KR101265891B1 - Process for preparation of polyolefin having a broad molecular weight distribution - Google Patents
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Abstract
본 발명은 특정의 화학식으로 표시되는 CGC; 특정의 화학식으로 표시되는 조촉매; 및 사슬 전달제를 포함하는 촉매 조성물의 존재 하에서, 올레핀 단량체를 중합하여 폴리올레핀을 얻는 단계를 포함하는 폴리올레핀의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따라 제조된 폴리올레핀은 넓은 분자량 분포를 가지면서, 낮은 밀도 및 높은 용융점을 갖는 것을 특징으로 한다. The present invention is CGC represented by a specific formula; Cocatalyst represented by a specific chemical formula; And polymerizing an olefin monomer to obtain a polyolefin in the presence of a catalyst composition comprising a chain transfer agent, wherein the polyolefin prepared according to the present invention has a low molecular weight and has a broad molecular weight distribution. And a high melting point.
이에 따라 좁은 분자량 분포를 갖는 중합체보다 더 효율적으로 가공되고, 사출 또는 압출 성형 등에 있어 양호한 물성을 갖게 되어 가스켓, 와이어 및 케이블 피복물 등과 같은 용도로 사용될 수 있다.Accordingly, the polymer is processed more efficiently than the polymer having a narrow molecular weight distribution, and has good physical properties in injection molding or extrusion molding, and thus may be used for applications such as gaskets, wire and cable coatings, and the like.
메탈로센, CGC, 조촉매, 사슬 전달제, 분자량 분포, 공중합체, 폴리올레핀 Metallocenes, CGCs, promoters, chain transfer agents, molecular weight distribution, copolymers, polyolefins
Description
본 발명은 메탈로센 촉매를 이용한 폴리올레핀의 중합방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 특정의 화학식으로 표시되는 CGC; 특정의 화학식으로 표시되는 조촉매; 및 사슬 전달제를 포함하는 촉매 조성물의 존재 하에서, 올레핀 단량체를 중합하는 폴리올레핀의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a polymerization method of a polyolefin using a metallocene catalyst, and more particularly, CGC represented by a specific chemical formula; Cocatalyst represented by a specific chemical formula; And a process for producing a polyolefin which polymerizes an olefin monomer in the presence of a catalyst composition comprising a chain transfer agent.
일상생활에서 가장 흔히 접할 수 있는 고분자는 단연 폴리올레핀계 고분자이다. 전 세계적으로 생산되는 폴리에틸렌(PE)과 폴리플로필렌(PP)의 양이 연간 7천만 톤에 이른다는 점을 감안하면 폴리올레핀은 우리 일상생활에 가장 큰 영향을 미치는 고분자임에 틀림이 없을 것이다. 폴리올레핀의 대부분이 지글러-나타 촉매와 크롬계 촉매를 사용하여 저압공정을 통해 생산되고, 일부는 고압 라디칼 공정을 사용하여 저밀도 폴리에틸렌으로 생산되고 있다.The most commonly encountered polymer in everyday life is by far polyolefin-based polymers. Given that the worldwide production of polyethylene (PE) and polypropylene (PP) reaches 70 million tonnes per year, polyolefins must be the polymer that has the greatest impact on our daily lives. Most of polyolefins are produced through low pressure processes using Ziegler-Natta catalysts and chromium-based catalysts, and some are produced from low density polyethylene using high pressure radical processes.
1980년대 들어 W.Kamonsky가 균질, 단일 활성점 촉매계인 메탈로센 촉매에 의한 에틸렌 중합을 발견하면서 올레핀 중합에 대한 연구가 재조명을 받았다. 특히, 메탈로센 촉매를 이용한 알파-올레핀 중합 기술은 촉매의 구조를 조절함으로써 고분자의 특성을 조절할 수 있는 소위 맞춤형 고분자합성(tailor-made polymer synthesis)이 가능하다는 점으로 인해 많은 연구가 진행되고 있다.In the 1980s, research on olefin polymerization was revived as W. Kamonsky discovered ethylene polymerization with a metallocene catalyst, a homogeneous, single site catalyst system. In particular, the alpha-olefin polymerization technology using a metallocene catalyst has been much researched due to the fact that the so-called tailor-made polymer synthesis that can control the properties of the polymer by controlling the structure of the catalyst is possible. .
메탈로센 촉매의 핵심 리간드인 사이클로펜타디에닐(cyclopentadienyl: Cp. C5H5)기 사이에 브리지(bridge)를 갖는 반샌드위치(half-sandwich) 메탈로센 착물과 킬레이트 리간드를 갖는 여러 가지 종류의 금속 착물도 단일활성점의 특징을 보인다는 사실이 밝혀지게 되었다.Various types having half-sandwich metallocene complexes having a bridge between cyclopentadienyl (Cp. C 5 H 5 ) groups, which are the core ligands of metallocene catalysts, and chelating ligands It has been found that the metal complex of is also characterized by a single activity point.
메탈로센 촉매의 종류는 리간드와 중심금속 그리고 다리결합에 의해 구분 되어질 수 있다. 이러한 구조를 변화시킴으로써 메탈로센의 전자적, 입체적 환경을 제어하여 생성되는 고분자의 구조를 조절할 수 있다. 즉, 메탈로센은 리간드, 치환기, 다리결합 및 중심금속의 종류를 변화시킴에 따라 다양한 형태의 폴리머 합성 및 생성 고분자의 물성 조절이 가능하다.Metallocene catalysts can be classified by ligand, core metal and bridge bond. By changing the structure, it is possible to control the structure of the polymer produced by controlling the electronic and three-dimensional environment of the metallocene. That is, metallocene is capable of synthesizing various types of polymers and controlling physical properties of the resulting polymers by changing the types of ligands, substituents, bridge bonds and central metals.
CGC(constrained geometry catalyst)는 에틸렌, 알파-올레핀, 스티렌 공중합이 가능하다는 결과가 발표되면서 다양한 구조의 CGC 합성과 중합 특성, 구조와의 상관관계를 규명하기 위해 연구가 진행되고 있다.Constrained geometry catalysts (CGCs) have been reported to be capable of copolymerizing ethylene, alpha-olefins, and styrene, and research is being conducted to investigate the correlation between CGC synthesis, polymerization characteristics and structures of various structures.
다우(Dow)사가 1990년대 초반 [Me2Si(Me4C5)NtBu]TiCl2(Constrained-Geometry Catalyst, CGC)를 발표하였는데(미국 특허 제5,064,802호), 에틸렌과 알파-올레핀의 공중합 반응에서 CGC가 기존까지 알려진 메탈로센 촉매들에 비해 우수한 측면을 크게 다음과 같이 두 가지로 요약할 수 있다: (1) 높은 중합 온도에서도 높은 활성도를 나타내면서 고분자량의 중합체를 생성하고, (2) 1-헥센 및 1-옥텐과 같은 입체적 장애가 큰 알파-올레핀의 공중합성도 매우 뛰어나다는 점이다. 그 외에도 중합 반응시, CGC의 여러 가지 특성들이 점차 알려지면서 이의 유도체를 합성하여 중합 촉매로 사용하고자 하는 노력이 학계 및 산업계에서 활발히 이루어졌다.Dow announced [Me 2 Si (Me 4 C 5 ) N t Bu] TiCl 2 (Constrained-Geometry Catalyst, CGC) in the early 1990s (US Pat. No. 5,064,802), which copolymerizes ethylene and alpha-olefins. There are two major aspects of CGC's superiority to metallocene catalysts known to the prior art: (1) to produce high molecular weight polymers with high activity even at high polymerization temperatures, and (2 The copolymerization of alpha-olefins with high steric hindrances such as 1-hexene and 1-octene is also excellent. In addition, during the polymerization reaction, various characteristics of CGC are gradually known, and efforts to synthesize derivatives thereof and use them as polymerization catalysts have been actively conducted in academia and industry.
그 중 하나의 접근 방법으로 실리콘 브릿지 대신에 다른 다양한 브릿지 및 질소(nitrogen) 치환체가 도입된 금속 화합물의 합성과 이의 중합이 시도되었다. 최근까지 알려진 대표적인 금속 화합물들을 열거하면 하기의 [그림 1]과 같다(Chem. Rev. 2003, 103, 283).One approach has been to synthesize and polymerize metal compounds in which various other bridges and nitrogen substituents have been introduced instead of silicon bridges. Representative metal compounds known to date are listed as shown in [Figure 1] ( Chem. Rev. 2003, 103 , 283).
상기의 [그림 1]에 나열된 화합물들은 CGC 구조의 실리콘 브릿지 대신에 포스포러스 1-(a), 에틸렌 또는 프로필렌 1-(b), 메틸리덴 1-(c), 및 메틸렌 1-(d) 브릿지가 각각 도입되어 있으나, 에틸렌 중합 또는 알파-올레핀과의 공중합 적용시에 실리콘 브릿지의 CGC에 비하여 활성도나 공중합 성능 등의 측면에서 뛰어난 결과들을 주지 못했다.The compounds listed in Figure 1 above are phosphorus 1- (a), ethylene or propylene 1- (b), methylidene 1- (c), and methylene 1- (d) bridges instead of the CGC-structured silicon bridges. Although each is introduced, it did not give excellent results in terms of activity and copolymerization performance compared to the CGC of the silicon bridge in the ethylene polymerization or copolymerization with alpha-olefin.
또한, 다른 접근 방법으로는 상기 CGC의 아미도 리간드 대신에 옥시도 리간 드로 구성된 화합물들이 많이 합성되었으며, 이를 이용한 중합도 일부 시도되었다. 그 예들은 하기 [그림 2]와 같다.In addition, as a different approach, many compounds composed of oxido ligands instead of the amido ligands of CGC have been synthesized, and some polymerization has been attempted. Examples are shown in [Figure 2].
상기의 [그림 2]에서 2-(a)는 T. J. Marks 등에 의해 보고된 내용으로 Cp 유도체와 옥시도 리간드가 오르토-페닐렌기에 의해 가교된 것이 특징이다 (Organometallics 1997, 16, 5958). 동일한 가교를 가지고 있는 화합물 및 이를 이용한 중합이 Mu 등에 의해서도 보고되었다(Organometallics 2004, 23, 540). 또한, 인데닐 리간드와 옥시도 리간드가 동일한 오르토-펜닐렌기에 의해 가교된 것이 Rothwell 등에 의해 발표되었다(Chem. Commun. 2003, 1034). 상기 2-(b)는 Whitby 등이 보고한 내용으로 탄소 3개에 의해 싸이클로펜타니에닐 리간드와 옥시도 리간드가 교각된 것이 특징인데(Organometallics 1999, 18, 348), 이런 촉매들이 신디오탁틱(syndiotactic) 폴리스티렌 중합에 활성을 보인다고 보고되었다. 유사한 화합물이 또한 Hessen 등에 의해서도 보고되었다(Organometallics 1998, 17, 1652). 상기 2-(c)에서 보여주는 화합물은 Rau 등이 보고한 것으로 고온 고압(210℃, 150MPa)에서 에틸렌과 에틸렌/1-헥센 공중합에 활성을 보이는 것이 특징이다(J. Organomet. Chem. 2000, 608, 71). 또한, 이후 이와 유사한 구조의 촉매 2-(d) 및 이를 이용한 고온고압 중합이 Sumitomo사에 의하여 특허 출원되었다(미국 특허 6,548,686).In [Figure 2], 2- (a) is reported by TJ Marks et al. It is characterized by crosslinking of Cp derivative and oxido ligand by ortho-phenylene group ( Organometallics 1997, 16 , 5958). Compounds having the same crosslinks and polymerization using them have also been reported by Mu et al. ( Organometallics 2004, 23 , 540). In addition, it was reported by Rothwell et al. That an indenyl ligand and an oxido ligand were crosslinked by the same ortho-phenylene group ( Chem. Commun. 2003, 1034). 2- (b) reported by Whitby et al. Is characterized in that the cyclopentanienyl ligand and the oxido ligand were pierched by three carbons ( Organometallics 1999, 18 , 348). These catalysts are syndiotactic It has been reported to be active in syndiotactic polystyrene polymerization. Similar compounds have also been reported by Hessen et al. ( Organometallics 1998, 17 , 1652). The compound shown in 2- (c) is reported by Rau et al. And is characterized by showing activity in ethylene and ethylene / 1-hexene copolymerization at high temperature and pressure (210 ° C., 150 MPa) ( J. Organomet. Chem. 2000, 608 , 71). In addition, patent 2- (d) having a similar structure and high temperature and high pressure polymerization using the same have been patented by Sumitomo (US Patent 6,548,686).
그러나 이러한 모든 시도들 중에서 실제로 상업 공장에 적용되고 있는 촉매들은 몇몇에 불과한 수준이다.Of all these attempts, however, only a few catalysts are actually used in commercial plants.
또한 금속 원자는 각각의 개별적인 CGC 단위의 활성 부위이고, 이들 단위 각각은 단일 금속 원자이므로 이들 촉매는 광범위한 중합 조건 하에서 좁은 MWD(예를 들면, 2 이하)를 갖는 고분자량(예를 들면, 10,000 초과의 중량 평균 분자량)의 올레핀 중합체를 매우 효율적인 방법으로 제조하는 경향이 있다. CGC는 에틸렌 단독중합체, 에틸렌과 하나 이상의 알파-올레핀의 공중합체(즉, 제 1 탄소와 제 2 탄소 사이에서 에틸렌계 불포화를 갖는 탄소수 3 이상의 올레핀), 및 에틸렌, 프로필렌 및 디엔 단량체의 인터 폴리머(예를 들면, EPDM 삼원공중합체)의 형성에 특히 유용하다.In addition, the metal atoms are the active sites of each individual CGC unit, and each of these units is a single metal atom so that these catalysts have a high molecular weight (e.g., greater than 10,000) with a narrow MWD (e.g., 2 or less) under a wide range of polymerization conditions. It is a tendency to produce the olefin polymer of the weight average molecular weight of the polymer) by a very efficient method. CGCs are ethylene homopolymers, copolymers of ethylene and one or more alpha-olefins (ie, olefins having 3 or more carbon atoms having ethylenic unsaturation between the first carbon and the second carbon), and interpolymers of ethylene, propylene, and diene monomers ( For example, EPDM terpolymers).
좁은 분자량분포(Molecular Weight Distribution: MWD)가 특정 용도, 예를 들면 필름의 투명도를 위해 에틸렌계 중합체에 유용한 특성을 부여할 수 있지만, 넓은 분자량분포(예를 들면, 2초과)의 에틸렌계 중합체는 일반적으로 좁은 분자량 분포의 에틸렌계 중합체보다 더 효율적으로 가공되고, 더 양호한 물성, 예를 들면 사출 성형 또는 압출 제품(예를 들면 가스켓, 와이어 및 케이블 피복물)과 같은 용도에 적합한 온도 성능을 갖는다. CGC를 이용한 넓은 분자량분포의 에틸렌계 중합체 또는 중합체 블렌드를 제조하기 위한 여러 공정이 공지되어 있으나 모든 공정에는 개선 이 요구된다.While narrow molecular weight distribution (MWD) can impart useful properties to ethylene-based polymers for certain applications, for example, film transparency, ethylene-based polymers with a wide molecular weight distribution (eg, greater than 2) It is generally processed more efficiently than ethylene-based polymers of narrow molecular weight distribution and has better physical properties, for example temperature performance suitable for applications such as injection molded or extruded articles (eg gaskets, wire and cable coatings). Several processes are known for producing a wide range of molecular weight ethylene-based polymers or polymer blends using CGC, but all processes require improvement.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 메탈로센 촉매의 존재 하에서 넓은 분자량 분포를 가지면서 낮은 밀도, 높은 용융점을 갖는 폴리올레핀 중합체의 제조방법을 제공한다.The present invention is to solve the problems of the prior art as described above, to provide a method for producing a polyolefin polymer having a low density, high melting point while having a wide molecular weight distribution in the presence of a metallocene catalyst.
본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 하기 화학식 1로 표시되는 CGC; 하기 화학식 2 내지 4로 표시되는 조촉매; 및 사슬 전달제를 포함하는 촉매 조성물의 존재 하에서, 올레핀 단량체를 중합하여 폴리올레핀을 얻는 단계를 포함하는 폴리올레핀의 제조방법을 제공한다.The present invention is a means for solving the above problems, CGC represented by the following formula (1); A promoter represented by the following Chemical Formulas 2 to 4; And polymerizing the olefin monomer in the presence of a catalyst composition comprising a chain transfer agent to obtain a polyolefin.
[화학식 2][Formula 2]
상기 R5는 할로겐기, 탄소수 1 내지 20의 하이드로카빌기 또는 할로겐 치환된 탄소수 1 내지 20의 하이드로카빌기로, 반복단위 안에서 서로 같거나 다를 수 있고, 상기 a 는 2 이상의 정수이다.R 5 is a halogen group, a hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms, or a halogen substituted hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms, which may be the same as or different from each other in a repeating unit, and a is an integer of 2 or more.
상기 J는 알루미늄 또는 보론이고, R5는 할로겐기, 탄소수 1 내지 20의 하이드로카빌기 또는 할로겐 치환된 탄소수 1 내지 20의 하이드로카빌기로, 3 개가 같거나 서로 다를 수 있다.J is aluminum or boron, R 5 is a halogen group, a hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms or a halogen-substituted hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms, three may be the same or different.
상기 식에서, L 은 중성 또는 양이온성 루이스 산이고, H는 수소 원자이며, Z가 13족 원소이고, A는 4 개가 각각 독립적으로 1 이상의 수소가 할로겐, 탄소수 1 내지 20의 하이드로카빌기, 알콕시기 또는 페녹시기로 치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴 또는 알칼기이다.In the above formula, L is a neutral or cationic Lewis acid, H is a hydrogen atom, Z is a Group 13 element, and each of A is independently one or more hydrogen is a halogen, a hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkoxy group Or an aryl or alkali group having 6 to 20 carbon atoms substituted with a phenoxy group.
본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 제조방법에 의하여 제조된 폴리올레핀을 제공한다.The present invention provides another polyolefin prepared by the production method according to the present invention as another means for solving the above problems.
상기 폴리올레핀은 평균분자량 분포가 10 내지 14인 것이 바람직하고, 밀도 가 0.89 내지 0.91 인 것이 바람직하며, 용융점(Tm)은 110 내지 125 ℃인 것이 바람직하다.The polyolefin preferably has an average molecular weight distribution of 10 to 14, a density of 0.89 to 0.91, and preferably a melting point (T m ) of 110 to 125 ° C.
본 발명에 따라 제조된 폴리올레핀은 특정의 화학식으로 표시되는 CGC; 특정의 화학식으로 표시되는 조촉매; 및 사슬 전달제를 포함하는 촉매 조성물의 존재 하에서 중합되어, 넓은 분자량 분포를 가지면서, 낮은 밀도 및 높은 용융점을 갖는다. 이에 따라 좁은 분자량 분포를 갖는 중합체보다 더 효율적으로 가공되고, 사출 또는 압출 성형 등에 있어 양호한 물성을 갖게 되어 가스켓, 와이어 및 케이블 피복물 등과 같은 용도로 사용될 수 있다.Polyolefins prepared according to the invention include CGCs represented by certain formulas; Cocatalyst represented by a specific chemical formula; And polymerized in the presence of a catalyst composition comprising a chain transfer agent, having a broad molecular weight distribution, having a low density and a high melting point. Accordingly, the polymer is processed more efficiently than the polymer having a narrow molecular weight distribution, and has good physical properties in injection molding or extrusion molding, and thus may be used for applications such as gaskets, wire and cable coatings, and the like.
본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 CGC(constrained geometry catalyst); 하기 화학식 2 내지 4로 표시되는 조촉매; 및 사슬 전달제를 포함하는 촉매 조성물의 존재 하에서, 올레핀 단량체를 중합하여 폴리올레핀을 얻는 단계를 포함하는 폴리올레핀의 제조방법에 관한 것이다.The present invention is a CGC (constrained geometry catalyst) represented by the formula (1); A promoter represented by the following Chemical Formulas 2 to 4; And polymerizing an olefin monomer in the presence of a catalyst composition comprising a chain transfer agent to obtain a polyolefin.
[화학식 2][Formula 2]
상기 R5는 할로겐기, 탄소수 1 내지 20의 하이드로카빌기 또는 할로겐 치환된 탄소수 1 내지 20의 하이드로카빌기로, 반복단위 안에서 서로 같거나 다를 수 있고, 상기 a 는 2 이상의 정수이다.R 5 is a halogen group, a hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms, or a halogen substituted hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms, which may be the same as or different from each other in a repeating unit, and a is an integer of 2 or more.
[화학식 3](3)
J(R5)3 J (R 5 ) 3
상기 J는 알루미늄 또는 보론이고, R5는 할로겐기, 탄소수 1 내지 20의 하이드로카빌기 또는 할로겐 치환된 탄소수 1 내지 20의 하이드로카빌기로, 3 개가 같거나 서로 다를 수 있다.J is aluminum or boron, R 5 is a halogen group, a hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms or a halogen-substituted hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms, three may be the same or different.
[화학식 4][Formula 4]
[L-H]+[ZA4]- 또는 [L]+[ZA4]- [LH] + [ZA 4 ] - or [L] + [ZA 4 ] -
상기 식에서, L 은 중성 또는 양이온성 루이스 산이고, H는 수소 원자이며, Z가 13족 원소이고, A는 4 개가 각각 독립적으로 1 이상의 수소가 할로겐, 탄소수 1 내지 20의 하이드로카빌기, 알콕시기 또는 페녹시기로 치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴 또는 알칼기이다.In the above formula, L is a neutral or cationic Lewis acid, H is a hydrogen atom, Z is a Group 13 element, and each of A is independently one or more hydrogen is a halogen, a hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkoxy group Or an aryl or alkali group having 6 to 20 carbon atoms substituted with a phenoxy group.
본 발명에 따른 폴리올레핀의 제조는 하기 화학식 1로 표시되는 CGC; 하기 화학식 2 내지 4로 표시되는 조촉매; 및 사슬 전달제를 포함하는 촉매 조성물의 존재 하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 것으로, 이하, 촉매 조성물의 구성 성분을 보다 구체적으로 설명한다.Preparation of the polyolefin according to the present invention is CGC represented by the formula (1); A promoter represented by the following Chemical Formulas 2 to 4; And it is characterized in that it is carried out in the presence of a catalyst composition comprising a chain transfer agent, the components of the catalyst composition will be described in more detail below.
상기 촉매 조성물은 주촉매로써, 하기 화학식 1로 표시되는 CGC(constrained geometry catalyst)를 포함한다.The catalyst composition includes a constrained geometry catalyst (CGC) represented by Chemical Formula 1 as a main catalyst.
일반적으로 메탈로센 착물을 합성하는 가장 간단한 방법은 Cp 리간 드(cyclopentadienyl: C5H5)를 탈양성자화시킨 후 금속 염(Li, Na, K, Ti, Mg, MgCl 등)을 생성하고, MCl4, ZrCl4(THF)2 또는 TiCl3(THF)3와 반응시키는 것이다. In general, the simplest way to synthesize metallocene complexes is to deprotonate Cp ligands (cyclopentadienyl: C 5 H 5 ) to produce metal salts (Li, Na, K, Ti, Mg, MgCl, etc.), React with MCl 4 , ZrCl 4 (THF) 2 or TiCl 3 (THF) 3 .
상기 화학식 1로 표시되는 CGC는 NaC5H5와 과량의 SiMe2Cl2를 치환 반응시켜 (C5H5)SiMe2Cl를 얻고, 이를 t-BuNH2와 치환 반응을 시켜서 (C5H5)SiMe2(N(H)-t-Bu)를 얻은 후, 마지막으로 TiCl4와 반응시켜 제조할 수 있다.CGC represented by Chemical Formula 1 may be substituted with NaC 5 H 5 and an excess of SiMe 2 Cl 2 to obtain (C 5 H 5 ) SiMe 2 Cl, and then substituted with t-BuNH 2 to substitute (C 5 H 5 ) SiMe 2 (N (H) -t-Bu) can be obtained and finally prepared by reacting with TiCl 4 .
상기 촉매 조성물은 주촉매인 상기 하기 화학식 1로 표시되는 CGC(constrained geometry catalyst)와 함께 하기 화학식 2 내지 4로 표시되는 조촉매를 포함한다.The catalyst composition includes a cocatalyst represented by the following Chemical Formulas 2 to 4 together with CGC (constrained geometry catalyst) represented by the following Chemical Formula 1 as a main catalyst.
[화학식 2][Formula 2]
상기 R5는 할로겐기, 탄소수 1 내지 20의 하이드로카빌기 또는 할로겐 치환된 탄소수 1 내지 20의 하이드로카빌기로, 반복단위 안에서 서로 같거나 다를 수 있고, 상기 a 는 2 이상의 정수이다.R 5 is a halogen group, a hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms, or a halogen substituted hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms, which may be the same as or different from each other in a repeating unit, and a is an integer of 2 or more.
상기 화학식 2로 표시되는 조촉매는, 일례로 MAO(Methylalumoxane) 등일 수 있다.The promoter represented by Chemical Formula 2 may be, for example, methylalumoxane (MAO).
[화학식 3](3)
J(R5)3 J (R 5 ) 3
상기 J는 알루미늄 또는 보론이고, R5는 할로겐기, 탄소수 1 내지 20의 하이드로카빌기 또는 할로겐 치환된 탄소수 1 내지 20의 하이드로카빌기로, 3 개가 같거나 서로 다를 수 있다.J is aluminum or boron, R 5 is a halogen group, a hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms or a halogen-substituted hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms, three may be the same or different.
[화학식 4] [Formula 4]
[L-H]+[ZA4]- 또는 [L]+[ZA4]- [LH] + [ZA 4 ] - or [L] + [ZA 4 ] -
상기 식에서, L 은 중성 또는 양이온성 루이스 산이고, H는 수소 원자이며, Z가 13족 원소이고, A는 4 개가 각각 독립적으로 1 이상의 수소가 할로겐, 탄소수 1 내지 20의 하이드로카빌기, 알콕시기 또는 페녹시기로 치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴 또는 알칼기이다.In the above formula, L is a neutral or cationic Lewis acid, H is a hydrogen atom, Z is a Group 13 element, and each of A is independently one or more hydrogen is a halogen, a hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkoxy group Or an aryl or alkali group having 6 to 20 carbon atoms substituted with a phenoxy group.
보다 구체적으로, 상기 화학식 4로 표시되는 조촉매는 트리메틸암모늄 테트라키스(펜타플로로페닐)보레이트, 트리에틸암모늄 테트라키스(펜타플로로페닐)보레이트, 트리프로필암모늄 테트라키스(펜타플로로페닐)보레이트, 및 트리틸테트라키스(펜타플로로페닐)보레이트 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 붕소 화합물인 것이 바람직하고, 트리틸테트라키스(펜타플로로페닐) 보레이트인 것이 보다 바람직하다.More specifically, the cocatalyst represented by Chemical Formula 4 may be trimethylammonium tetrakis (pentafluorophenyl) borate, triethylammonium tetrakis (pentafluorophenyl) borate, tripropylammonium tetrakis (pentafluorophenyl) borate , And trityl tetrakis (pentafluorophenyl) borate It is preferable that it is one or more boron compounds chosen from the group which consists of etc., and it is more preferable that it is trityl tetrakis (pentafluorophenyl) borate.
상기 조촉매의 함량은 CGC에 대하여 1 내지 20 몰비인 것이 바람직하고, 5 내지 10 몰비인 것이 보다 바람직하다. 상기 함량이 1 몰비 미만이면 촉매 활성이 저하될 우려가 있고, 20 몰비를 초과하는 경우 저분자량의 폴리올레핀을 수득할 우 려가 있다.It is preferable that it is 1-20 molar ratio with respect to CGC, and, as for the content of the said promoter, it is more preferable that it is 5-10 molar ratio. If the content is less than 1 molar ratio, there is a fear that the catalytic activity is lowered, and if it exceeds 20 molar ratio, there is a concern that a low molecular weight polyolefin is obtained.
상기 촉매 조성물은 상기 주촉매 및 조촉매와 함께 사슬 전달제를 포함한다. 사슬 전달제(Chain Transfer Agent)는 중합체 사슬 성장의 종결을 일으키고, 전달제로써 성장 중합체를 한번에 전달시킨다.The catalyst composition comprises a chain transfer agent together with the main catalyst and the promoter. Chain Transfer Agents lead to the termination of polymer chain growth and deliver the growth polymer at once as a transfer agent.
상기 사슬 전달제는 탄소수 1 내지 20의 선형 또는 분지형 알킬기를 함유하는 1, 2, 12 또는 13족 금속 화합물인 것이 바람직하다. 탄소수 1 내지 12 개의 알킬기로 치환된 알루미늄, 갈륨, 또는 아연 화합물인 것이 바람직하고, 탄소수 2 내지 8의 알킬기로 치환된 트리알킬 알루미늄 또는 디알킬 아연 화합물이 보다 바람직하며, 트리에틸알루미늄, 트리(i-프로필)알루미늄, 트리(i-부틸)알루미늄, 트리(n-헥실)알루미늄, 트리(n-옥틸)알루미늄, 트리에틸갈륨, 또는 디에틸아연인 것이 가장 바람직하다.The chain transfer agent is preferably a Group 1, 2, 12 or 13 metal compound containing a linear or branched alkyl group having 1 to 20 carbon atoms. It is preferably an aluminum, gallium, or zinc compound substituted with an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, more preferably a trialkyl aluminum or dialkyl zinc compound substituted with an alkyl group having 2 to 8 carbon atoms, triethylaluminum, tri (i Most preferred is -propyl) aluminum, tri (i-butyl) aluminum, tri (n-hexyl) aluminum, tri (n-octyl) aluminum, triethylgallium, or diethylzinc.
상기 사슬 전달제의 함량은 CGC에 대하여 10 내지 50 몰비인 것이 바람직하고, 15 내지 30 몰비인 것이 보다 바람직하다. 상기 함량이 10 몰비 미만이면 좁은 분자량 분포를 가질 우려가 있고, 50 몰비를 초과하면 촉매 활성이 저하될 우려가 있다.The content of the chain transfer agent is preferably 10 to 50 molar ratio, more preferably 15 to 30 molar ratio with respect to CGC. If the content is less than 10 molar ratios, there is a fear that it has a narrow molecular weight distribution, if it exceeds 50 molar ratios there is a fear that the catalytic activity is lowered.
상기 촉매 조성물의 존재 하에서 중합되는 올레핀 단량체는 제 1 단량체로 에틸렌 및 제 2 단량체로 에틸렌이 아닌 올레핀을 포함하는 것이 바람직하다.The olefin monomer polymerized in the presence of the catalyst composition preferably comprises ethylene as the first monomer and olefin other than ethylene as the second monomer.
상기 에틸렌은 중합시 1 내지 10 bar로 반응기에 투입될 수 있다.The ethylene may be introduced into the reactor at 1 to 10 bar during the polymerization.
상기 제 2 단량체는 공단량체로써, 1-부텐, 1-펜텐, 3-메틸-1-부텐, 1-헥센, 4-메틸-1-펜텐, 3-메틸-1-펜텐, 1-옥텐, 1-데센, 1-도데센, 1-테트라데센, 1-헥사데센, 1-옥타데센 또는 1-에이코센 같은 탄소수 4 내지 20의 직쇄 또는 분지쇄 알파-올레핀; 시클로펜텐, 시클로헵텐, 노르보르넨, 5-메틸-2-노르보르넨, 테트라시클로도데센 또는 2-메틸-1,4,5,8-디메타노-1,2,3,4,4a,5,8,8a-옥타히드로나프탈렌 같은 탄소수 3 내지 20의 시클로올레핀; 부타디엔, 이소프렌, 4-메틸-1,3-펜타디엔, 1,3-펜타디엔, 1,4-펜타디엔, 1,5-헥사디엔, 1,4-헥사디엔, 1,3-헥사디엔, 1,3-옥타디엔, 1,4-옥타디엔, 1,5-옥타디엔, 1,6-옥타디엔, 1,7-옥타디엔, 에틸리덴 노르보르넨, 비닐 노르보르넨, 디시클로펜타디엔, 7-메틸-1,6-옥타디엔, 4-에틸리덴-8-메틸-1,7-노나디엔 또는 5,9-디메틸-1,4,8-데카트리엔 같은 폴리엔-올레핀 등이 있으며, 본 발명에서는 이들로부터 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 공단량체를 포함할 수 있다.The second monomer is a comonomer, 1-butene, 1-pentene, 3-methyl-1-butene, 1-hexene, 4-methyl-1-pentene, 3-methyl-1-pentene, 1-octene, 1 Straight or branched chain alpha-olefins having 4 to 20 carbon atoms, such as -decene, 1-dodecene, 1-tetradecene, 1-hexadecene, 1-octadecene or 1-eicosene; Cyclopentene, cycloheptene, norbornene, 5-methyl-2-norbornene, tetracyclododecene or 2-methyl-1,4,5,8-dimethano-1,2,3,4,4a Cycloolefins having 3 to 20 carbon atoms such as 5,8,8a-octahydronaphthalene; Butadiene, isoprene, 4-methyl-1,3-pentadiene, 1,3-pentadiene, 1,4-pentadiene, 1,5-hexadiene, 1,4-hexadiene, 1,3-hexadiene, 1,3-octadiene, 1,4-octadiene, 1,5-octadiene, 1,6-octadiene, 1,7-octadiene, ethylidene norbornene, vinyl norbornene, dicyclopentadiene , Polyene-olefins such as 7-methyl-1,6-octadiene, 4-ethylidene-8-methyl-1,7-nonadiene or 5,9-dimethyl-1,4,8-decatene In the present invention, it may include one or more comonomers selected from the group consisting of them.
상기 제 2 단량체는 0.1 내지 2 몰농도의 양으로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 함량이 0.1 몰농도 미만이면 높은 밀도를 갖는 고분자를 얻을 우려가 있고, 2 몰농도를 초과하면 낮은 밀도 및 낮은 용융점을 갖는 고분자를 얻을 우려가 있다.The second monomer is preferably included in an amount of 0.1 to 2 molar concentration. If the content is less than 0.1 molar concentration, there is a fear of obtaining a polymer having a high density, and if the content exceeds 2 molar concentration, there is a fear of obtaining a polymer having a low density and a low melting point.
참고적으로 상기 제 2 단량체의 몰농도는 제2 단량체가 용해되어 있는 용매 1 L에 대한 제 2 단량체의 몰수이다.For reference, the molarity of the second monomer is the number of moles of the second monomer with respect to 1 L of the solvent in which the second monomer is dissolved.
또한 상기 촉매 조성물의 존재 하에서의 올레핀 단량체의 중합 반응은 통상의 메탈로센 촉매를 이용하는 올레핀의 중합방법과 동일하게 진행된다.In addition, the polymerization reaction of the olefin monomer in the presence of the catalyst composition proceeds in the same manner as the polymerization method of olefin using a conventional metallocene catalyst.
상기 중합 반응에 사용될 수 있는 용매는 통상 폴리올레핀 중합에 사용될 수 있는 용매인 경우 특별히 제한되지 않고, 구체적인 일례로 톨루엔, 헥산 등일 수 있다.The solvent that can be used for the polymerization reaction is not particularly limited in the case of a solvent that can be used for polyolefin polymerization, and may be toluene, hexane, or the like as a specific example.
특히, 본 발명의 올레핀 단량체의 중합 반응은 실질적으로 산소와 물의 부재 하에서 수행되는 것이 바람직하다.In particular, the polymerization reaction of the olefin monomer of the present invention is preferably carried out substantially in the absence of oxygen and water.
보다 구체적으로, 상기 중합반응은 60 내지 110 ℃에서 수행되는 것이 바람직하고, 1 내지 10 압력(bar)에서 수행되는 것이 바람직하다.More specifically, the polymerization is preferably carried out at 60 to 110 ℃, it is preferably carried out at 1 to 10 pressure (bar).
본 발명은 또한The present invention also
본 발명에 따른 폴리올레핀의 제조방법에 의하여 제조된 폴리올레핀에 관한 것이다. 본 발명에 따른 폴리올레핀의 제조방법에 의하여 제조된 폴리올레핀은 넓은 분자량 분포를 가지면서, 낮은 밀도 및 높은 용융점을 갖는 것을 특징으로 한다. 이에 따라 좁은 분자량 분포를 갖는 중합체보다 더 효율적으로 가공되고, 사출 또는 압출 성형 등에 있어 양호한 물성을 갖게 되어 가스켓, 와이어 및 케이블 피복물 등과 같은 용도로 사용될 수 있다.It relates to a polyolefin produced by the method for producing a polyolefin according to the present invention. The polyolefin produced by the method for producing a polyolefin according to the present invention is characterized by having a low molecular weight and a high melting point while having a wide molecular weight distribution. Accordingly, the polymer is processed more efficiently than the polymer having a narrow molecular weight distribution, and has good physical properties in injection molding or extrusion molding, and thus may be used for applications such as gaskets, wire and cable coatings, and the like.
보다 구체적으로 본 발명에 따른 폴리올레핀은 평균분자량분포가 10 내지 14인 것이 바람직하다. 또한 상기 폴리올레핀의 밀도는 0.89 내지 0.91(g/cm3)인 것이 바람직하고, 용융점(Tm)은 110 내지 125 ℃인 것이 바람직하다.More specifically, the polyolefin according to the present invention preferably has an average molecular weight distribution of 10 to 14. In addition, the density of the polyolefin is preferably 0.89 to 0.91 (g / cm 3 ), the melting point (T m ) is preferably 110 to 125 ℃.
실시예 1: 에틸렌, 1-옥텐 공중합 Example 1 Ethylene, 1-Octene Copolymerization
500 ml Andrews Glass 반응기에 톨루엔 100 ml 용매와 1-옥텐 4.05 ml를 가한 후, 반응기를 90 ℃로 예열한다. 실린지를 이용하여 하기 화학식 1로 표시되는 CGC (5 μmol), 트리틸테트라키스(펜타플로로페닐)보레이트 (25 μmol) 조촉매, 그리고 다이에틸징크 (125 μmol)을 차례로 채운다. 이 때, 에틸렌 압력 (3 bar)을 가하고 공중합 반응을 10 분간 진행 후, 남은 에틸렌을 빼내고, 고분자 용액을 과량의 메탄올을 가하여 침전을 한다. 얻어진 고분자를 60 ℃ 진공 오븐에서 24 시간 이상 건조한다.100 ml of toluene and 4.05 ml of 1-octene are added to a 500 ml Andrews Glass reactor and the reactor is preheated to 90 ° C. Using a syringe, CGC (5 μmol), trityl tetrakis (pentafluorophenyl) borate (25 μmol) cocatalyst represented by the following Chemical Formula 1, and diethyl zinc (125 μmol) are sequentially filled. At this time, ethylene pressure (3 bar) was added, the copolymerization reaction was carried out for 10 minutes, the remaining ethylene was removed, and the polymer solution was precipitated by adding excess methanol. The obtained polymer is dried in a vacuum oven at 60 ° C. for at least 24 hours.
실시예 2Example 2
재현성 확인을 위해 상기 실시예 1 과 동일한 방법으로 중합체를 제조하였다.The polymer was prepared in the same manner as in Example 1 to confirm reproducibility.
비교예: 에틸렌, 1-옥텐 공중합 Comparative Example: Ethylene, 1-Octene Copolymerization
500 ml Andrews Glass 반응기에 톨루엔 100 ml 용매와 1-옥텐 4.05 ml를 가한 후, 반응기를 90 ℃로 예열한다. 실린지를 이용하여 상기 화학식 1로 표시되는 CGC (5 μmol), 트리틸테트라키스(펜타플로로페닐)보레이트 조촉매 (25 μmol)을 차례로 채운다. 이 때, 에틸렌 압력(3 bar)을 가하고 공중합 반응을 10 분간 진행한 후, 남은 에틸렌을 빼내고, 고분자 용액을 과량의 메탄올을 가하여 침전을 한다. 얻어진 고분자를 60 ℃ 진공 오븐에서 24 시간 이상 건조한다.100 ml of toluene and 4.05 ml of 1-octene are added to a 500 ml Andrews Glass reactor and the reactor is preheated to 90 ° C. Using a syringe, CGC (5 μmol) represented by Chemical Formula 1 and trityl tetrakis (pentafluorophenyl) borate cocatalyst (25 μmol) are sequentially filled. At this time, ethylene pressure (3 bar) was added, the copolymerization reaction was carried out for 10 minutes, the remaining ethylene was removed, and the polymer solution was precipitated by adding excess methanol. The obtained polymer is dried in a vacuum oven at 60 ° C. for at least 24 hours.
(℃)Temperature
(℃)
(bar)Ethylene
(bar)
(μmol)catalyst
(μmol)
(μmol)Co-catalyst
(μmol)
(ml)Comonomer
(ml)
(μmol)CTA
(μmol)
[시험예] [ Test Example]
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 중합체를 하기와 같은 방법으로 평가하여 그 결과를 하기 표 2에 기재하였다.The polymers prepared in Examples and Comparative Examples were evaluated in the following manners, and the results are shown in Table 2 below.
1. 분자량 분포(Polydispersity index: PDI)1.Polydispersity index (PDI)
겔 투과 크로마토 그래피(GPC: Gel Permeation Chromatography)를 이용하여 수평균 분자량(Mn), 중량평균 분자량(Mw)을 측정하여, 중량평균 분자량을 수평균 분자량으로 나누어 계산하였다.The number average molecular weight (Mn) and the weight average molecular weight (Mw) were measured by gel permeation chromatography (GPC: Gel Permeation Chromatography), and the weight average molecular weight was calculated by dividing the number average molecular weight.
2. 용융점(Tm)2. Melting Point (T m )
온도를 200℃까지 증가시킨 후, 5분 동안 그 온도에서 유지하고, 그 다음 30℃까지 내리고, 다시 온도를 증가시켜 DSC(Differential Scanning Calorimeter, TA 사 제조)곡선의 꼭대기를 용융점으로 하였다. 이 때, 온도의 상승과 내림의 속도는 10℃/min 이고, 용융점은 두 번째 온도가 상승하는 동안 얻어진다.After the temperature was increased to 200 ° C., it was kept at that temperature for 5 minutes, then lowered to 30 ° C., and the temperature was further increased to make the top of the DSC (Differential Scanning Calorimeter, TA) curve as the melting point. At this time, the rate of temperature rise and fall is 10 ° C./min, and a melting point is obtained while the second temperature is rising.
3. 밀도(Density)3. Density
산화 방지제(1,000 ppm)로 처리된 샘플을 180℃의 프레스 몰드(Press Mold)로 두께 3mm, 반지름 2cm의 시트를 제작하고 10℃/min으로 냉각하여 매틀러(Mettler) 저울에서 측정하였다.Samples treated with antioxidants (1,000 ppm) were prepared in a press mold at 180 ° C., 3 mm thick, 2 cm in diameter, cooled to 10 ° C./min and measured on a Mettler balance.
상기 표 2를 참조하면, 실시예 1 및 2에서 제조한 에틸렌 및 1-옥텐 공중합체는 비교예에서 제조한 공중합체에 비하여 산출량은 작으나, 넓은 분자량 분포를 가지면서, 낮은 밀도 및 높은 용융점을 갖는다.Referring to Table 2, the ethylene and 1-octene copolymers prepared in Examples 1 and 2 have a smaller yield than the copolymers prepared in Comparative Example, but have a low molecular weight and a high melting point while having a wide molecular weight distribution. .
도 1은 DSC(Differential scanning calorimeter)에 의해 측정된 실시예 2에 따라 제조된 중합체의 열분석 결과이다.1 is a thermal analysis result of a polymer prepared according to Example 2 measured by differential scanning calorimeter (DSC).
도 2는 실시예 2에 따라 제조된 중합체의 분자량 분포를 나타낸다.2 shows the molecular weight distribution of the polymer prepared according to Example 2. FIG.
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