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Herstellung von Polyethylen

Technische Synthese von HDPE

Polyolefine wie HD-Polyethylen werden kommerziell entweder mit dem heterogenen klassischem Ziegler-Natta-Katalysator auf MgCl2 -Trägern oder mit dem Chrom-basierten Phillips-Katalysator (CrO3 auf Siliciumdioxid oder Al2O3-Trägern) hergestellt.

Ziegler-Polymerisationen finden in einer Inertgasatmosphäre, wie z.B. Stickstoff und einem Kohlenwasserstofflösemittel wie Hexan bei moderaten Temperaturen (50-120 °C) und moderaten Drücken (1 atm bis 10-20 atm) statt. Die genauen Reaktionsbedingungen hängen vom Katalysator, dem gewünschten Produkt und dem Lösemittel ab. Zur Steuerung des Kettenwachstums wird Wasserstoff eingesetzt. Der Katalysator ist auf einem Trägermaterial, z.B. Magnesiumchlorid fixiert. Es handelt sich dabei um poröse Körner, in die das Monomer eindringt und dort polymerisiert. Durch die Volumenzunahme bricht das Polymer das Korn zum Schluss auf (siehe Spinnennetzbildung von Polyethylen).

Ein anderes Katalysatorsystem wurde von Phillips entwickelt (Phillips-Katalysator). Es handelt sich dabei um Chromtrioxid auf der Oberfläche von SiO2. Die Herstellung von HDPE mit so genannten Metallocen-Katalysatoren gewinnt in den letzten Jahren immer mehr an Bedeutung.

HDPE wird mit drei verschiedenen Verfahren hergestellt:

Alle Verfahren werden kontinuierlich betrieben und unterteilen sich in drei Schritte:

  • Katalysatorpräparation
  • Polymerisation
  • Polymerisolation

Die Herstellung des Katalysators ist der schwierigste Schritt im Prozess. Die Polymerisation wird durch Zugabe des gasförmigen Ethens zu der Katalysatorlösung gestartet. Das Ethen, das Lösemittel und der Reaktor müssen frei von H2O, O2, CO2, Schwefelverbindungen, Ethin und Dienen sein. Diese Verbindungen deaktivieren den Katalysator. Nach dem Stoppen der Polymerisation wird der noch vorhandene Katalysator deaktiviert und das Polymer getrocknet. Im Regelfall ist der Katalysator aber im Polymer eingeschlossen. Dieses Pulver kann dann per Extrusion mit Additiven, wie Stabilisatoren und Pigmenten, vermengt werden.

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