KR0151950B1 - Metallocene compounds process for preparing polymer by using it as polymerization catalyst - Google Patents

Metallocene compounds process for preparing polymer by using it as polymerization catalyst

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KR0151950B1
KR0151950B1 KR1019980010956A KR19980010956A KR0151950B1 KR 0151950 B1 KR0151950 B1 KR 0151950B1 KR 1019980010956 A KR1019980010956 A KR 1019980010956A KR 19980010956 A KR19980010956 A KR 19980010956A KR 0151950 B1 KR0151950 B1 KR 0151950B1
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KR1019980010956A
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허완수
이동호
노석균
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김영욱
생산기술연구원
이동호
노석균
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Abstract

본 발명은 헤테로원자 다리를 가진 메탈로센 화합물의 제조, 고분자의 합성 및 제조된 고분자에 관한 것으로, 제조된 메탈로센 화합물을 중합촉매로 사용하는 방법과 고분자의 제조방법 및 그 성질 등을 포함한다. 본 발명의 촉매는 크게 세가지 종류로 분류되는데, 중성의 메탈로센 화합물, 양이온성의 메탈로센 화합물 및 이들 화합물이 담게된 형태의 촉매가 여기에 포함된다. 본 발명에서 제조된 촉매는 새로운 메탈로센 화합물로서 특이한 구조와 중합특성을 가지고 있어서 독특한 구조와 물성을 가진 고분자를 제조할 수 있다.The present invention relates to the preparation of a metallocene compound having a heteroatom bridge, the synthesis of a polymer, and a prepared polymer, including a method of using the prepared metallocene compound as a polymerization catalyst, a method of preparing a polymer, and properties thereof. do. The catalysts of the present invention are broadly classified into three types, including neutral metallocene compounds, cationic metallocene compounds, and catalysts containing these compounds. The catalyst prepared in the present invention is a novel metallocene compound, which has a specific structure and polymerization characteristics, thereby producing a polymer having a unique structure and physical properties.

본 특허에서 제조한 촉매(HBM)를 사용하여 에틸렌을 중합할 경우에 중합활성이 일반적인 메탈로센 화합물의 촉매활성과 유사하였다. 그리고 HBM 촉매로 소량의 프로필렌과 함께 중합하여 얻은 PE의 용융온도 및 결정화온도가 다른 메탈로센 촉매에서 얻은 중합체나 HDPE의 것보다 낮았으며, LLDPE 및 LDPE의 것과는 비슷하였다. HBM으로 얻은 중합체의 구조를 조사해본 결과, 메틸기, 부틸기등의 가지가 존재하였다. 중합체의 분자량은 103- 108특히 5,000-200,000에 걸쳐 조절될 수 있으며, 이때의 분자량 분포도는 1.5-3.0 정도로 작았다.When the ethylene was polymerized using the catalyst (HBM) prepared in this patent, the polymerization activity was similar to that of the general metallocene compound. The melting and crystallization temperatures of PE obtained by polymerization with a small amount of propylene with HBM catalysts were lower than those of polymers or HDPE obtained from other metallocene catalysts, and were similar to those of LLDPE and LDPE. As a result of examining the structure of the polymer obtained by HBM, there existed branches, such as a methyl group and a butyl group. The molecular weight of the polymer is 10 3 - 10 8 can be adjusted over a particular 5000-200000, wherein the molecular weight distribution is small enough to 1.5-3.0.

Description

메탈로센 화합물 및 이를 촉매로 이용한 고분자의 제조방법Metallocene Compound and Manufacturing Method of Polymer Using the Same as Catalyst

본 발명은 헤테로원자 브릿지를 가진 신규한 메탈로센 화합물(앞으로 HBM이라함), 이의 제조방법 및 이를 중합촉매로 하여 고분자를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a novel metallocene compound having a heteroatom bridge (hereinafter referred to as HBM), a method for preparing the same, and a method for preparing a polymer using the same as a polymerization catalyst.

지금까지 고분자 제조용 촉매로써 여러 종류의 메탈로센 화합물이 알려져 있으나 본 발명의 화합물은 새로운 형태의 헤테로원자 다리를 가진 점에서 새로운 구조의 메탈로센 화합물이다. 본 발명의 메탈로센 화합물은 특이한 구조와 중합특성을 가지고 있어서 중합촉매로 사용하면 독특한 구조와 물성을 가진 고분자를 제조할 수 있다.Until now, various kinds of metallocene compounds are known as catalysts for preparing polymers, but the compounds of the present invention are metallocene compounds having a new structure in that they have a new type of heteroatom bridge. The metallocene compound of the present invention has a specific structure and polymerization characteristics, and thus, when used as a polymerization catalyst, a polymer having a unique structure and physical properties can be prepared.

본 발명의 HBM 화합물은 하기식 (II)의 구조를 가진다:HBM compounds of the present invention have the structure of formula (II)

상기식에서,In the above formula,

M은 3-10족의 금속, 전이금속 원소 또는 란탄계 원소이고,M is a Group 3-10 metal, a transition metal element or a lanthanum element,

Y1과 Y2는 서로 독립적으로 치환된 또는 치환되지 않은 사이클로펜타디에닐 또는 M과 η5결합이 가능한 시클로펜타디에닐 유도체나 유사 화합물 예를들면 인데닐 또는 플루오레닐이며,Y1 and Y2 are independently substituted or unsubstituted cyclopentadienyl or cyclopentadienyl derivatives or similar compounds capable of η 5 bonds with M such as indenyl or fluorenyl,

A1과 A2는 서로 독립적으로 4B족 원소이며, A1과 Y1 또는 A2와 Y2 사이에는 간격자 SP가 끼일수 있으며,A1 and A2 are each independently a group 4B element, and the spacer S P may be interposed between A1 and Y1 or A2 and Y2,

간격자 SP는 예를들면 탄소, 산소, 질소 또는 인이고,The spacer S P is for example carbon, oxygen, nitrogen or phosphorus,

E는 헤테로원자 바람직하게는 질소, 산소, 인 또는 황이며 Y1 과 Y2 리간드 사이의 자리를 형성하고,E is a heteroatom, preferably nitrogen, oxygen, phosphorus or sulfur, forming a site between the Y1 and Y2 ligands,

R1∼R4는 서로 독립적으로 수소, 알킬, 아릴, 실릴, 알콕시, 아릴옥시, 실록시 및 할로겐으로 이루어진 군에서 선택된, 이들의 조합으로 된 기이거나, -Sp-Sup(여기서 SP는 상기 정의한 바와같고 Sup는 지지체이다)이고,R 1 to R 4 are each independently a group selected from the group consisting of hydrogen, alkyl, aryl, silyl, alkoxy, aryloxy, siloxy and halogen, or a combination thereof, or -Sp-Sup wherein S P is as defined above. And Sup is the support)

X는 수소, 알킬, 아릴, 실릴, 알콕시, 아릴옥시, 실록시 및 할로겐으로 이루어진 군에서 선택된 기이거나, 이들의 조합으로 이루어진 기이며,X is a group selected from the group consisting of hydrogen, alkyl, aryl, silyl, alkoxy, aryloxy, siloxy and halogen, or a group consisting of a combination thereof,

n은 금속의 종류와 원자가에 따라 0-4까지의 값을 가지며,n has a value from 0 to 4 depending on the type and valency of the metal,

m은 1 혹은 2이며, m이 2일 경우에는 M이 Y1 과 Y2중 하나에만 결합되어있고,m is 1 or 2, when m is 2, M is bound to only one of Y1 and Y2,

Z는 비배위(Non-coordinating) 음이온으로 Y가 포함된 금속 양이온 부분에 배위되지 않거나 매우 약하게 배위하여 다른 루이스염기(Lewis base)가 양이온의 Y가 포함된 금속 부분과 작용하는 것을 방해하지 않는 음이온을 말하며, 바람직하게는 [BQ1Q2Q3Q4]-이며 여기서 B는 원자가가 3가 상태인 Boron이며, Q1-Q4는 각기 독립적으로 수소음이온, 디알킬아미도, 알콕시드, 아릴옥시드, 수소카르빌, 치환된 수소카르빌 및 유기메탈로이드로 이루어진 군에서 선택된 라디칼이며 Q1-Q4중 한개는 할로겐화물(halide)일 수 있다. Z is a non-coordinating anion, an anion that is not or very weakly coordinated with the Y-containing metal cation moiety and does not prevent other Lewis bases from interacting with the Y-containing metal part of the cation. , Preferably [BQ 1 Q 2 Q 3 Q 4 ] - , wherein B is Boron having a valence trivalent state, and Q 1 -Q 4 are each independently hydrogen anion, dialkylamido, alkoxide, A radical selected from the group consisting of aryloxide, hydrogen carbyl, substituted hydrogen carbyl and organic metalloid and one of Q 1 -Q 4 may be a halide .

상기의 HBM 화합물은 다음과 같이 삼단계에 걸쳐 제조한다.The HBM compound is prepared in three steps as follows.

우선first

상기식에서 A1, A2, E, R1, R2, R3, R4및 Sp는 상기 정의한 바와같고 Y는 Y1또는 Y2이고Wherein A 1 , A 2 , E, R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and Sp are as defined above and Y is Y 1 or Y 2

H 는 할로겐 원소이며,H is a halogen element,

Y-는 본문의 상기 정의한 Y1이나 Y2의 음이온이며,Y is an anion of Y 1 or Y 2 as defined above in the text,

T+는 알칼리금속 양이온이다.T + is an alkali metal cation.

이어서next

R 는 알킬,알콕시이고,R is alkyl , alkoxy,

T 는 알칼리금속 또는 탈륨(Thallium)이다.T is an alkali metal or thallium.

이어서next

본 발명의 화합물을 중합촉매로 사용하기 위해서는 통상 지지체에 담지시킨다. 예를들자면 본 발명의 상기식(II)의 화합물을 탈수된 담체에 직접 담지시킨다. 담체의 예로는 실리카, 알루미나, 염화마그네슘, 제올라이트, 인산알루미늄 또는 지르코니아등이 있다. 탈수된 담체를 상기식(II)의 화합물의 용액에 침지하여 담지 촉매를 제조한다. 양이온성 HBM(상기 일반식(II))담지 촉매는 상기식(II)의 화합물을 담체에 직접 담지시키는 상기 방법외에 일단 중성 HBM 화합물(하기식(I))을 담체에 담지시키고 비알루미늄 조촉매로 활성화시켜 제조할 수 있다.In order to use the compound of the present invention as a polymerization catalyst, it is usually supported on a support. For example, the compound of formula (II) of the present invention is directly supported on a dehydrated carrier. Examples of the carrier include silica, alumina, magnesium chloride, zeolite, aluminum phosphate or zirconia. The supported catalyst is prepared by immersing the dehydrated carrier in a solution of the compound of formula (II). The cationic HBM (the general formula (II)) supported catalyst is a carrier of the neutral HBM compound (formula (I) below) on a carrier and a non-aluminum promoter, in addition to the above method of directly supporting the compound of the formula (II) on a carrier. It can be prepared by activation.

상기식에서 M은 3-10족의 금속 및 전이금속 혹은 란탄계 원소이고, Y1과 Y2는 서로 독립적으로 치환된 또는 치환되지 않은 사이클로펜타디에닐 또는 M 과 η5로 결합이 가능한 사이클로펜타디에닐 유도체나 유사화합물이고 A1과 A2 서로 독립적으로 14족 원소이며 A1과 Y1 또는 A2와 Y2 사이에는 간격자 Sp가 끼일수 있으며 간격자 Sp는 탄소, 산소, 질소, 인 또는 이들의 결합이고 E는 헤테로원자이며 Y1 과 Y2 리간드 사이의 자리를 형성하고 R1-R4는 서로 독립적으로 수소, 알킬, 아릴, 실릴, 알콕시, 아릴옥시, 실록시 또는 할로겐으로 이루어진 군에서 선택된 기이거나 이들의 조합으로 된 기이며,Wherein M is a Group 3-10 metal and a transition metal or a lanthanide element, and Y 1 and Y 2 are independently substituted or unsubstituted cyclopentadienyl or a cyclopentadienyl derivative capable of bonding M and η 5 . Or a similar compound, A1 and A2, independently of each other, a Group 14 element, and the spacer Sp may be interposed between A1 and Y1 or A2 and Y2, the spacer Sp is carbon, oxygen, nitrogen, phosphorus or a combination thereof, and E is a heteroatom And form a site between the Y1 and Y2 ligand and R1-R4 are each independently a group selected from the group consisting of hydrogen, alkyl, aryl, silyl, alkoxy, aryloxy, siloxy or halogen, or a combination thereof,

X는 수소, 알킬, 아릴, 실릴, 알콕시, 아릴옥시, 실록시 및 할로겐으로 이루어진 군에서 선택된 기이거나 이들의 조합으로 된 기이며, n은 금속의 종류와 원자가에 따라 0-4의 값을 가지며,X is a group selected from the group consisting of hydrogen, alkyl, aryl, silyl, alkoxy, aryloxy, siloxy and halogen or a combination thereof, n has a value of 0-4 depending on the type and valency of the metal ,

m은 1 또는 2이며,m is 1 or 2,

m이 2일때는 M은 Y1과 Y2중 하나와 결합되어 있다.When m is 2, M is bonded to one of Y1 and Y2.

비알루미늄 조촉매는 [R5R6R7C]+[BQ1Q2Q3Q4]-또는 [HNR8R9R10]+[BQ1Q2Q3Q4]-인데, R5내지 R10는 수소,알킬,아릴,알콕시,실릴 또는 실록시이고,B와 Q1내지 Q4는 앞에서 정의한 바와 같다. Non-aluminum co-catalyst is [R 5 R 6 R 7 C ] + [BQ 1 Q 2 Q 3 Q 4] - or [HNR 8 R 9 R 10] + [BQ 1 Q 2 Q 3 Q 4] - inde, R 5 to R 10 is hydrogen, alkyl, aryl, alkoxy, silyl or siloxy, B and Q 1 to Q 4 are the same as defined above.

본 발명의 중합촉매를 만드는 또 다른 방법은 아래의 반응에서처럼 담체를 개질하여 본 발명의 메탈로센 화합물을 담체와 더불어 직접 형성하는 것이다. Another method of making the polymerization catalyst of the present invention is to form the metallocene compound of the present invention directly with the carrier by modifying the carrier as in the following reaction .

여기서 A, E, M, Y1, Y2, (X)n은 상기한 바와같고, Y3 과 Y4는 Y1 과 Y2와 같은 종류이거나 이들은 서로 다를 수도 있다. SP는 담체의 표면과 리간드 Y를 연결시켜 주는 간격자로서 탄소, 산소, 질소, 인등으로 구성되어 있다. 그리고 이러한 SP는 탄소, 산소, 질소, 인등을 포함한 화학결합으로 서로 연결될 수 있다.Wherein A, E, M, Y1, Y2, and (X) n are as described above, and Y3 and Y4 are the same kind as Y1 and Y2 or they may be different. S P is a spacer that connects the ligand Y with the surface of the carrier and is composed of carbon, oxygen, nitrogen, and phosphorus. And these S P can be connected to each other by chemical bonds including carbon, oxygen, nitrogen, phosphorous.

본 발명의 HBM 화합물을, 또는 HBM 화합물을 지지체에 담지시킨 촉매 또는 지지체를 개질하여 그 표면에 본 발명의 HBM 화합물을 결합시킨 촉매를 사용하여 비닐단량체를 단독중합 또는 공중합하여 단독 중합체 또는 공중합체를 제조할 수 있다. 비닐단량체는 바람직하게는 α-올레핀, 에틸렌, 고리올레핀, 디엔 또는 디올레핀이고 가장 바람직하게는 에틸렌 또는 프로필렌이다.A homopolymer or copolymer is prepared by homopolymerizing or copolymerizing a vinyl monomer by using the HBM compound of the present invention, or a catalyst supporting the HBM compound on a support or a catalyst obtained by binding the HBM compound of the present invention to a surface thereof. It can manufacture. The vinyl monomer is preferably α-olefin, ethylene, cyclic olefin, diene or diolefin and most preferably ethylene or propylene.

중합촉매의 양은 단량체 반응물을 기준으로 10-7- 10-4몰/l가 바람직하고,10-6- 10-5몰/l가 더욱 바람직하다. 중합온도는 0-80℃에서 이루어지고, 바람직하게는 20-60℃이다.The amount of the polymerization catalyst relative to the monomer reactant 10 -7 - 10 -4 mol / l is preferable, and 10-6 - 10-5 mol / l is more preferable. The polymerization temperature is at 0-80 ° C, preferably 20-60 ° C.

본 발명의 HBM 화합물된 촉매와 더불어 유기금속 화합물을 조촉매로 사용할 수 있다. 상기 유기금속 화합물은 바람직하게는 알킬알루민옥산 또는 유기알루미늄 화합물이고 상기 알킬알루민옥산은 더욱 바람직하게는 메틸알루민옥산 또는 개질 메틸알루민옥산이고 상기 유기알루미늄 화합물은 더욱 바람직하게는 Al RnX3-n이다.상기식에서 R은 C1∼C10의 알킬 또는 아릴이며 X는 할로겐이고 n은 1 내지 3의 정수이다.In addition to the HBM compounded catalyst of the present invention, an organometallic compound may be used as a promoter. The organometallic compound is preferably an alkylaluminoxane or an organoaluminum compound and the alkylaluminoxane is more preferably methylaluminoxane or modified methylaluminoxane and the organoaluminum compound is more preferably Al RnX 3 -n . Wherein R is C 1 -C 10 alkyl or aryl, X is halogen and n is an integer from 1 to 3.

이하 본 발명을 실시예로 설명하겠으나, 본 발명이 실시예에 한정되어 있는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in Examples, but the present invention is not limited to the Examples.

다음 실시예에서 제조촉매의 구조 및 성분조성, 촉매활성 중합체의 녹는점 및 결정화온도, 분자량과 구조등은 아래의 방법으로 구하였다.In the following examples, the structure and composition of the preparation catalyst, melting point and crystallization temperature, molecular weight and structure of the catalytically active polymer were determined by the following method.

(1) 촉매의 구조 및 성분조성(1) Structure and composition of catalyst

촉매의 구조는 수소 및 탄소핵자기공명분석기(H-NMR 및 C-NMR)으로 조사하였으며, 촉매성분과 조성은 유도프라즈마분광분석기(ICP)로 분석하였다.The structure of the catalyst was investigated by hydrogen and carbon nuclear magnetic resonance analyzers (H-NMR and C-NMR), and the catalyst component and composition were analyzed by inductive plasma spectroscopy (ICP).

(2) 에틸렌의 중합(2) polymerization of ethylene

에틸렌의 중합은 외부온도조절장치, 자기교반기, 단량체와 질소를 공급할 수 있는 밸브가 있는 유리반응기에서 행하였다. 질소치환된 유리반응기에 정제한 톨루엔과 공촉매인 MAO를 필요량 투입하고 충분히 교반한 후 에틸렌으로 포화시켰다. 그다음 필요량의 촉매로 중합을 개시시켰다. 일정시간 후 약간의 메탄올을 넣어 중합을 종결시켰다. 얻은 혼합물을 염산이 첨가된 다량의 메탄올에 부어 중합체를 얻고 물과 메탄올로 세척한다음 진공건조하였다.The polymerization of ethylene was carried out in an external thermostat, a magnetic stirrer, and a glass reactor with a valve capable of supplying monomers and nitrogen. Toluene and co-catalyst, MAO, which were purified, were added to a nitrogen-substituted glass reactor and stirred sufficiently, followed by saturation with ethylene. The polymerization was then initiated with the required amount of catalyst. After some time, a little methanol was added to terminate the polymerization. The resulting mixture was poured into a large amount of methanol added with hydrochloric acid to obtain a polymer, washed with water and methanol and dried in vacuo.

(3) 촉매활성(3) catalytic activity

중합에서 얻은 폴리에틸렌(PE)의 무게를 측정하여 촉매활성을 kg PE/g Zr-atm-h로 나타내었다.The weight of polyethylene (PE) obtained in the polymerization was measured and the catalytic activity was expressed as kg PE / g Zr-atm-h.

(4) 녹는점과 결정화온도(4) melting point and crystallization temperature

중합체의 녹는점과 결정화온도는 시차열분석기(DSC)로 측정하였으며, 시편을 200℃까지 승온시켜 5분간 방치한 후 냉각 승온시키면서 측정하였고 승온 및 감온속도는 20℃/분이었다.Melting point and crystallization temperature of the polymer was measured by differential thermal analyzer (DSC), and the specimen was heated to 200 ° C. and left for 5 minutes, and then cooled and warmed up to 20 ° C./min.

(5)중합체의 분자량과 구조(5) Molecular weight and structure of the polymer

분자량은 삼염화벤젠을 용매로하여 겔투과크로마토그라피(GPC)로 측정하였으며, 구조는 탄소핵자기공명분석기(C-NMR)로 분석하였다.The molecular weight was measured by gel permeation chromatography (GPC) using benzene trichloride as a solvent, and the structure was analyzed by a carbon nuclear magnetic resonance analyzer (C-NMR).

실시예 1: 테트라메틸디실록산비스(η5-시클로펜타디에닐)지르코늄 디클로라이드 합성Example 1: Tetramethyldisiloxanebis (η 5 -cyclopentadienyl) zirconium dichloride synthesis

(a) 1,3-디시클로펜타디에닐테트라메틸디실록산 합성(a) Synthesis of 1,3-dicyclopentadienyltetramethyldisiloxane

1,3-디클로로테트라메틸디실록산 10 mmol을 THF 50ml에 녹인후 소듐 사이클로펜타디에닐라이드(2.0M THF 용액) 20 mmol 을 -78℃에서 서서히 첨가하고, 혼합물을 상온에서 5시간 정도 반응시킨다. 반응 후 용매를 제거하고 헥산을 가한 후 여과하여 반응 중 생성된 LiCl을 제거한다. 여과된 용액에서 용매를 제거하면 노란색 액체의 목적 생성물이 90%의 수율로 얻어진다.After dissolving 10 mmol of 1,3-dichlorotetramethyldisiloxane in 50 ml of THF, 20 mmol of sodium cyclopentadienylidene (2.0 M THF solution) was slowly added at -78 ° C, and the mixture was allowed to react at room temperature for about 5 hours. After the reaction, the solvent was removed, hexane was added, and then filtered to remove LiCl generated during the reaction. Removal of the solvent from the filtered solution yields the desired product as a yellow liquid in 90% yield.

(b) 테트라메틸디실록산비스(η5-사이클로펜타디에닐)지르코늄 디클로라이드 합성(b) Tetramethyldisiloxane bis (η 5 -cyclopentadienyl) zirconium dichloride synthesis

(i) ZrCl4로부터의 합성 경로(i) Synthetic route from ZrCl 4

합성된 1,3-디사이클로펜타디에닐테트라메틸디실록산 합성 10 mmol을 THF 50ml에 녹인후 n-부틸리튬 20 mmol 을 -78℃에서 첨가하고, 상온에서 3-5시간 교반시켜 -2가리튬을 만든다. 이 용액을 미리 준비된 ZrCl420mmol THF 용액과 -78℃에서 혼합하고, 혼합된 용액을 상온에서 10-15시간 동안 반응시킨 후 용매를 제거한다. 여기에서 CH2Cl230ml를 첨가하고 여과하여 LiCl을 제거한 다음 여과된 헥산 50ml를 첨가하여 생성물을 재결정시킨다. 재결정된 고체 생성물을 CH2Cl2또는 톨루엔 용액에서 다시 재결정하면 목적 생성물을 50%의 수율로 얻는다.10 mmol of the synthesized 1,3-dicyclopentadienyltetramethyldisiloxane was dissolved in 50 ml of THF, and 20 mmol of n-butyllithium was added at -78 ° C, and stirred at room temperature for 3-5 hours to give -divalent lithium. Make This solution is mixed with a pre-prepared ZrCl 4 20mmol THF solution at -78 ° C, and the mixed solution is reacted at room temperature for 10-15 hours, and then the solvent is removed. Here, 30 ml of CH 2 Cl 2 is added, filtered to remove LiCl, and then 50 ml of filtered hexane is added to recrystallize the product. The recrystallized solid product is recrystallized again in CH 2 Cl 2 or toluene solution to give the desired product in 50% yield.

(ii) ZrCl2Me2로부터의 합성 경로(ii) synthetic route from ZrCl 2 Me 2

전절에서 사용한 방법으로 10 mmol의 1,3-디사이클로펜타디에닐테트라메틸디실록산 용액의 -2가 리튬 용액을 제조한다. 다른 플라스크에 20 mmol ZrCl4를 THF 50ml에 넣은 후 MeLi 40mmol을 -78℃에서 서서히 첨가하여 ZrCl2Me2용액을 만든다. 두 종류의 용액을 -78℃에서 혼합하여 2-3시간 교반한 다음 상온에서 10시간동안 반응시키고 HCl을 통과시킨다. HCl 통과가 끝난 후 용매를 제거하고 생성물 분리 및 정제 과정을 거쳐 최종 생성물을 분리한다.In the method used in the previous section, a -divalent lithium solution of 10 mmol of 1,3-dicyclopentadienyltetramethyldisiloxane solution was prepared. In another flask, 20 mmol ZrCl 4 was added to 50 ml of THF, and 40 mmol of MeLi was slowly added at -78 ° C to prepare a ZrCl 2 Me 2 solution. The two solutions are mixed at −78 ° C., stirred for 2-3 hours, reacted at room temperature for 10 hours, and passed through HCl. After passing through HCl, the solvent is removed and the final product is separated by product separation and purification.

실시예 2: 테트라메틸디실록산비스(η5-사이클로펜타디에닐)지르코늄 디메틸레이트 합성Example 2: Tetramethyldisiloxanebis (η 5 -cyclopentadienyl) zirconium dimethylate synthesis

(a) ZrCl4로부터의 합성경로(a) Synthetic route from ZrCl 4

전절에서 합성된 테트라메틸디실록산(η5-사이클로펜타디에닐)지르코늄 디클로라이드 10 mmol을 THF 50ml에 녹인 후 -78℃에서 20mmol의 메틸리튬을 서서히 적가한다. 첨가가 끝난후 2-5시간동안 상온에서 교반시킨 후 용매를 제거하고 에테르 50ml를 넣는다. LiCl을 제거하고, -30℃에서 재결정하면 검은 갈색의 생성물이 50% 수율로 분리된다.10 mmol of tetramethyldisiloxane (η 5 -cyclopentadienyl) zirconium dichloride synthesized in the previous section was dissolved in 50 ml of THF, and 20 mmol of methyllithium was slowly added dropwise at -78 ° C. After the addition, the mixture was stirred at room temperature for 2-5 hours, then the solvent was removed and 50 ml of ether was added thereto. LiCl is removed and recrystallized at -30 ° C to separate the dark brown product in 50% yield.

(b) ZrCl2Me2로부터의 합성 경로(b) Synthetic route from ZrCl 2 Me 2

실시예 1의 (b)-(ii)의 방법에서 HCl을 통과시키기 전의 반응에 용액을 취하여 용매를 제거하고 에테르를 첨가한 후 여과하여 LiCl을 제거한다. 여과된 용액을 -30℃에서 재결정하여 목적 생성물을 50%의 수율로 얻는다.In the method of (b)-(ii) of Example 1, the solution was taken to the reaction before passing HCl, the solvent was removed, ether was added, and then filtered to remove LiCl. The filtered solution is recrystallized at -30 ° C to give the desired product in 50% yield.

실시예 3: 에틸렌의 중합과 PE 중합체의 열적 성질 및 구조Example 3 Polymerization of Ethylene and Thermal Properties and Structure of PE Polymers

(1) 본 특허 촉매의 특성(1) Characteristics of this patent catalyst

본 특허에서 제조한 촉매(HBM)의 특성을 조사하기 위하여 에틸렌의 중합에 일반적으로 사용될 수 있는 몇가지 메탈로센 중합촉매 또는 HBM에 대한 촉매활성을 구하고 이때 얻은 폴리에틸렌(PE)의 용융온도와 결정화온도를 조사하였다. 그 결과를 상품화되어 있는 PE 제품의 것과 비교하여 아래의 표 1에 나타내었다.In order to investigate the properties of the catalyst (HBM) prepared in the present patent, the catalytic activity of several metallocene polymerization catalysts or HBM which can be generally used for the polymerization of ethylene is obtained, and the melting and crystallization temperatures of polyethylene (PE) obtained at this time are obtained. Was investigated. The results are shown in Table 1 below, compared to that of commercialized PE products.

표 1 촉매종류에 따른 촉매활성과 중합체 PE의 열적성질Table 1 Catalytic Activity and Thermal Properties of Polymer PE According to Catalyst Type

촉매활성 : kg PE/g Zr-atm-h, * 소량의 프로필렌 존재시Catalytic activity: kg PE / g Zr-atm-h, * in the presence of a small amount of propylene

(2) 중합조건에 따른 중합체의 열적 성질(2) Thermal Properties of Polymers under Polymerization Conditions

앞에서 제조한 촉매 HBM을 MAO 메틸알루민옥산 공촉매와 함께 사용하여 소량의 프로필렌 존재시 에틸렌을 중합할 수 있으며, 이때 MAO 와 촉매의 양 및 중합온도 등이 촉매활성과 중합체의 열적 성질에 미치는 영향을 조사하여 표 2에 나타내었다.The above-mentioned catalyst HBM can be used together with the MAO methylaluminoxane co-catalyst to polymerize ethylene in the presence of a small amount of propylene, and the effects of the amount of MAO and the catalyst and the polymerization temperature on the catalytic activity and the thermal properties of the polymer It is shown in Table 2 to investigate.

표 2 HBM에서 촉매성분의양 및 중합온도에 따른 촉매활성과 중합체 열적성질Table 2 Catalytic Activity and Polymer Thermal Properties According to Catalyst Content and Polymerization Temperature in HBM

촉매활성 : kg PE/g Zr-atm-h.Catalytic activity: kg PE / g Zr-atm-h.

본 특허에서 제조한 촉매(HBM)를 사용하여 에틸렌을 중합할 경우에 중합활성이 Cp2ZrCl2의 것보다는 작았으나, Et(Ind)2ZrCl2를 사용한 촉매활성과는 유사하였다.HBM으로 중합하여 얻는 PE의 용융온도 및 결정화온도가 다른 촉매에서 얻은 중합체나 HDPE의 것과 유사하였으나, 소량의 프로필렌 존재시 얻은 중합체(KPE)의 열적 성질은 LLDPE 및 LDPE의 것과는 비슷하였다. 촉매성분비 또는 중합온도, 수소첨가량등을 변화시킴에 따라 KPE의 분자량은 103∼105, 특히 5,000∼200,000에 걸쳐 조절할 수 있으며, 이때의 분자량분포도는 1.5∼3.0 정도로 작다.The polymerization activity was lower than that of Cp 2 ZrCl 2 when the ethylene was polymerized using the catalyst (HBM) prepared in this patent, but similar to the catalytic activity using Et (Ind) 2 ZrCl 2 . Melt and crystallization temperatures of PE obtained by polymerization with HBM were similar to those of other polymers or HDPE obtained in other catalysts, but the thermal properties of the polymers obtained in the presence of small amounts of propylene (KPE) were similar to those of LLDPE and LDPE. The molecular weight of KPE can be adjusted over 10 3 to 10 5 , especially 5,000 to 200,000 as the catalyst component ratio, polymerization temperature, hydrogenation amount, etc., and the molecular weight distribution at this time is as small as 1.5 to 3.0.

KPE의 구조를 FT-IR 및 C-NMR등으로 조사해 본 결과 KPE에는 메틸기, 부틸기등의 가지가 존재한다는 것을 알았다. 즉 KPE에는 긴 가지가 존재하였다. 기존의 중합촉매와는 달리, 본 발명의 HBM을 촉매로하여 프로필렌의 존재시 에틸렌을 중합하면 프로필렌의 메틸기외에 긴 가지가 생성되어 제조된 중합체의 용융온도가 크게 낮아져서 가공성 및 열접착성등의 성질이 크게 개량된다. 이와같이 부틸기의 긴 가지가 생성되는 것은 소량의 프로필렌의 이량화한 후 중합되기 때문이라고 생각된다.As a result of examining the structure of KPE by FT-IR and C-NMR, it was found that branches such as methyl group and butyl group exist in KPE. That is, long branches existed in KPE. Unlike conventional polymerization catalysts, when ethylene is polymerized in the presence of propylene with HBM of the present invention as a catalyst, long branches are formed in addition to the methyl group of propylene, and the melting temperature of the produced polymer is significantly lowered, resulting in properties such as workability and heat adhesiveness. This is greatly improved. It is considered that the long branches of the butyl group are produced because they are polymerized after dimerization of a small amount of propylene.

한 종류의 HBM 중합촉매를 사용한 올레핀의 중합에서 올레핀이 이량화되고 생성된 이량체(dimer)등이 중합에 관여하여 긴 가지를 가진 중합체가 생성되는 경우는 지금까지 보고된 바가 거의 없다. 본 발명의 HBM 촉매를 사용하면 이량화와 중합을 동시에 진행시켜 다양한 폴리올레핀을 제조할 수가 있다.In the polymerization of olefins using one type of HBM polymerization catalyst, olefins are dimerized and produced dimers and the like are involved in the polymerization to produce polymers having long branches. When the HBM catalyst of the present invention is used, various polyolefins can be prepared by simultaneously proceeding dimerization and polymerization.

Claims (11)

하기 구조식(II)로 표시되는 메탈로센 화합물.Metallocene compound represented by the following structural formula (II). 상기식에서,In the above formula, M은 3-10족의 금속, 전이금속 원소 또는 란탄계 원소이고,M is a Group 3-10 metal, a transition metal element or a lanthanum element, Y1과 Y2는 서로 독립적으로 치환된 또는 치환되지 않은 사이클로펜타디에닐 또는 M과 η5결합이 가능한 시클로펜타디에닐 유도체나 유사 화합물 예를들면 인데닐 또는 플루오레닐이며,Y1 and Y2 are independently substituted or unsubstituted cyclopentadienyl or cyclopentadienyl derivatives or similar compounds capable of η 5 bonds with M such as indenyl or fluorenyl, A1과 A2는 서로 독립적으로 4B족 원소이며, A1과 Y1 또는 A2와 Y2 사이에는 간격자 SP가 끼일수 있으며,A1 and A2 are each independently a group 4B element, and the spacer S P may be interposed between A1 and Y1 or A2 and Y2, 간격자 SP는 예를들면 탄소, 산소, 질소 또는 인이고,The spacer S P is for example carbon, oxygen, nitrogen or phosphorus, E는 헤테로원자 바람직하게는 질소, 산소, 인 또는 황이며 Y1 과 Y2 리간드 사이의 자리를 형성하고,E is a heteroatom, preferably nitrogen, oxygen, phosphorus or sulfur, forming a site between the Y1 and Y2 ligands, R1∼R4는 서로 독립적으로 수소, 알킬, 아릴, 실릴, 알콕시, 아릴옥시, 실록시 및 할로겐으로 이루어진 군에서 선택된, 이들의 조합으로 된 기이거나, -Sp-Sup(여기서 SP는 상기 정의한 바와같고 Sup는 지지체이다)이고,R 1 to R 4 are each independently a group selected from the group consisting of hydrogen, alkyl, aryl, silyl, alkoxy, aryloxy, siloxy and halogen, or a combination thereof, or -Sp-Sup wherein S P is as defined above. And Sup is the support) X는 수소, 알킬, 아릴, 실릴, 알콕시, 아릴옥시, 실록시 및 할로겐으로 이루어진 군에서 선택된 기이거나, 이들의 조합으로 이루어진 기이며,X is a group selected from the group consisting of hydrogen, alkyl, aryl, silyl, alkoxy, aryloxy, siloxy and halogen, or a group consisting of a combination thereof, n은 금속의 종류와 원자가에 따라 0-4까지의 값을 가지며,n has a value from 0 to 4 depending on the type and valency of the metal, m은 1 혹은 2이며, m이 2일 경우에는 M이 Y1 과 Y2중 하나에만 결합되어있고,m is 1 or 2, when m is 2, M is bound to only one of Y1 and Y2, Z는 비배위(Non-coordinating) 음이온으로 Y가 포함된 금속 양이온 부분에 배위되지 않거나 매우 약하게 배위하여 다른 루이스염기(Lewis base)가 양이온의 Y가 포함된 금속 부분과 작용하는 것을 방해하지 않는 음이온을 말하며, 바람직하게는 [BQ1Q2Q3Q4]-이며 여기서 B는 원자가가 3가 상태인 Boron이며, Q1-Q4는 각기 독립적으로 수소음이온, 디알킬아미도, 알콕시드, 아릴옥시드, 수소카르빌, 치환된 수소카르빌 및 유기메탈로이드로 이루어진 군에서 선택된 라디칼이며 Q1-Q4중 한개는 할로겐화물(halide)일 수 있다. Z is a non-coordinating anion, an anion that is not or very weakly coordinated with the Y-containing metal cation moiety and does not prevent other Lewis bases from interacting with the Y-containing metal part of the cation. , Preferably [BQ 1 Q 2 Q 3 Q 4 ] - , wherein B is Boron having a valence trivalent state, and Q 1 -Q 4 are each independently hydrogen anion, dialkylamido, alkoxide, A radical selected from the group consisting of aryloxide, hydrogen carbyl, substituted hydrogen carbyl and organic metalloid and one of Q 1 -Q 4 may be a halide . 제 1항의 화합물을 고분자 중합의 촉매로 사용하는 방법.A method of using the compound of claim 1 as a catalyst for polymer polymerization. 제 2항에 있어서, 상기 화합물을 실리카, 알루미나, 염화마그네슘, 제올라이트 또는 인산 알루미늄으로 된 지지체에 담지시킨 방법.The method according to claim 2, wherein the compound is supported on a support made of silica, alumina, magnesium chloride, zeolite or aluminum phosphate. 제 2항에 있어서, 상기 화합물이 실리카, 알루미나, 염화마그네슘, 제올라이트 또는 인산알루미늄으로 된 지지체를 개질하여 표면에 결합되어 있는 방법.The method of claim 2, wherein the compound is bonded to the surface by modifying a support made of silica, alumina, magnesium chloride, zeolite or aluminum phosphate. 제 1항의 화합물을 그대로, 지지체에 담지 또는 지지체에 결합시킨 촉매를 사용하여 비닐단량체를 단독중합 또는 공중합하여 단독중합체 또는 공중합체를 제조하는 방법.A method for producing a homopolymer or a copolymer by homopolymerizing or copolymerizing a vinyl monomer by using the catalyst of claim 1 supported on a support or bonded to a support. 제 5항에 있어서, 상기 촉매의 양을 상기 비닐 단량체 기준으로 10-7- 10-4몰/l를 사용한 제조방법.6. The process according to claim 5, wherein the amount of the catalyst is 10 -7-10 -4 mol / l based on the vinyl monomer. 제 5항 또는 제 6항에 있어서, 비닐단량체가 α-올레핀, 에틸렌, 고리올레핀, 디엔 또는 디올레핀인 제조방법.The process according to claim 5 or 6, wherein the vinyl monomer is an α-olefin, ethylene, cyclic olefin, diene or diolefin. 제 7항에 있어서, 비닐단량체가 에틸렌 또는 프로필렌인 제조방법.8. A process according to claim 7, wherein the vinyl monomer is ethylene or propylene. 제 5항 또는 제 6항에 있어서, 상기 촉매외에 유기금속화합물을 조촉매로 더 사용하는 방법.The method according to claim 5 or 6, wherein an organometallic compound is further used as a promoter in addition to the catalyst. 제 9항에 있어서, 유기금속화합물이 알킬알루민옥산 또는 유기알루미늄 화합물인 제조방법.The method according to claim 9, wherein the organometallic compound is an alkylaluminoxane or an organoaluminum compound. 제 10항에 있어서, 상기 알킬알루민옥산이 메틸알루민옥산 또는 개질 메틸알루민옥산이고 유기알루미늄 화합물이 하기식(1)인 제조방법.The production method according to claim 10, wherein the alkylaluminoxane is methylaluminoxane or modified methylaluminoxane and the organoaluminum compound is the following formula (1). Al RnX3-n(1)Al RnX 3-n (1) 상기식에서 R은 C1- C10의 알킬 또는 아릴이며 X는 할로겐이고Wherein R is C 1 -C 10 alkyl or aryl and X is halogen n은 1 내지 3의 정수이다.n is an integer of 1-3.
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