KR100324723B1 - 1-데센의 예비중합물을 사용해 1-옥텐으로부터폴리알파올레핀을 제조하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 주로 산업기관유로 사용될 수 있는 고점도급의 폴리알파올레핀을 상온, 상압 하에서 고수율로 제조하는 방법에 관한 것으로서, 에틸알루미늄디클로라이드(EADC)와 t-부틸클로라이드(TBC)로 1-데센을 예비중합한 생성물을 촉매로 하여 1-옥텐과 상온, 상압 하에서 반응시키는 것에 의해 40℃에서의 동점도가 90cSt 이상이고, 점도지수가 135 이상인 고점도급 폴리알파올레핀을 제조할 수 있다.

Description

1-데센의 예비중합물을 사용해 1-옥텐으로부터 폴리알파올레핀을 제조하는 방법{A method for preparation of polyalphaolefins by reacting 1-octene with preliminary-polymerized 1-decene}
본 발명은 에틸알루미늄디클로라이드(EADC)와 t-부틸클로라이드(TBC)로 1-데센을 예비중합한 생성물을 촉매로 이용하고 1-옥텐을 원료로 하여 주로 산업기관유로 사용될 수 있는 고점도급의 폴리알파올레핀을 상온, 상압 하에서 고수율로 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 폴리알파올레핀은 높은 점도지수와 낮은 저온 유동성으로 인하여 넓은 온도범위에서의 유동성을 갖고 있으므로 저온 유동성이 우수하고 분자량 분포가 좁아 증발감량이 적을 뿐만 아니라 안정성이 우수하여 장기간 사용이 가능하므로 자동차용 엔진오일의 기유 또는 산업기관유로 적합한 합성유이다.
따라서, 종래 산업의 발달과 함께 폴리알파올레핀의 제조에 관한 연구 또한 활발하게 진행되고 있는 실정이며, 그 내용은 다음과 같다.
USP 4,532,061호에는 R3Al2X3또는 RnAlX3-n(식중, R은 C1∼18의 알킬기, C7∼9의아릴알킬기, C7∼9의 알카릴기 또는 C6∼10의 아릴기이고, X는 Cl, Br 또는 I이며, n은 1∼3의 정수이다.)로 표시되는 알루미늄 화합물과, (-CH2CR1R2-)mYp(R1은 수소 또는 C1∼3의 알킬기이고, R2는 선형 또는 가지형 C1∼30의 알킬기이며, Y는 Cl, Br 또는 I이며, m은 3∼3000의 정수이며, p는 적어도 3이상의 정수이다.)로 표시되는 폴리할로겐화 유기탄화수소 촉매를 각각 탄소수 3이상의 알파올레핀으로 희석한 후, 이를 혼합하고 0∼60℃의 온도조건하에서 반응시켜 고점도급의 폴리알파올레핀을 제조하는 방법이 개시되어 있고, USP 4,469,910호에는 알킬알루미늄과 적어도 하나의 할라이드기를 갖는 알킬할라이드 촉매를 각각 탄소수 3이상의 알파올레핀으로 희석한 후, 이를 혼합하고 42±2℃의 온도조건하에서 반응시켜 고점도급의 폴리알파올레핀을 제조하는 방법이 개시되어 있으며, 또한, USP 4,594,469호에는 알킬알루미늄브로마이드 또는 요오드화합물과 조촉매(요오드화알킬 및 브롬화알킬로 이루어진 군에서 선택된 것)로 이루어지는 촉매 조성물과 탄소수 3이상의 알파올레핀을 반응시켜 40℃에서의 동점도가 300cSt 이상인 고점도급의 폴리알파올레핀을 제조하는 방법이 개시되어 있다.
그러나, 종래에는 상기에서 설명한 바와 같이 여러 가지 촉매와 1종의 알파올레핀, 특히 1-데센을 사용하여 폴리알파올레핀을 제조하여 왔으나 1-데센의 가격과 수요가 증가추세이므로, 원료의 공급 또한 어려워지고 있으므로, 1-데센보다 값이 싼 1-헥센이나, 1-옥텐을 원료로 사용하여 폴리알파올레핀을 제조하고 있다.그러나, 1-헥센이나 1-옥텐을 원료로 하여 제조한 폴리알파올레핀의 경우 안정성의 척도인 점도지수가 1-데센으로 제조한 폴리알파올레핀에 비해 낮은 단점이 있다.
이에, 본 발명자들은 소량의 1-데센을 사용하고도 1-데센으로 제조한 폴리알파올레핀과 유사한 점도지수를 가질 수 있는 폴리알파올레핀의 제조방법에 대하여 연구하게 되었고, 그 결과 에틸알루미늄디클로라이드(EADC)와 t-부틸클로라이드(TBC)를 촉매로 사용하여 소량의 1-데센을 예비중합한 후, 이 생성물을 1-데센보다 값이 싸고 공급이 용이한 1-옥텐과 상온, 상압 하에서 반응시킨다면 40℃에서의 동점도가 90cSt 이상이고, 점도지수가 135 이상인 폴리알파올레핀을 제조할 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명의 목적은 소량의 1-데센을 사용하여 40℃에서의 동점도가 90cSt 이상이고, 점도지수가 135 이상인 고점도급 폴리알파올레핀을 고수율로 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 제조방법은 에틸알루미늄디클로라이드(Ethyl aluminium di chloride; 이하 'EADC'라 한다)와t-부틸클로라이드(Tertiary butyl chloride; 이하 'TBC'라 한다)를 사용하여 1-데센을 예비중합한 후, 그 생성물을 촉매로 하여 1-옥텐과 상온, 상압 하에서 반응시키는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
폴리알파올레핀은 자동차용 윤활기유 또는 산업기관유로 사용될 수 있으나, 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 폴리알파올레핀은 40℃에서의 동점도가 90cSt 이상이고, 점도지수가 135 이상으로, 산업기관유로 사용될 수 있는 고점도급 오일이다.
본 발명의 제조방법은 EADC와 TBC에 의해 예비중합한 1-데센을 1-옥텐과 상온, 상압 하에서 반응시켜 목적하는 동점도 및 점도지수를 갖는 폴리알파올레핀을 얻는 방법으로, 여기서 1-옥텐과 예비중합한 1-데센의 몰비는 10~50:1의 비율로 조절하는 것이 바람직하다. 이는 몰비가 10 이하인 경우에는 사용되는 1-데센의 양이 많아서 비효율적이고, 50 이상인 경우에는 점도지수 향상효과가 거의 없기 때문이다.
한편, 본 발명의 제조방법에 있어서, 반응온도와 반응압력을 상온, 상압으로 설정하였는데, 상온은 20∼40℃의 온도 범위를 의미하는 것이고, 상압은 약 760mmHg를 의미하는 것이다.
이하, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 보다 자세히 설명하지만, 본 발명이 이들 예로만 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
1L의 반응기에 교반기, 냉각코일, 온도계를 장치한 후, 30℃를 유지시키면서 질소분위기가 되도록 질소를 흘려준 다음, 옥텐 300㎖를 넣었다. 에틸알루미늄 디클로라이드(EADC)와 t-부틸클로라이드(TBC)의 몰비가 1:1이 되도록 3.4M EADC 5.4㎖와 8.99M TBC 2.1㎖에 각각 1-데센을 섞어 21㎖가 되도록 한 후, 주사기에 담았다. 이때, 1-옥텐과 1-데센의 몰비는 10:1이다. 500㎖의 4-네크(neck) 플라스크에 교반기, 냉각코일이 장착된 응축기, 온도계를 장치한 후, 30℃를 유지시키면서 질소분위기가 되도록 질소를 흘려주었다. 교반기로 교반하면서 미량주입기를 이용하여 1-데센에 희석된 EADC와 TBC를 5분 동안 주입한 후 5분 동안 교반을 하였다. 그 후 주사기에 예중합된 위의 생성물을 빨리 담는다. 이 생성물을 1-옥텐이 담겨있는 1L의 반응기에 20분 동안 미량 주입기를 이용하여 주입하였다. 예중합된 생성물의 주입이 끝나면 30분 동안 교반시킨 후 0.1M의 NaOH 200㎖를 이용하여 촉매 잔사를 제거하였다. 잔사가 제거된 반응 생성물을 180℃ 1 torr의 조건에서 진공 증류하여 저비점 생성물과 미반응 단량체를 제거한 후 증류 잔여물을 여과과정을 거쳐 최종 생성물을 얻었다(수율: 77.3wt%). 생성된 폴리알파올레핀의 동점도 및 점도지수를 KSM 2014법에 의거하여 측정한 후, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
<실시예 2>
1-데센의 예비중합 생성물을 얻기 위해 10분 동안 미량주입기를 이용하여 1L 반응기에 주입한다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 폴리알파올레핀을 얻었다(수율: 76.8wt%). 생성된 폴리알파올레핀의 동점도 및 점도지수 또한 실시예 1과 동일한 방법으로 측정하여 표 1에 나타내었다.
<실시예 3>
실시예 1과 같은 1L 반응기에 1-옥텐 300㎖를 넣었다. EADC와 TBC의 몰비가 1:1이 되도록 3.4M EADC 5.4㎖와 8.99M TBC 2.1㎖에 각각 1-데센을 섞어 12.4㎖가 되도록 한 후 주사기에 담았다. 이때 1-옥텐과 1-데센의 몰비는 20:1이다.
실시예 1과 동일한 방법으로 예중합을 수행한 후, 동일한 방법으로 예중합 생성물을 20분 동안 미량주입기를 이용하여 1L 반응기에 주입하였다. 실시예 1과 동일한 방법으로 촉매잔사 제거, 증류 및 여과과정을 거쳐 폴리알파올레핀을 얻었다(수율: 80.4wt%). 생성된 폴리알파올레핀의 동점도 및 점도지수 또한 실시예 1과 동일한 방법으로 측정하여 표 1에 나타내었다.
<실시예 4>
실시예 1과 동일한 방법으로 촉매 및 1-데센을 주사기에 담은 후 이것을 1L 반응기에 5분동안 주입하여 예중합하였다. 5분 후, 300㎖의 1-옥텐을 미량주입기를 이용해 20분 동안 교반기로 교반하면서 예중합 생성물에 주입하였다. 실시예 1과 동일한 방법으로 촉매잔사 제거, 증류 및 여과과정을 거쳐 폴리알파올레핀을 얻었다(수율: 75.4wt%). 생성된 폴리알파올레핀의 동점도 및 점도지수 또한 실시예 1과 동일한 방법으로 측정하여 표 1에 나타내었다.
<비교예 1>
1L의 반응기에 교반기, 냉각코일, 온도계를 장치한 후 30℃를 유지시키면서 질소분위기가 되도록 질소를 흘려주었다. 여기에 1-옥텐 300㎖를 넣었다. 에틸알루미늄디클로라이드와 t-부틸클로라이드의 몰비가 1:1이 되도록 3.4M EADC 5.4㎖와 8.99M TBC 2.1㎖에 각각 1-옥텐을 섞어 21㎖가 되도록 한 후, 주사기에 담았다. 교반기로 교반하면서 미량주입기를 이용하여 1-옥텐에 희석된 EADC와 TBC를 20분 동안 주입하였다. 주입이 끝나면 30분 동안 교반시킨 후, 0.1M의 NaOH 200㎖를 이용하여 촉매 잔사를 제거하였다. 실시예 1과 같은 방법으로 증류 및 여과 과정을거쳐 폴리알파올레핀을 얻었다(수율: 80.4wt%). 생성된 폴리알파올레핀의 동점도 및 점도지수 또한 실시예 1과 동일한 방법으로 측정하여 표 1에 나타내었다.
<비교예 2>
1L의 반응기에 교반기, 냉각코일, 온도계를 장치한 후 30℃를 유지시키면서 질소분위기가 되도록 질소를 흘려주었다. 여기에 1-옥텐 300㎖와 1-데센 34.4㎖를 넣었다. 이때 1-옥텐과 1-데센의 비는 10:1이다. 비교예 1과 같은 방법으로 촉매를 준비한 후 같은 방법으로 반응기에 20분동안 주입한 후 비교예 1과 같은 방법으로 촉매잔사제거, 증류, 여과 과정을 거쳐 최종생성물을 얻었다(수율: 79.4wt%). 생성된 폴리알파올레핀의 동점도 및 점도지수 또한 실시예 1과 동일한 방법으로 측정하여 표 1에 나타내었다.
<비교예 3>
1L의 반응기에 교반기, 냉각코일, 온도계를 장치한 후 30℃를 유지시키면서 질소분위기가 되도록 질소를 흘려주었다. 여기에 1-데센 344㎖를 넣었다. 에틸알루미늄디클로라이드와 t-부틸클로라이드의 몰비가 1:1이 되도록 3.4M EADC 5.4㎖와 8.99M TBC 2.1㎖에 각각 1-데센을 섞어 21㎖가 되도록 한 후 주사기에 담았다. 교반기로 교반하면서 미량주입기를 이용하여 1-데센에 희석된 EADC와 TBC를 1L의 반응기에 20분동안 주입하였다. 주입이 끝나면 30분동안 방치한 후 0.1M의 NaOH 200㎖를 이용하여 촉매 잔사를 제거하였다. 실시예 1과 같은 방법으로 증류 및 여과과정을 거쳐 폴리알파올레핀을 얻었다(수율: 82.4wt%). 생성된 폴리알파올레핀의 동점도 및 점도지수 또한 실시예 1과 동일한 방법으로 측정하여 표 1에 나타내었다.
1-옥텐/1-데센의 몰비 예비중합시간(분) 반응시간(분) 40℃ 동점도(cSt.) 점도지수
실시예 1 10 10 20 124.6 138
2 10 10 10 94.7 135
3 20 10 20 108.4 136
4 10 10 20 101.5 135
비교예 1 0 20 77.1 130
2 10 0 20 93.5 132
3 0 0 20 103.3 139
이상의 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 1-데센을 예비중합한 것을 촉매로 사용하여 1-옥텐과 상온, 상압하에서 반응시키면, 소량의 1-데센을 사용하고도 135이상의 고점도 지수를 갖는 폴리알파올레핀을 고수율로 제조할 수 있다.

Claims (2)

  1. 에틸알루미늄디클로라이드(ethyl aluminum dichloride; EADC)와t-부틸클로라이드(t-butyl chloride; TBC)를 촉매로 사용하여 1-데센을 예비중합한 후, 이것을 촉매로 사용하여 20∼40℃의 온도, 760mmHg의 압력하에서 반응시켜 1-옥텐으로부터 40℃에서의 동점도 지수가 90cSt 이상이고, 점도지수가 135 이상인 폴리알파올레핀을 제조하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 1-옥텐과 예비중합하는데 사용한 1-데센의 몰비를 10∼50:1의 범위로 조절함을 특징으로 하는 폴리알파올레핀의 제조방법.
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