die Ausbeute an Polymer betragt 3,08 kg/h oder 1467 g/g.h TiCl4 oder
859 g/g.h des Gesamtkatalysators. Das Klebenbleiben des Polymers an den Reaktorwandungen
ist unbedeutend. Die Betriebsdauer des Reaktors zwischen den Reinigungen beträgt
1150 Stunden. Das Kopolymer weist folgende Kennwerte auf: Fließbarkeit der Schmelze
0,65 g/10 min; Dichte 0,9040 g/cm3; Zugfließgrenze 85 kp/cm²; Bruchspannung 230
kp/cm2; Bruchdehnung 713 %.
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Beispiel 3 Man erhält ein Kopolymer unter den Bedingungen des Beispiels
1, man bringt jedoch Lösungen von TiC14(2,1 g/h), Al(C2H5)2H (1,510 g/ h), Al(C2H5)3
(1,860 g/h ), Ti(iso"OC3H7)4 (0,628 g/h) ein und verwendet ein Monomerengemisch,
welches aus 80,6 Volumenprozent Äthylen und 19,4 Volumenprozent Propylen besteht.
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Das Molvelhältnis der Komponenten des Komplexes ist wie folgt: Alkylaluminiumkomponente
zu TiCl4 - 2:1 Al(C2H5)2H zu Al(C2H5)3 - 1,5:1 TiC14 zu (Ti(iso«OC3H7)4 - 1:0,2.
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Die Ausbeute an Polymer beträgt 3,17 Iy/h oder 1510 g/g.h TiCl4 oder
500 g/g.h des Gesamtkatalysators. Das Klebenbleiben des Polymers an den Reaktorwandungen
ist unbedeutend. Dic Betriebsdauer des Reaktors zwischen den Reinigungen beträgt
1052 Stunden.
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Das Kopolymer weist folgende Kennwerte auf: Fließbarkeit der Schmelze
0,59 g/10 min, Dichte 0,9047 g/cm3, Zugfließgrenze 2 kp/cm², Bruchspannung 235 kp/c
m² 2 87 kp/cm2, Bruchspannung 235 kp/cm2, Bruchdehnung 8167o.
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Beispiel 4 Man erhält ein Kopolymer unter den Bedingungen des Beispiels
1, man bringt jedoch Lösungen von TiCl4(2,1 g/h ), Al(C3H7)2H (3,78 g/h), Al(C3H7)3
(3,45 g/h ), Ti(iso-0C3117)4 (0,628 g/h ) ein und verwendet ein Monomerengemisch,
welches aus 90,4 Volumenprozent Äthylen und 9,6 Volumenprozent 1-Buten besteht.
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Das Molverhältnis der Komponenten des Komplexes ist wie folgt: A2kylaiuminiumkomponente
zu TiC14 5:1 Al(C3H7)2H zu Al(C3H7)3 1,5:1 TiCl4 zu Ti(i T OC3H7)4 1:0,2.
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Die Ausbeute an Polymer beträgt 3,15 kg/h oder 1508-g/g.h TiCl4 oder
687 g/g.h des Gesamtkatalysators. Das Klebenbleiben des Polymers an den Reaktorwandungen
ist unbedeutend. Die Betriebsdauer des Reaktors zwischen den Reinigungen beträgt
1180 Stunden.
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Das Kopolymer weist folgende Kennwerte auf: Fließbarkeit 3 der Schmelze
0,0 g/10 min, Dichte 0,9047 g/cm³, Zugfließgrenze 107 kp/cm², Bruchspannung 285
kp/cm², Bruchdehnung 900%.
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Beispiel 5 Man erhält ein Kopolymer unter den Bedingungen des Beispiels
1, man bringt jedoch Lösungen von TiC14(2,1 g/h), Al(C3H7)2H (1,08 g/h), Al(C3H7)3
(0,246 g/h ), Ti(iso-4C3H7)4 (0,628 g/h ) ein und verwendet ein Monomerengemisch,
welches aus 93,6 Volumenprozent Äthylen und 6,4 Volumenprozent 1-Buten besteht.
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Das Molverhältnis der Komponenten des Komplexes ist wie folgt: Aluminiumorganische
Komponente zu TiCl4-1:I A1(C3H?)2H zu Al(C3H7)3 - 6:1 TiCl4 zu Ti(isoXC3H7)4 - 1:0,2
Die Ausbeute an Polymer beträgt 2,98 kg/h oder 1412 g/g.h TiCl4 oder 647 g/g.h des
Gesamtkatalysators. Das Klebenbleiben des Polymers an den Reaktorwandungen ist unbedeutend.
Die Betriebvdauer des Reaktors zwischen den Reinigungen beträgt 1350 Stunden.
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Das Kopolymer weist folgende Kennwerte auf: Fließbarkeit der Schmelze
0,68 g/10 min, Dichte 0,9188 g/cm3, Zugfließgrenze 117 kp/cm2, Bruchspannung 292
kp/cm2, Bruchdehnung 783%.
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Beispiel 6 Man erhält ein Kopolymer unter den Bedingungen des Beispiels
1. Jedoch bringt man Lösungen von TiCl4 (2,1 g/h), Al(C3H7)2H
(1,01
g/h), Al(C3H7)3 (0,345 g/h), Ti(iso-OC4H9)4 (0,753 g/h) ein. Dem Reaktor führt man
kontinuierlich Benzin, welches 7,5 Molprozent; 1-Hexen enthält, und reines Athylen
zu.
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Das Molverhältnis der Komponenten des Komplexes ist wie folgt: Alkylaluminiumkomponente
zu TiCl4 1:1 Al(C3H7)2H zu Al(C3H7)3 4:1 TiCl4 zu Ti(iso-OC4Hg)4 1:0,2 Die Ausbeute
an Polymer beträgt 3,13 kg/h oder 1482 ß7.h TiCl4 oder 736 g/g h des Gesamtkatalysators.
Das Klebenbleiben des Polymers an den Wandungen des Reaktors ist unbedeutend.
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Die Betriebsdauer des Reaktors zwischen den Reinigungen beträgt 1120
Stunden.
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Das Kopolymer weist folgende Kennwerte auf: Fließbarlceit der Schmelze
0,64 g/10 min, Dichte 0,9210 g/cm3, Zugfließgrenze 123 kp/cm2, Bruchspannung 344
kp/cm2, Bruchdehnung 785%.
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Beispiel 7 Man erhält ein Kopolymer unter den Bedingungen des Beispiels
1. Jedoch bringt man Lösungen von TiCl4 (2,1 g/h), Al(iso-C4H9)2H (0,471 g/h), Al(iso-C4H9)3
(0,468 g/h), Ti(iso"OC3H7)4 (0,628 g/h ) ein und verwendet ein Monomerengemisch,
bestehend aus 81,7 Volumenprozent Xthylen und 18,3 Volumenprozent Propylen.
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Das Molverhältnis der Komponenten des Komplexes ist wie folgt:
Alkylaluminiumkomponente
zu TiC14 0,5:1 Al(iso-C4H9)2H zu Al(iso-C4H9)3 1,5:1 TiCl4 zu Ti(isoOC3H7)4 1:0,2.
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Die Ausbeute an Polymer beträft 2,82 kg/h oder 1343 g/g.h TiCl4 oder
620 g/g.h des Gesamtkatalysators. Das Klebenbleiben des Polymers an den Wandungen
des Reaktors ist unbedeutend.
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Die Betriebsdauer des Reaktors zwischen den Reinigungen beträgt 1150
Stunden.
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Das Kopolymer weist folgende Kennwerte auf: Fließbarkeit der Schmelze
0,52 g/10 min, Dichte 0,9040 g/cm², Zugfließgrenze 85 kp/cm2, Bruchspannung 230
kp/cm2, Bruchdehnung 713.
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Beispiel 8 Man erhält ein Kopolymer unter den Bedingungen des Beispiels
1. Jedoch bringt man Lösungen von TiC14 (4,5 g/h ), Al(C2H5)2H (0,815 g/h), Al(C2H5)3
(0,246 g/h), Ti(iso-OC3H7)4 (0,628 g/h) ein und führt dem Reaktor Athylen zu.
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flas Molverhältnis der Komponenten des Komplexes ist wie folgt: Alkylaluminiumkomponente
zu 'liC14 1:1 A1(C2H5)2H zu A1(C2H5)3 6:1 UiCl4 zu Ti(iso"OC3H7)4 1:0,2.
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Die Ausbeute an Polymer beträgt 328 kg/h oder 1531 g/g.h TiCl4 oder
849 g/g.h des Gesamtkatalysators . Das Klebenbleiben
des Polymers
an den Wandungen des Reaktors ist unbedeutend. Die.Betriebsdauer des Reaktors zwischen
den Reinigungen beträgt 1500 Stunden.
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Das Ropolymer weist folgende Kennwerte auf: Fließbarkeit 3 der Schmelze
0,57 g/10 min, Dichte 0,9595 g/cm , Zugfließgrenze 260 kp/cm21 Bruchspannung 302
kp/cm2, Bruchdehnung 718.
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Beispiel 9 Man erhält ein Kopolymer unter den Bedingungen des Beispiels
1. Jedoch bringt man Lösungen von TiCl4 (2,1 g/h ), Al(iso--C4Hg)2H (0,570 g/h),
Al(iso-C4Hg)3 (0,505 g/h ), Ti(iso-O (C3H7)4 (0,628 g/h) ein und führt dem Reaktor
Äthylen zu.
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Das Molverhältnis der Komponenten des Komplexes ist wie folgt: Alkylaluminiumkomponente
zu TiCl4 1:1 Al(iso-C4Hg)2H zu Al(iso-C4H9)3 1,5:1 TiCl4 zu Ti(iso-OC3H7)4 1:0s2.
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Die Ausbeute an Polymer beträgt 3,16 kg/h oder 1505 g/g.h TiCl4 oder
836 g/g.h des Gesamtkatalysators. Das Klebenbleiben des Polymers an den Wandungen
des Reaktors ist unbedeutend. Die Betriebsdauer des Reaktors zwischen den Reinigungen
beträgt 1100 Stunden.
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Das Kopolymer weist folgende Kennwerte auf: Fließbarkeit der Schmelze
0,52 g/10 min, Dichte 0,9560 g/cm3, Zugfließgrenze 275 kp/cm2, Bruchspannung 295
kp/cm2, Bruchdehnung 713X.