JP6711906B2 - 混成担持メタロセン触媒およびこれを利用したポリオレフィンの製造方法 - Google Patents

混成担持メタロセン触媒およびこれを利用したポリオレフィンの製造方法 Download PDF

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Description

関連出願の相互参照
本出願は、2016年2月24日付韓国特許出願第10−2016−0022079号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は本明細書の一部として組み込まれる。
本発明は、混成担持メタロセン触媒およびこれを利用したポリオレフィンの製造方法に関する。
工業的にオレフィンからポリオレフィンを製造する方法としては溶液重合工程、スラリー重合工程および気相重合工程などが知られている。そのうち溶液重合工程は、液状に高分子が溶融されている状態で重合が行われるものであり、スラリー重合工程は、液体状の重合媒質に生成された高分子が固体状態に分散しているものであり、気相重合工程は、気体状の重合媒質に生成された高分子が流動化状態に分散しているものである。
このうち、不均一系触媒を利用したスラリー重合で発生する工程上の最も大きい問題は、ワックスの大量生成であるが、工程で発生する工程の不安定性に寄与するだけでなく、製品特性に悪影響を与えるようになる。特に、長期物性が要求されるパイプの耐圧特性低下、食品容器および包装材質のTVOC問題などがその例といえる。
したがって、スラリー重合を通じたポリオレフィンの製造時、工程上発生するワックスを低減させることができ、製造されるポリオレフィンの耐応力亀裂性(Full Notch Creep Test、FNCT)も向上させることができるメタロセン触媒を製造して所望の物性のポリオレフィンを製造する方法に対する要求が続いている。
前記従来技術の問題を解決するために、本発明の目的は、スラリー重合時に発生するワックスを低減させることができ、製造されるポリオレフィンの耐応力亀裂性を向上させることができる混成担持メタロセン触媒とこれを利用したポリオレフィンの製造方法を提供することにある。
本発明は、下記化学式1で表される第1メタロセン化合物1種以上;下記化学式3で表される第2メタロセン化合物1種以上;下記化学式4で表される第3メタロセン化合物1種以上;助触媒化合物;および担体を含む混成担持メタロセン触媒を提供する。
また、本発明は、前記混成担持メタロセン触媒の存在下に、オレフィン単量体を重合反応させる段階を含むポリオレフィンの製造方法を提供する。
以下、発明の具体的な実施形態による混成担持メタロセン触媒およびこれを利用したポリオレフィンの製造方法についてより詳細に説明する。
発明の一実施形態によれば、下記化学式1で表される第1メタロセン化合物1種以上;下記化学式3で表される第2メタロセン化合物1種以上;下記化学式4で表される第3メタロセン化合物1種以上;助触媒化合物;および担体を含む混成担持メタロセン触媒が提供され得る。
前記化学式1で、
Aは、水素、ハロゲン、C1乃至C20のアルキル基、C2乃至C20のアルケニル基、C6乃至C20のアリール基、C7乃至C20のアルキルアリール基、C7乃至C20のアリールアルキル基、C1乃至C20のアルコキシ基、C2乃至C20のアルコキシアルキル基、C3乃至C20のヘテロシクロアルキル基、またはC5乃至C20のヘテロアリール基であり;
Dは、−O−、−S−、−N(R)−または−Si(R)(R')−であり、ここでRおよびR'は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、C1乃至C20のアルキル基、C2乃至C20のアルケニル基、またはC6乃至C20のアリール基であり;
Lは、C1乃至C10の直鎖または分枝鎖アルキレン基であり;
Bは、炭素、シリコンまたはゲルマニウムであり;
Qは、水素、ハロゲン、C1乃至C20のアルキル基、C2乃至C20のアルケニル基、C6乃至C20のアリール基、C7乃至C20のアルキルアリール基、またはC7乃至C20のアリールアルキル基であり;
Mは、4族遷移金属であり;
1およびX2は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、ハロゲン、C1乃至C20のアルキル基、C2乃至C20のアルケニル基、C6乃至C20のアリール基、ニトロ基、アミド基、C1乃至C20のアルキルシリル基、C1乃至C20のアルコキシ基、またはC1乃至C20のスルホネート基であり;
1およびC2は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、下記化学式2a、化学式2bまたは下記化学式2cのうちの一つで表され、ただし、C1およびC2が同時に化学式2cである場合は除き;
前記化学式2a、2bおよび2cで、R1乃至R17およびR1'乃至R9'は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、C1乃至C20のアルキル基、C2乃至C20のアルケニル基、C1乃至C20のアルキルシリル基、C1乃至C20のシリルアルキル基、C1乃至C20のアルコキシシリル基、C1乃至C20のアルコキシ基、C6乃至C20のアリール基、C7乃至C20のアルキルアリール基、またはC7乃至C20のアリールアルキル基であり、前記R10乃至R17のうちの互いに隣接する2つ以上が互いに連結されて置換もしくは非置換の脂肪族または芳香族環を形成することができ;
前記化学式3で、
1は、4族遷移金属であり;
Cp1およびCp2は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、シクロペンタジエニル、インデニル、4,5,6,7−テトラヒドロ−1−インデニル、およびフルオレニルラジカルからなる群より選択されたいずれか一つであり、これらは炭素数1乃至20の炭化水素で置換されてもよく;
aおよびRbは、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素、C1乃至C20のアルキル、C1乃至C10のアルコキシ、C2乃至C20のアルコキシアルキル、C6乃至C20のアリール、C6乃至C10のアリールオキシ、C2乃至C20のアルケニル、C7乃至C40のアルキルアリール、C7乃至C40のアリールアルキル、C8乃至C40のアリールアルケニル、またはC2乃至C10のアルキニルであり;
1は、ハロゲン原子、C1乃至C20のアルキル、C2乃至C10のアルケニル、C7乃至C40のアルキルアリール、C7乃至C40のアリールアルキル、C6乃至C20のアリール、置換もしくは非置換のC1乃至C20のアルキリデン、置換もしくは非置換のアミノ基、C2乃至C20のアルキルアルコキシ、またはC7乃至C40のアリールアルコキシであり;
nは、1または0であり;
前記化学式4で、
2は、4族遷移金属であり;
Bは、炭素、シリコンまたはゲルマニウムであり;
1およびQ2は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素、C1乃至C20のアルキル基、または炭素数1乃至20のアルコキシで置換された炭素数1乃至20のアルキル基であり;
3およびX4は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、ハロゲン、C1乃至C20のアルキル基、C2乃至C20のアルケニル基、C6乃至C20のアリール基、ニトロ基、アミド基、C1乃至C20のアルキルシリル基、C1乃至C20のアルコキシ基、またはC1乃至C20のスルホネート基であり;
3およびC4は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、下記化学式4a、または下記化学式4bのうちの一つで表され、
前記化学式4aおよび4bで、R18乃至R27は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素、C1乃至C20のアルキル基、NまたはOのヘテロ原子を含むC3乃至C20のシクロアルキル基、C6乃至C20のアリール基、または炭素数1乃至20のアルコキシで置換された炭素数1乃至20のアルキル基であり、
前記Q1、Q2、およびR18乃至R27のうちの少なくとも一つ以上は、炭素数1乃至20のアルコキシで置換された炭素数1乃至20のアルキル基である。
本発明による混成担持メタロセン触媒において、前記化学式1、3、および4の置換基をより具体的に説明すれば以下の通りである。
前記C1乃至C20のアルキル基としては、直鎖または分枝鎖のアルキル基を含み、具体的にメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基などが挙げられるが、これのみに限定されない。
前記C2乃至C20のアルケニル基としては、直鎖または分枝鎖のアルケニル基を含み、具体的にアリル基、エテニル基、プロフェニル基、ブテニル基、ペンテニル基などが挙げられるが、これのみに限定されない。
前記C6乃至C20のアリール基としては、単環または縮合環のアリール基を含み、具体的にフェニル基、ビフェニル基、ナフチル基、フェナントレニル基、フルオレニル基などが挙げられるが、これのみに限定されない。
前記C5乃至C20のヘテロアリール基としては、単環または縮合環のヘテロアリール基を含み、カルバゾリル基、ピリジル基、キノリン基、イソキノリン基、チオフェニル基、フラニル基、イミダゾール基、オキサゾリル基、チアゾリル基、トリアジン基、テトラヒドロピラニル基、テトラヒドロフラニル基などが挙げられるが、これのみに限定されない。
前記C1乃至C20のアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、フェニルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基などが挙げられるが、これのみに限定されない。
前記4族遷移金属としては、チタニウム、ジルコニウム、ハフニウムなどが挙げられるが、これのみに限定されない。
本発明による混成担持メタロセン触媒において、前記化学式2a、2bおよび2cのR1乃至R17およびR1'乃至R9'は、それぞれ独立して、水素、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、フェニル基、ハロゲン基、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、トリプロピルシリル基、トリブチルシリル基、トリイソプロピルシリル基、トリメチルシリルメチル基、メトキシ基、またはエトキシ基であることがより好ましいが、これのみに限定されない。
前記化学式1のLは、C4乃至C8の直鎖または分枝鎖アルキレン基であることがより好ましいが、これのみに限定されない。また、前記アルキレン基は、C1乃至C20のアルキル基、C2乃至C20のアルケニル基、またはC6乃至C20のアリール基で置換もしくは非置換されてもよい。
また、前記化学式1のAは、水素、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、tert−ブチル基、メトキシメチル基、tert−ブトキシメチル基、1−エトキシエチル基、1−メチル−1−メトキシエチル基、テトラヒドロピラニル基、またはテトラヒドロフラニル基であることが好ましいが、これのみに限定されない。
また、前記化学式1のBは、シリコンであることが好ましいが、これのみに限定されない。
前記化学式1の第1メタロセン化合物は、インデノインドール(indeno indole)誘導体および/またはフルオレン(fluorene)誘導体がブリッジにより架橋された構造を形成し、リガンド構造にルイス塩基として作用できる非共有電子対を有することによって、担体のルイス酸特性を有する表面に担持されて担持時にも高い重合活性を示す。また電子的に豊富なインデノインドール基および/またはフルオレン基を含むことによって、活性が高く、適切な立体障害とリガンドの電子的な効果により水素反応性が低いだけでなく、水素が存在する状況でも高い活性が維持される。またインデノインドール誘導体の窒素原子が育つ高分子鎖のベータ水素(beta−hydrogen)を水素結合により安定化させてベータ水素脱離(beta−hydrogen elimination)を抑制して超高分子量のオレフィン系重合体を重合することができる。
本発明の一実施形態によれば、前記化学式2aで表される化合物の具体的な例としては、下記構造式のうちの一つで表される化合物が挙げられるが、本発明はこれのみに限定されない。
本発明の一実施形態によれば、前記化学式2bで表される化合物の具体的な例としては、下記構造式のうちの一つで表される化合物が挙げられるが、本発明はこれのみに限定されない。
本発明の一実施形態によれば、前記化学式2cで表される化合物の具体的な例としては、下記構造式のうちの一つで表される化合物が挙げられるが、本発明はこれのみに限定されない。
本発明の一実施形態によれば、前記化学式1で表される第1メタロセン化合物の具体的な例としては、下記構造式のうちの一つで表される化合物が挙げられるが、これのみに限定されない。
前記化学式1の第1メタロセン化合物は、活性に優れ、高分子量のオレフィン系重合体を重合することができる。特に、担体に担持して用いる場合にも高い重合活性を示して、超高分子量のポリオレフィン系重合体を製造することができる。
また、高分子量と同時に広い分子量分布を有するオレフィン系重合体を製造するために水素を含んで重合反応を行う場合にも、本発明による化学式1の第1メタロセン化合物は、低い水素反応性を示して依然として高い活性で超高分子量のオレフィン系重合体の重合が可能である。したがって、異なる特性を有する触媒と混成で用いる場合にも活性の低下なく高分子量の特性を満足させるオレフィン系重合体を製造することができるため、高分子のオレフィン系重合体を含むと共に、広い分子量分布を有するオレフィン系重合体を容易に製造することができる。
前記化学式1の第1メタロセン化合物は、インデノインドール誘導体および/またはフルオレン誘導体をブリッジ化合物で連結してリガンド化合物として製造した後、金属前駆体化合物を投入してメタレーション(metallation)を行うことによって収得され得る。前記第1メタロセン化合物の製造方法は、後述する実施例で具体化して説明する。
そして、前記化学式3で表される第2メタロセン化合物としては、例えば下記構造式のうちの一つで表される化合物であってもよいが、これのみに限定されない。
そして、前記化学式4で表される第3メタロセン化合物は、シクロペンタジエニル、および/またはインデニル構造を含み、炭素数1乃至20のアルコキシで置換された炭素数1乃至20のアルキル基、より好ましくはtert−ブトキシ−ヘキシル基を含む。このような第3メタロセン化合物は、重量平均分子量約10万以下の低分子量のポリオレフィンを製造することができ、前記一実施形態の混成担持メタロセン触媒のように第3メタロセン化合物を第1および第2メタロセン化合物と混成担持してオレフィン重合に用いる場合、所望のスペックの溶融指数(MI)を確保するために工程的に投入される水素量を低減させることができる。したがって、スラリー重合で発生するワックスを画期的に低減させることができると共に、過剰の水素により耐圧物性に重要な役割を果たす高分子領域が減少する影響を最小化することができるため、製造されるポリオレフィンのFNCT特性を向上させることができる。
また、前記化学式4で表される第3メタロセン化合物としては、例えば下記構造式のうちの一つで表される化合物であってもよいが、これのみに限定されない。
本発明による混成担持メタロセン触媒は、前記化学式1で表される第1メタロセン化合物の1種以上と、前記化学式3で表される第2メタロセン化合物1種以上および前記化学式4で表される第3メタロセン化合物を助触媒化合物と共に担体に混成担持したものである。
前記混成担持メタロセン触媒の化学式1で表される第1メタロセン化合物は、主に高いSCB(short chain branch)含有量を有する高分子量の共重合体を作ることに寄与し、化学式3で表される第2メタロセン化合物は、主に低いSCB含有量を有する低分子量の共重合体を作ることに寄与することができる。また、化学式4で表される第3メタロセン化合物は、第2メタロセン化合物と同等またはそれ以下の低分子量の共重合体を作ることに寄与することができる。
このように、本発明の混成担持メタロセン触媒では互いに異なる種類のメタロセン化合物を少なくとも3種以上含むことによって、分子量分布が広くてパイプ系列の製品の製造時に必要な低分子領域を十分に確保しながらも、工程上発生するワックスの発生量を減らすことに寄与してFNCT特性を向上させることができる。
本発明による混成担持メタロセン触媒において、前記メタロセン化合物を活性化するために担体に共に担持される助触媒としては、第13族金属を含む有機金属化合物であって、一般的なメタロセン触媒下にオレフィンを重合する時に使用可能なものであれば特に限定されない。
具体的に、前記助触媒化合物は、下記化学式5のアルミニウム含有第1助触媒、および下記化学式6のボレート系第2助触媒のうちの一つ以上を含むことができる。
化学式5で、R28は、それぞれ独立して、ハロゲン、ハロゲン置換もしくは非置換の炭素数1乃至20のヒドロカルビル基であり、kは、2以上の整数であり、
化学式6で、T+は、+1価の多原子イオンであり、Bは、+三酸化状態のホウ素であり、Gは、それぞれ独立して、ハイドライド基、ジアルキルアミド基、ハライド基、アルコキシド基、アリールオキシド基、ヒドロカルビル基、ハロカルビル基およびハロ置換ヒドロカルビル基からなる群より選択され、前記Gは、20個以下の炭素を有するが、ただ一つ以下の位置でGはハライド基である。
このような第1および第2助触媒の使用によって、最終製造されたポリオレフィンの分子量分布がより均一になり、重合活性が向上することができる。
前記化学式5の第1助触媒は、線形、円形または網状形で繰り返し単位が結合されたアルキルアルミノキサン系化合物が挙げられ、このような第1助触媒の具体的な例としては、メチルアルミノキサン(MAO)、エチルアルミノキサン、イソブチルアルミノキサンまたはブチルアルミノキサンなどが挙げられる。
また、前記化学式6の第2助触媒は、三置換アンモニウム塩、またはジアルキルアンモニウム塩、三置換ホスホニウム塩形態のボレート系化合物が挙げられる。このような第2助触媒の具体的な例としては、トリメチルアンモニウムテトラフェニルボレート、メチルジオクタデシルアンモニウムテトラフェニルボレート、トリエチルアンモニウムテトラフェニルボレート、トリプロピルアンモニウムテトラフェニルボレート、トリ(n−ブチル)アンモニウムテトラフェニルボレート、メチルテトラデシクロオクタデシルアンモニウムテトラフェニルボレート、N,N−ジメチルアニリニウムテトラフェニルボレート、N,N−ジエチルアニリニウムテトラフェニルボレート、N,N−ジメチル(2,4,6−トリメチルアニリニウム)テトラフェニルボレート、トリメチルアンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、メチルジテトラデシルアンモニウムテトラキス(ペンタフェニル)ボレート、メチルジオクタデシルアンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、トリエチルアンモニウム、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、トリプロピルアンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、トリ(n−ブチル)アンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、トリ(第2級−ブチル)アンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、N,N−ジメチルアニリニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、N,N−ジエチルアニリニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、N,N−ジメチル(2,4,6−トリメチルアニリニウム)テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、トリメチルアンモニウムテトラキス(2,3,4,6−テトラフルオロフェニル)ボレート、トリエチルアンモニウムテトラキス(2,3,4,6−テトラフルオロフェニル)ボレート、トリプロピルアンモニウムテトラキス(2,3,4,6−テトラフルオロフェニル)ボレート、トリ(n−ブチル)アンモニウムテトラキス(2,3,4,6−、テトラフルオロフェニル)ボレート、ジメチル(t−ブチル)アンモニウムテトラキス(2,3,4,6−テトラフルオロフェニル)ボレート、N,N−ジメチルアニリニウムテトラキス(2,3,4,6−テトラフルオロフェニル)ボレート、N,N−ジエチルアニリニウムテトラキス(2,3,4,6−テトラフルオロフェニル)ボレートまたはN,N−ジメチル−(2,4,6−トリメチルアニリニウム)テトラキス−(2,3,4,6−テトラフルオロフェニル)ボレートなどの三置換アンモニウム塩形態のボレート系化合物;ジオクタデシルアンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、ジテトラデシルアンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートまたはジシクロヘキシルアンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートなどのジアルキルアンモニウム塩形態のボレート系化合物;またはトリフェニルホスホニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、メチルジオクタデシルホスホニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートまたはトリ(2,6−ジメチルフェニル)ホスホニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートなどの三置換ホスホニウム塩形態のボレート系化合物などが挙げられる。
本発明による混成担持メタロセン触媒において、第1メタロセン化合物、第2メタロセン化合物および第3メタロセン化合物に含まれる遷移金属対担体全体の質量比は、1:10乃至1:1,000であってもよい。前記質量比で担体およびメタロセン化合物を含む時、最適の形状を示すことができる。
また、助触媒化合物対担体の質量比は、1:1乃至1:100であってもよい。また、化学式1で表される第1メタロセン化合物対化学式3乃至5で表される第2メタロセン化合物の質量比は、10:1乃至1:10、好ましくは5:1乃至1:5であってもよい。前記質量比で助触媒およびメタロセン化合物を含む時、活性および高分子微細構造を最適化することができる。
本発明による混成担持メタロセン触媒において、前記担体としては、表面にヒドロキシ基を含有する担体を用いることができ、好ましくは乾燥されて表面に水分が除去された、反応性が高いヒドロキシ基とシロキサン基を有している担体を用いることができる。
例えば、高温で乾燥されたシリカ、シリカ−アルミナ、およびシリカ−マグネシアなどを用いることができ、これらは通常Na2O、K2CO3、BaSO4、およびMg(NO32)などの酸化物、炭酸塩、硫酸塩、および硝酸塩成分を含有することができる。
前記担体の乾燥温度は、200乃至800℃が好ましく、300乃至600℃がより好ましく、300乃至400℃が最も好ましい。前記担体の乾燥温度が200℃未満である場合、水分が過度に多いため、表面の水分と助触媒が反応するようになり、800℃を超える場合には担体表面の気孔が合わされながら表面積が減り、また表面にヒドロキシ基が多くなくなってシロキサン基のみが残るようになるため、助触媒との反応シートが減少するため好ましくない。
前記担体表面のヒドロキシ基の量は、0.1乃至10mmol/gが好ましく、0.5乃至5mmol/gである時がより好ましい。前記担体表面にあるヒドロキシ基の量は、担体の製造方法および条件または乾燥条件、例えば温度、時間、真空またはスプレー乾燥などにより調節することができる。
前記ヒドロキシ基の量が0.1mmol/g未満であれば助触媒との反応シートが少なく、10mmol/gを超えれば担体粒子表面に存在するヒドロキシ基以外に水分に起因したものである可能性があるため好ましくない。
本発明による混成担持メタロセン触媒は、それ自体でオレフィン系単量体の重合に用いることができる。また、本発明による混成担持メタロセン触媒は、オレフィン系単量体と接触反応して予備重合された触媒として製造して用いることもでき、例えば触媒を別途にエチレン、プロピレン、1−ブテン、1−ヘキセン、1−オクテンなどのようなオレフィン系単量体と接触させて予備重合された触媒として製造して用いることもできる。
一方、発明の他の実施形態によれば、前記混成担持メタロセン触媒の存在下に、オレフィン単量体を重合反応させる段階を含むポリオレフィンの製造方法が提供され得る。
前記混成担持メタロセン触媒で重合可能なオレフィン単量体の例としては、エチレン、α−オレフィン、サイクリックオレフィンなどがあり、二重結合を2つ以上有しているジエンオレフィン系単量体またはトリエンオレフィン系単量体なども重合可能である。前記単量体の具体的な例としては、エチレン、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘキセン、1−ヘプテン、1−オクテン、1−デセン、1−ウンデセン、1−ドデセン、1−テトラデセン、1−ヘキサデセン、1−アイトセン、ノルボルネン、ノルボルナジエン、エチリデンノルボルネン、フェニルノルボルネン、ビニルノルボルネン、ジシクロペンタジエン、1,4−ブタジエン、1,5−ペンタジエン、1,6−ヘキサジエン、スチレン、α−メチルスチレン、ジビニルベンゼン、3−クロロメチルスチレンなどがあり、これら単量体を2種以上混合して共重合することもできる。前記オレフィン重合体がエチレンと他の共単量体との共重合体である場合、前記共単量体はプロピレン、1−ブテン、1−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテンおよび1−オクテンからなる群より選択された一つ以上の共単量体であることが好ましい。
前記オレフィン単量体の重合反応のために、連続式溶液重合工程、バルク重合工程、懸濁重合工程、スラリー重合工程または乳化重合工程などオレフィン単量体の重合反応で知られた多様な重合工程が採用され得る。このような重合反応は、約50乃至110℃または約60乃至100℃の温度と約1乃至100barまたは約10乃至80barの圧力下で行われ得る。
また、前記重合反応において、前記混成担持メタロセン触媒は、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、ノナン、デカン、トルエン、ベンゼン、ジクロロメタン、クロロベンゼンなどのような溶媒に溶解または希釈された状態で用いることができる。この時、前記溶媒を少量のアルキルアルミニウムなどで処理することによって、触媒に悪影響を与え得る少量の水または空気などを予め除去することができる。
本発明による混成担持メタロセン触媒を利用して、オレフィン単量体の重合時、ワックスの発生量を顕著に減少させることができるだけでなく、製造されるポリオレフィンのFNCT特性も向上させることができる。
本発明の一実施例によるポリオレフィンの製造方法を模式的に示す工程図である。
発明を下記の実施例でより詳細に説明する。ただし、下記の実施例は、本発明を例示するものに過ぎず、本発明の内容は下記の実施例により限定されない。
[第1メタロセン化合物の製造実施例]
[製造例1]
[1−1リガンド化合物の製造]
フルオレン(fluorene)2gを5mLのMTBE、ヘキサン(hexane)100mLに溶かして2.5Mのn−ブチルリチウムヘキサン溶液(n−BuLi hexane solution)5.5mLをドライアイス/アセトンバス(dry ice/acetone bath)で滴加して常温で一晩攪拌した。(6−(tert−butoxy)hexyl)dichloro(methyl)silane3.6gをヘキサン(hexane)50mLに溶かしてドライアイス/アセトンバス(dry ice/acetone bath)下でfluorene−Liスラリーを30分間移送(transfer)して常温で一晩攪拌した。これと同時に5,8−dimethyl−5,10−dihydroindeno[1,2−b]indole(12mmol、2.8g)もTHF60mLに溶かして2.5Mのn−ブチルリチウムヘキサン溶液(n−BuLi hexane solution)5.5mLをドライアイス/アセトンバス(dry ice/acetone bath)で滴加して常温で一晩攪拌した。フルオレン(fluorene)と(6−(tert−butoxy)hexyl)dichloro(methyl)silaneとの反応溶液をNMRサンプリングして反応完了を確認した後、5,8−dimethyl−5,10−dihydroindeno[1,2−b]indole−Li solutionをドライアイス/アセトンバス(dry ice/acetone bath)下で移送(transfer)した。常温で一晩攪拌した。反応後、エテール/水(ether/water)で抽出(extraction)して有機層の残留水分をMgSO4で除去後、リガンド化合物(Mw597.90、12mmol)を得ており、異性体(isomer)二つが生成されたことを1H−NMRで確認することができた。
1H NMR (500 MHz, d6-benzene): -0.30〜-0.18 (3H, d), 0.40 (2H, m), 0.65〜1.45 (8H, m), 1.12 (9H, d), 2.36〜2.40 (3H, d), 3.17 (2H, m), 3.41〜3.43 (3H, d), 4.17〜4.21 (1H, d), 4.34〜4.38 (1H, d), 6.90〜7.80 (15H, m)。
[1−2メタロセン化合物の製造]
前記1−1で合成したリガンド化合物7.2g(12mmol)をジエチルエテール(diethylether)50mLに溶かして2.5Mのn−ブチルリチウムヘキサン溶液(n−BuLi hexane solution)11.5mLをドライアイス/アセトンバス(dry ice/acetone bath)で滴加して常温で一晩攪拌した。真空乾燥して褐色(brown color)のスティッキーオイル(sticky oil)を得た。トルエンに溶かしてスラリーを得た。ZrCl4(THF)2を準備してトルエン50mLを入れてスラリーに準備した。ZrCl4(THF)2の50mLトルエンスラリーをドライアイス/アセトンバス(dry ice/acetone bath)で移送(transfer)した。常温で一晩攪拌することによって紫色(violet color)に変化した。反応溶液をフィルターしてLiClを除去した。濾過液(filtrate)のトルエンを真空乾燥して除去した後、ヘキサンを入れて1時間超音波処理(sonication)した。スラリーをフィルターして濾過された固体(filtered solid)である暗紫色(dark violet)のメタロセン化合物6g(Mw758.02、7.92mmol、収率66mol%)を得た。1H−NMR上で二つの異性体が観察された。
1H NMR (500 MHz, CDCl3): 1.19 (9H, d), 1.71 (3H, d), 1.50〜1.70(4H, m), 1.79(2H, m), 1.98〜2.19(4H, m), 2.58(3H, s), 3.38 (2H, m), 3.91 (3H, d), 6.66〜7.88 (15H, m)。
[製造例2]
[2−1リガンド化合物の製造]
250mLのフラスコ(flask)に5−methyl−5,10−dihydroindeno[1,2−b]indole2.63g(12mmol)を入れてTHF50mLに溶かした後、2.5Mのn−ブチルリチウムヘキサン溶液(n−BuLi hexane solution)6mLをドライアイス/アセトンバス(dry ice/acetone bath)で滴加して常温で一晩攪拌した。他の250mLのフラスコ(flask)に(6−(tert−butoxy)hexyl)dichloro(methyl)silane1.62g(6mmol)をヘキサン(hexane)100mLに溶かして準備した後、ドライアイス/アセトンバス(dry ice/acetone bath)下で5−methyl−5,10−dihydroindeno[1,2−b]indoleのリチウム化溶液(lithiated solution)に徐々に滴加して常温で一晩攪拌した。反応後、エテール/水(ether/water)で抽出して有機層の残留水分をMgSO4で除去後、真空乾燥してリガンド化合物3.82g(6mmol)を得ており、これを1H−NMRで確認した。
1H NMR (500 MHz, CDCl3): -0.33 (3H, m), 0.86〜1.53 (10H, m), 1.16 (9H, d), 3.18 (2H, m), 4.07 (3H, d), 4.12 (3H, d), 4.17 (1H, d), 4.25 (1H, d), 6.95〜7.92 (16H, m)。
[2−2メタロセン化合物の製造]
前記2−1で合成したリガンド化合物3.82g(6mmol)をトルエン(toluene)100mLとMTBE5mLに溶かした後、2.5Mのn−ブチルリチウムヘキサン溶液(n−BuLi hexane solution)5.6mL(14mmol)をドライアイス/アセトンバス(dry ice/acetone bath)で滴加して常温で一晩攪拌した。他のフラスコ(flask)にZrCl4(THF)22.26g(6mmol)を準備し、トルエン(toluene)100mlを入れてスラリーで準備した。ZrCl4(THF)2のトルエンスラリー(toluene slurry)をリチウム化(lithiation)されたリガンドにドライアイス/アセトンバス(dry ice/acetone bath)で移送(transfer)した。常温で一晩攪拌し、紫色(violet color)に変化した。反応溶液をフィルターしてLiClを除去した後、得られた濾液を真空乾燥してヘキサン(hexane)を入れて超音波処理(sonication)した。スラリーをフィルターして濾過された固体(filtered solid)である暗紫色(dark violet)のメタロセン化合物3.40g(収率71.1mol%)を得た。
1H NMR (500 MHz, CDCl3): 1.74 (3H, d), 0.85〜2.33(10H, m), 1.29(9H, d), 3.87 (3H, s), 3.92 (3H, s), 3.36(2H, m), 6.48〜8.10 (16H, m)。
[第2メタロセン化合物の製造実施例]
[製造例3]
6−クロロヘキサノール(6−chlorohexanol)を用いて文献(Tetrahedron Lett. 2951(1988))に提示された方法によりt−Butyl−O−(CH26−Clを製造し、ここにNaCpを反応させてt−Butyl−O−(CH26−C55を得た(収率60%、b.p.80℃/0.1mmHg)。
また、−78℃でt−Butyl−O−(CH26−C55をTHFに溶かし、ノルマルブチルリチウム(n−BuLi)を徐々に加えた後、室温に昇温させた後、8時間反応させた。その溶液を再び−78℃でZrCl4(THF)2(1.70g、4.50mmol)/THF30ml)のサスペンション(suspension)溶液に既合成されたリチウム塩(lithium salt)溶液を徐々に加えて室温でさらに6時間反応させた。
すべての揮発性物質を真空乾燥し、得られたオイル性液体物質にヘキサン(hexane)溶媒を加えて濾過した。濾過した溶液を真空乾燥した後、ヘキサンを加えて低温(−20℃)で沈殿物を誘導した。得られた沈殿物を低温で濾過して白色の固体形態の[tBu−O−(CH26−C542ZrCl2化合物を得た(収率92%)。
1H NMR (300 MHz, CDCl3): 6.28 (t, J = 2.6 Hz, 2 H), 6.19 (t, J = 2.6 Hz, 2 H), 3.31 (t, 6.6 Hz, 2 H), 2.62 (t, J = 8 Hz), 1.7 - 1.3 (m, 8 H), 1.17 (s, 9 H).
13C NMR (CDCl3): 135.09, 116.66, 112.28, 72.42, 61.52, 30.66, 30.61, 30.14, 29.18, 27.58, 26.00。
[第3メタロセン化合物の製造実施例]
[製造例4]
[4−1リガンド化合物の製造]
乾燥された1Lのシュレンクフラスコ(shlenk flask)に102.54g(376.69mmol)の3−tether Indeneを入れてアルゴン下で450mlのTHFを注入した。この溶液を−30℃まで冷却した後、173.3ml(119.56g、d=0.690g/ml)の2.5Mのn−ブチルリチウムヘキサン溶液(nBuLi hexane solution)を滴加した。反応混合物は徐々に常温に上げた後、翌日まで攪拌した。このLithiated 3−thether Indene solutionを−78℃まで冷却した後、dimethyldichlorosilicone24.3g(188.3mmol)を準備してこのシュレンクフラスコに滴加した。注入が終わった混合物は、常温に徐々に上げた後、一日間攪拌し、フラスコ内に200mlの水を入れてクエンチング(quenching)し、有機層を分離してMgSO4で乾燥した。その結果、115g(191.4mmol、101.6%)の黄色オイルを得た。
NMR基準純度(wt%)=100%. Mw=600.99. 1H NMR(500 MHz, CDCl3): -0.53, -0.35, -0.09(6H, t), 1.18(18H, m), 1.41(8H, m), 1.54(4H, m), 1.68(4H, m), 2.58(4H, m), 3.32(4H, m), 6.04(1H, s), 6.26(1H, s), 7.16(2H, m), 7.28(3H, m), 7.41(3H, m)。
[4−2メタロセン化合物の製造]
オーブンに乾燥した2Lのシュレンクフラスコに前記3−1で合成したリガンド化合物191.35mmolを入れてMTBE4当量(67.5g、d=0.7404g/ml)とトルエン696g(d=0.87g/ml)溶液を溶媒に溶かした後、2.1当量のnBuLi solution(160.7ml)を加えて翌日までリチウム化(lithiation)をさせた。グローブボックス内で72.187g(191.35mmol)のZrCl4(THF)2を取って2Lのシュレンクフラスコに入れてトルエンを入れたサスペンション(suspension)を準備した。前記の二つのフラスコ(flask)共に−78℃まで冷却させた後、リガンドアニオン(ligand anion)を徐々にZrサスペンションに加えた。注入が終わった後、反応混合物は徐々に常温まで上げた。これを一日間攪拌した後、スラリーをアルゴン下でフィルターし濾過した後、フィルターされた固体と濾過液をすべて真空加圧下で蒸発させた。115g(191.35mmol)のリガンドから150.0g(198mmol、>99%)の触媒前駆体が濾過液(Filtrate)で得られてトルエン溶液状態で保管した(1.9446g/mmol)。
NMR基準純度(wt%)=100%. Mw=641.05. 1H NMR(500 MHz, CDCl3): 0.87(6H, m), 1.14(18H, m), 1.11-1.59(16H, m), 2.61, 2.81(4H, m), 3.30(4H, m), 5.54(1H, s), 5.74(1H, s), 6.88(1H, m), 7.02(1H, m), 7.28(1H, m), 7.39(1H, d), 7.47(1H, t), 7.60-7.71(1H, m)。
[製造例5]
[5−1リガンド化合物の製造]
(1)Chlorodimethyl(TMCp)silane(CDMTS)合成
乾燥された250mLのシュレンクフラスコ(shlenk flask)にTMCP6.0ml(40mmol)をTHF(60ml)に溶かした後、−78℃に冷却した。n−BuLi 2.5Mのヘキサン溶液(hexane solution)17ml(42mmol)を徐々に滴加し、常温で一晩攪拌した。別途の250mLのシュレンクフラスコ(shlenk flask)にジクロロジメチルシラン(dichlorodimethylsilane)4.8ml、40mmolをnヘキサン(nhexane)に溶かし、−78℃に冷却した後、以前反応したTMCP−リチウム化(lithiation)溶液を徐々に注入した。これを常温で一晩攪拌し、減圧下に溶媒を除去した。生成された生成物(product)をトルエンに溶解し、濾過(filtration)して残っているLiClを除去して黄色の液体(yellow liquid)7.0g(33mmol)を得た(収率83%)。
1H NMR(500 MHz, CDCl3): 0.24(6H, s), 1.82(6H, s), 1.98(6H, s), 3.08(1H, s)。
(2)乾燥された250mLのシュレンクフラスコ(shlenk flask)に3−(6−(tert−butoxy)hexyl)−1H−indene(T−Ind)2.72g(10mmol)をTHF50mlに溶かした後、n−BuLi 2.5Mのhexane solution8.2ml(20.4mmol)をドライアイス/アセトンバス(dry ice/acetone bath)で徐々に滴加した。常温で一晩(overnight)反応後、red solutionを得た。別途の250mLのシュレンクフラスコ(shlenk flask)に以前合成したCDMTS2.15g(10mmol)をTHFに溶かした後、ここにT−Ind−Li solutionをドライアイス/アセトンバス(dry ice/acetone bath)で滴加(dropwise feeding)した。常温で一晩(overnight)反応後、暗褐色(dark brown slurry)を確認した。水でクエンチング(quenching)し、エーテルで抽出して4.18g(9.27mmol)を得た(収率92.7%)。
1H NMR(500 MHz, CDCl3): 0.43(3H, s), -0.15(3H, s), 1.21(9H, s), 1.42-2.08(22H, m), 2.61(1H, s), 3.35-3.38(2H, m), 3.52(1H, s), 6.21(1H, s), 7.17-7.43(4H, m)。
[5−2メタロセン化合物の製造]
前記5−1で合成したリガンド化合物4.18g(9.27mmol)をトルエン100mlに溶かし、MTBE4.4ml(4当量)を追加的に注入した溶液にn−BuLi 2.5Mのhexane solution8.2ml、20.4mmolをドライアイス/アセトンバス(dry ice/acetone bath)に滴加した。常温で一晩(overnight)反応後、やや赤いスラリー(reddish slurry)を得た。グローブボックスでZrCl4(THF)23.50g(9.27mmol)を準備してトルエン50mlsolutionを作り、ここにligand−Li solutionをドライアイス/アセトンバス(dry ice/acetone bath)で滴加(dropwise feeding)した。常温で一晩(overnight)反応後、やや赤いスラリー(reddish slurry)を確認した。濾過(filtration)してLiClを除去した後、トルエンを90%程度真空乾燥した後、ヘキサンで再結晶した。スラリーをフィルター(filter)して黄色のフィルターケーキ(yellow filter cake)2.5g(4.1mmol)を得た(収率44.1%)。
1H NMR(500 MHz, CDCl3): 0.93(3H, s), 1.17(12H, s), 1.37-1.63(8H, m), 2.81-2.87(1H, m), 2.93-2.97(1H, m), 3.29-3.31(2H, t), 5.55(1H, s), 7.02-7.57(4H, m)。
[製造例6]
[6−1リガンド化合物の製造]
乾燥された250mLのシュレンクフラスコ(shlenk flask)にIndene27.88g(240mmol)を入れてアルゴン下で800mlのMTBEを注入した。この溶液を0℃まで冷却した後、115.2ml(288mmol、d=0.690g/ml)の2.5Mのn−ブチルリチウムヘキサン溶液(nBuLi hexane solution)を滴加した。反応混合物は徐々に常温に上げた後、翌日まで攪拌した。純度を高め、残っているnBuLiが次の反応に影響を与え得るため、溶媒であるMTBEをすべて蒸発させ、アルゴン下でシュレンクフィルター(schlenk filter)を利用してIndene Li saltを入れてTHF溶媒600mlに溶解した。他の2LのシュレンクフラスコにSilicon Tether25.09g(92.48mmol)とTHF700mlの溶液を準備し、このシュレンクフラスコ(shlenk flask)を−78℃まで冷却した後、Lithiatedされた溶液を滴加した。注入が終わった混合物は常温に徐々に上げた後、一日間攪拌し、フラスコ(flask)内に400mlの水を入れてクエンチング(quenching)し、有機層を分離してMgSO4で乾燥した。その結果、35.41g(82.2mmol、88.9%)の黄色オイルを得た。
NMR基準純度(wt%)=100%. Mw=430.70. 1H NMR(500 MHz, CDCl3): -0.45, -0.22, -0.07, 0.54(total 3H, s), 0.87(1H, m), 1.13(9H, m), 1.16-1.46(10H, m), 3.25(2H, m), 3.57(1H, m), 6.75, 6.85, 6.90, 7.11, 7.12, 7.19(total 4H, m), 7.22-7.45(4H, m), 7.48-7.51(4H, m)。
[6−2メタロセン化合物の製造]
オーブンに乾燥した1Lのシュレンクフラスコ(schlenk flask)に前記6−1で合成したリガンド化合物を入れてジエチルエテール(diethylether)に溶かした後、2.1当量のnBuLi solutionを加えて翌日までリチウム化(lithiation)をさせた。グローブボックス内で2.1当量のZrCl4(THF)2を取って2Lのシュレンクフラスコ(schlenk flask)に入れてジエチルエテール(diethylether)を入れたsuspensionを準備した。前記二つのフラスコ(flask)共に−78℃まで冷却させた後、リガンドアニオン(ligand anion)を徐々にZrサスペンションに加えた。注入が終わった後、反応混合物は徐々に常温まで上げた。これを一日間攪拌した後、混合物内のether solutionを真空減圧を通じて溶媒を除去し、以前の溶媒程度体積のヘキサンを加えた。この時、ヘキサンを加える理由は、合成された触媒前駆体がヘキサンに対する溶解度が落ち、結晶化を促進させるためである。このヘキサンスラリーをアルゴン下でフィルターし濾過した後、フィルターされた固体と濾過液をすべて真空加圧下で蒸発させた。フィルターケーキ(Filter cake)と濾過液(Filtrate)をそれぞれNMRを通じて触媒合成の有無を確認し、グローブボックス内で計量し、サンプリングして収率、純度を確認した。35.41g(82.2mmol)のリガンドから36.28g(77.1mmol、93.8%)の赤色固体をフィルターケーキ(Filter cake)で得た。
NMR基準純度(wt%)=100%. Mw=470.76. 1H NMR(500 MHz, CDCl3): 0.88(3H, m), 1.15(9H, m), 1.17-1.47(10H, m), 1.53(4H, d), 1.63(3H, m), 1.81(1H, m), 6.12(2H, m), 7.15(2H, m), 7.22-7.59(8H, m)。
<混成担持触媒の製造実施例>
[実施例1]
[1−1担持体乾燥]
シリカ(Grace Davison社製造SYLOPOL948)を400℃の温度で12時間真空を加えた状態で脱水した。
[1−2担持触媒製造]
室温のガラス反応器にトルエン溶液100mlを入れて準備されたシリカ10gを投入した後、反応器温度を40℃に上げながら攪拌した。シリカを十分に分散させた後、10wt%メチルアルミノキサン(MAO)/トルエン溶液を60.6ml投入し、80℃に温度を上げた後、200rpmで16時間攪拌した。その後、温度を再び40℃に低めた後、十分な量のトルエンで洗浄して反応しないアルミニウム化合物を除去した。再びトルエン100mLを投入した後、前記製造例4で製造されたメタロセン触媒0.5mmolを投入して1時間攪拌した。反応が終わった後、前記製造例3で製造されたメタロセン触媒0.5mmolを投入して1時間攪拌した。そして、反応が終わった後、前記製造例1で製造されたメタロセン触媒0.5mmolを投入して2時間攪拌した。反応が終わった後、攪拌を止めてトルエン層を分離して除去した後、40℃で減圧して残っているトルエンを除去して、担持触媒を製造した。
[実施例2]
製造例1で製造されたメタロセン触媒の代わりに製造例2で製造されたメタロセン触媒0.5mmolを用いたことを除き、実施例1と同様な方法で担持触媒を製造した。
[実施例3]
製造例4で製造されたメタロセン触媒の代わりに製造例5で製造されたメタロセン触媒0.5mmolを用いたことを除き、実施例2と同様な方法で担持触媒を製造した。
[比較例1]
室温のガラス反応器にトルエン溶液100mlを入れて準備されたシリカ10gを投入した後、反応器温度を40℃に上げながら攪拌した。シリカを十分に分散させた後、10wt%メチルアルミノキサン(MAO)/トルエン溶液を60.6ml投入し、80℃に温度を上げた後、200rpmで16時間攪拌した。その後、温度を再び40℃に低めた後、十分な量のトルエンで洗浄して反応しないアルミニウム化合物を除去した。再びトルエン100mLを投入した後、前記製造例3で製造されたメタロセン触媒0.5mmolを投入して1時間攪拌した。反応が終わった後、前記製造例1で製造されたメタロセン触媒0.5mmolを投入して2時間攪拌した。反応が終わった後、攪拌を止めてトルエン層を分離して除去した後、40℃で減圧して残っているトルエンを除去して、担持触媒を製造した。
[比較例2]
製造例1で製造されたメタロセン触媒の代わりに製造例2で製造されたメタロセン触媒0.5mmolを用いたことを除き、比較例1と同様な方法で担持触媒を製造した。
[比較例3]
製造例3で製造されたメタロセン触媒の代わりに製造例6で製造されたメタロセン触媒0.5mmolを用いたことを除き、比較例2と同様な方法で担持触媒を製造した。
[比較例4]
製造例3で製造されたメタロセン触媒の代わりに製造例4で製造されたメタロセン触媒0.5mmolを用いたことを除き、比較例2と同様な方法で担持触媒を製造した。
[比較例5]
製造例3で製造されたメタロセン触媒の代わりに製造例5で製造されたメタロセン触媒0.5mmolを用いたことを除き、比較例2と同様な方法で担持触媒を製造した。
<試験例1:水素/エチレンブレンディング重合(ドライボックス)>
前記実施例1乃至3および比較例1乃至5で製造したそれぞれの担持触媒30mgをドライボックスで定量して50mLのガラス瓶にそれぞれ入れた後、ゴム隔膜で密封してドライボックスで取り出して注入する触媒を準備した。重合は機械式攪拌機が装着された温度調節が可能であり、高圧で利用される2Lの金属合金反応器で行った。
この反応器に1.0mmolのトリエチルアルミニウム(triethylaluminum)が入っているヘキサン1Lを注入し、前記準備したそれぞれの担持触媒を反応器に空気接触なしに投入した後、80℃で気体エチレン単量体を40Kgf/cm2の圧力で、水素気体をエチレン単量体に対して0.7vol%に継続して加えながら1時間重合した。重合の終結は、先に攪拌を止めた後、エチレンを排気させて除去することによって完了させた。
これから得られた重合体は、重合溶媒を濾過させて大部分を除去した後、80℃真空オーブンで4時間乾燥させた。
前記で製造したポリオレフィンの重合活性、MI、MFRR、Wax発生量を下記基準により測定して表1に示した。
1)MI(5):垂直重力方向に5kgの力を加える条件で、190℃、10分間2.1mmオリフィス(orifice)を通過して出るメルティングされたポリマー樹脂の重量をASTMD1238基準により測定した。
2)MFRR(21.6/5):前記1)と同一に垂直重力方向に21.6kgの力を加える条件で、190℃、10分間2.1mmオリフィス(orifice)を通過して出るメルティングされたポリマー樹脂の重量を、垂直重力方向に5kgの力を加える条件で、190℃、10分間2.1mmオリフィス(orifice)を通過して出るメルティングされたポリマー樹脂の重量で分けて算出した。
3)Wax発生量:工程ヘキサン100ccを24時間セトリング(settling)して沈んだwax体積含有量を測定した。
<試験例2:水素/エチレンブレンディング重合(連続回分式)>
図1に示したような2器の0.2m3容量の反応器から構成された多段連続式CSTR反応装置を準備した。
第1反応器(R1)にヘキサン23kg/hr、エチレン7kg/hr、水素2.0g/hr、トリエチルアルミニウム(TEAL)30mmol/hrの流量でそれぞれ注入され、また前記実施例1乃至3および比較例1乃至2で製造した混成担持メタロセン触媒が2g/hr(170μmol/hr)で注入された。この時、前記第1反応器は80℃に維持され、圧力は8barに維持されており、反応物の滞留時間は2.5時間に維持させ、反応器内一定の液位を維持しながら連続的に重合体を含むスラリー混合物が第2反応器に移すようにした。
第2反応器(R2)にヘキサン25kg/hr、エチレン6kg/hr、1−ブテン15cc/min、トリエチルアルミニウム(TEAL)30mmol/hrの流量で注入され、製造例1による混成担持メタロセン触媒2g/hr(170μmol/hr)と製造例2による分子量調節剤(MwE)が34μmol/hrで注入された。第2反応器は78℃に維持され、圧力は6barに維持されており、反応物の滞留時間は1.5時間に維持させ、反応器内一定の液位を維持しながら連続的に重合体混合物をポスト反応器(postreactor)に移すようにした。
前記ポスト反応器は75℃に維持され、未反応単量体が重合された。以降、重合生成物は溶媒除去設備および乾燥機を経て最終ポリエチレンとして製造された。製造されたポリエチレンはカルシウムステアレート(DOOBON産業製造)1000ppmおよび熱安定剤21B(SONGWON産業製造)2000ppmと混合された後、ペレットで作られた。
前記で製造したポリオレフィンの重合活性、HLMI、密度、Wax発生量、FNCTを下記基準により測定して表2に示した。
1)MI:垂直重力方向に21.6kgの力を加える条件で、190℃、10分間2.1mmオリフィス(orifice)を通過して出るメルティングされたポリマー樹脂の重量をASTMD1238基準により測定した。
2)Wax発生量:工程ヘキサン100ccを24時間セトリング(settling)して沈んだwax体積含有量を測定した。
3)耐応力亀裂性(FNCT):80℃、60MPa、IGEPAL CA−630 10%solution条件でASTM基準により測定した。
前記表1および表2を参照すれば、3種のメタロセン化合物を混成担持して製造した触媒を用いた実施例1乃至3の場合、2種のメタロセン化合物を混成担持して製造した触媒を用いた比較例1乃至5に比べてワックスの発生量を顕著に低減させることができ、非常に高い耐応力亀裂性(Full Notch Creep Test、FNCT)を示すことを確認することができる。
R1…第1反応器
R2…第2反応器
Rp…ポスト反応器
C1…第1混成担持メタロセン触媒
C2…第2混成担持メタロセン触媒
M1…第1オレフィン系単量体
M2…第2オレフィン系単量体
MwE…分子量調節剤

Claims (10)

  1. 下記化学式1で表される第1メタロセン化合物1種以上;
    下記化学式3で表される第2メタロセン化合物1種以上;
    下記化学式4で表される第3メタロセン化合物1種以上;
    助触媒化合物;および
    担体を含むポリオレフィン製造用混成担持メタロセン触媒。

    前記化学式1で、
    Aは、C1乃至C20のアルキル基であり;
    Dは、−O−であり;
    Lは、C4乃至C8の直鎖アルキレン基であり;
    Bは、シリコンであり;
    Qは、C1乃至C20のアルキル基であり;
    Mは、4族遷移金属であり;
    1およびX2は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、ハロゲン、C1乃至C20のアルキル基、C2乃至C20のアルケニル基、C6乃至C20のアリール基、ニトロ基、アミド基、C1乃至C20のアルキルシリル基、C1乃至C20のアルコキシ基、またはC1乃至C20のスルホネート基であり;
    1およびC2は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、下記化学式2a、化学式2bまたは下記化学式2cのうちの一つで表され、ただし、C1およびC2が同時に化学式2cである場合は除き;



    前記化学式2a、2bおよび2cで、R1乃至R17およびR1’乃至R9’は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、C1乃至C20のアルキル基、C2乃至C20のアルケニル基、C1乃至C20のアルキルシリル基、C1乃至C20のシリルアルキル基、C1乃至C20のアルコキシシリル基、C1乃至C20のアルコキシ基、C6乃至C20のアリール基、C7乃至C20のアルキルアリール基、またはC7乃至C20のアリールアルキル基であり、前記R10乃至R17のうちの互いに隣接する2つ以上が互いに連結されて置換もしくは非置換の脂肪族または芳香族環を形成することができ;
    [化学式3]
    (Cp1an(Cp2b)M11 3-n
    前記化学式3で、
    1は、ジルコニウムであり;
    Cp1およびCp2は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、シクロペンタジエニル、インデニル、4,5,6,7−テトラヒドロ−1−インデニル、およびフルオレニルラジカルからなる群より選択されたいずれか一つであり、これらは炭素数1乃至20の炭化水素で置換されてもよく;
    aおよびRbは、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、C1乃至C10のアルコキシであり;
    1は、ハロゲン原子であり;
    nは、1であり;

    前記化学式4で、
    2は、ジルコニウムであり;
    Bは、シリコンであり;
    1およびQ2は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素、C1乃至C20のアルキル基、または炭素数1乃至20のアルコキシで置換された炭素数1乃至20のアルキル基であり;
    3およびX4は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、ハロゲンであり;
    3およびC4は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、下記化学式4a、または下記化学式4bのうちの一つで表され、


    前記化学式4aおよび4bで、R18乃至R27は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素またはC1乃至C20のアルキル基であり、
    前記Q1、Q2、およびR18乃至R27のうちの少なくとも一つ以上は、炭素数1乃至20のアルコキシで置換された炭素数1乃至20のアルキル基である。
  2. 前記化学式1のAは、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、またはtert−ブチル基である、請求項1に記載のポリオレフィン製造用混成担持メタロセン触媒。
  3. 前記化学式1で表される第1メタロセン化合物は、下記構造式のうちの一つである、請求項1または2に記載のポリオレフィン製造用混成担持メタロセン触媒。
  4. 前記化学式3で表される第2メタロセン化合物は、下記構造式のうちの一つである、請求項1〜3のいずれか一項に記載のポリオレフィン製造用混成担持メタロセン触媒。
  5. 前記化学式4で表される第3メタロセン化合物は、下記構造式のうちの一つである、請求項1〜4のいずれか一項に記載のポリオレフィン製造用混成担持メタロセン触媒。



  6. 前記助触媒化合物は、下記化学式5の第1助触媒、および下記化学式6の第2助触媒からなる群より選択される1種以上を含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載のポリオレフィン製造用混成担持メタロセン触媒:
    [化学式5]
    −[Al(R28)−O−]k
    化学式5で、R28は、それぞれ独立して、ハロゲン、ハロゲン置換もしくは非置換の炭素数1乃至20のヒドロカルビル基であり、kは、2以上の整数であり、
    [化学式6]
    +[BG4-
    化学式6で、T+は、+1価の多原子イオンであり、Bは、+三酸化状態のホウ素であり、Gは、それぞれ独立して、ハイドライド基、ジアルキルアミド基、ハライド基、アルコキシド基、アリールオキシド基、ヒドロカルビル基、ハロカルビル基およびハロ置換ヒドロカルビル基からなる群より選択され、前記Gは、20個以下の炭素を有するが、ただし、ただ一つ以下の位置でGはハライド基である。
  7. 前記第1メタロセン化合物、第2メタロセン化合物および第3メタロセン化合物の遷移金属対担体の質量比は、1:10乃至1:1,000である、請求項1〜6のいずれか一項に記載のポリオレフィン製造用混成担持メタロセン触媒。
  8. 前記助触媒化合物対担体の質量比は、1:1乃至1:100である、請求項1〜7のいずれか一項に記載のポリオレフィン製造用混成担持メタロセン触媒。
  9. 請求項1〜8のいずれか一項に記載のポリオレフィン製造用混成担持メタロセン触媒の存在下に、オレフィン単量体を重合反応させる段階を含むポリオレフィンの製造方法。
  10. 前記オレフィン単量体は、エチレン、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘキセン、1−ヘプテン、1−オクテン、1−デセン、1−ウンデセン、1−ドデセン、1−テトラデセン、1−ヘキサデセン、1−アイトセン、ノルボルネン、ノルボルナジエン、エチリデンノルボルネン、フェニルノルボルネン、ビニルノルボルネン、ジシクロペンタジエン、1,4−ブタジエン、1,5−ペンタジエン、1,6−ヘキサジエン、スチレン、α−メチルスチレン、ジビニルベンゼンおよび3−クロロメチルスチレンからなる群より選択される1種以上を含む、請求項9に記載のポリオレフィンの製造方法。
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