KR101464434B1 - A process for preparation of polyolefin comprising activation of a catalyst and prepolymerization - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an olefin polymerization method comprising the activation of a catalyst including a transition metal compound and a prepolymerization process. According to the present invention, unstable process factors such as polymer coagulation and chunk generation can be mitigated and the activation of the catalyst can be improved in the process of polymerizing polyolefin using a single site catalyst.

Description

촉매 활성화 및 전중합 공정을 포함하는 올레핀 중합 방법{A PROCESS FOR PREPARATION OF POLYOLEFIN COMPRISING ACTIVATION OF A CATALYST AND PREPOLYMERIZATION}Technical Field [0001] The present invention relates to an olefin polymerization process comprising a catalytic activation and a prepolymerization process.

본 발명은 전이금속 화합물을 포함하는 촉매의 활성화 및 전중합 공정을 포함하는 올레핀 중합 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an olefin polymerization process comprising an activation and a prepolymerization process of a catalyst comprising a transition metal compound.

폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀 수지는 적절한 촉매의 존재 하에서 중합 반응기내에서 제조될 수 있다. 프로필렌 모노머(monomer)가 단독으로 또는 하나 이상의 다른 모노머, 예를 들면 에틸렌과 함께 반응기로 도입되어, 폴리프로필렌 호모폴리머(homopolymer) 또는 코폴리머(copolymer)가 생산된다. 프로필렌 고분자는 반응기로부터 배출되고, 적절한 가공공정을 거친 다음, 압출기와 다이 메카니즘을 통해서 열가소성 물질로 압출되어, 일반적으로 펠렛과 같은 특별한 형태의 원재료로서의 프로필렌 고분자를 생산한다. 프로필렌 고분자 펠렛은 최종적으로 가열되고, 소정의 최종 생산품의 형태로 가공된다. 이러한 최종 생산품의 예는 파이버, (직조되거나 비-직조된)웹, 필름, 파이프, 용기 및 성형품을 포함한다. 프로필렌 폴리머로 이루어진 이러한 생산품의 다른 예들은 자동차 내ㆍ외장 부품과 같은 내구성 물품의 구성부품, 그리고 가정용 내ㆍ외장 부품을 포함한다.Polyolefin resins such as polypropylene may be prepared in a polymerization reactor in the presence of a suitable catalyst. The propylene monomer may be introduced alone or in combination with one or more other monomers, such as ethylene, to produce a polypropylene homopolymer or copolymer. The propylene polymer is discharged from the reactor, is subjected to a suitable processing step and then extruded through a extruder and a die mechanism into a thermoplastic material to produce a propylene polymer as a special form of raw material, typically pellets. The propylene polymer pellets are finally heated and processed in the form of a predetermined final product. Examples of such end-products include fibers, (woven or non-woven) webs, films, pipes, containers and molded articles. Other examples of such products made of propylene polymers include components of durable articles such as automotive interior and exterior parts, and interior and exterior parts for household use.

폴리프로필렌 호모폴리머 및 코폴리머 생산에 적절한 반응기의 한 형태는 벌크 연속회분식(Bulk CSTR) 반응기이다. 반응기로 주입되는 프로필렌은 중합을 위한 단량체 역할 외에 촉매를 분산시키는 희석제, 중합 중에 발생된 열을 제거하는 제열제 등의 역할을 동시에 수행한다. 연속으로 주입되는 프로필렌으로부터 생성된 폴리프로필렌 중합체와 반응에 참여하지 않은 미반응 상태의 프로필렌은 연속으로 배출된다. 둘 이상의 벌크 연속회분식 반응기가, 예를 들면 연속해서 연결될 수 있다. 이러한 방식에서, 소정의 폴리머 특성을 성취하기 위해서, 각 반응기의 중합 조건은 동일하거나 상이할 수 있다. 변동될 수 있는 중합 조건의 예는 온도, 압력, 단량체 함량, 공단량체(co-monomer) 함량, 촉매, 조촉매(co-catalyst) 및 수소 농도 등이다. One type of reactor suitable for the production of polypropylene homopolymers and copolymers is the Bulk CSTR reactor. The propylene injected into the reactor serves not only as a monomer for polymerization, but also as a diluent for dispersing the catalyst and as an emulsifier for removing heat generated during the polymerization. The polypropylene polymer produced from the continuously injected propylene and the unreacted propylene not participating in the reaction are continuously discharged. Two or more bulk continuous batch reactors may be connected, for example, continuously. In this way, in order to achieve certain polymer properties, the polymerization conditions of each reactor may be the same or different. Examples of polymerization conditions that can be varied include temperature, pressure, monomer content, co-monomer content, catalyst, co-catalyst and hydrogen concentration.

연속회분식 반응기를 사용하여 프로필렌과 예를 들면, 에틸렌과 같은 공단량체와 공중합을 하는 경우, 비결정질 함량이 증가하게 된다. 이러한 비결정질 함량은 반응기 내부에서 중합된 중합체의 표면을 끈적이게 하거나, 반응 매질인 액상의 프로필렌으로 빠져나와 반응기 벽 면, 교반기, 혹은 이송을 위한 관 벽에 침착되게 된다. 이렇게 침착된 폴리머의 경우 침착된 채로 운전 중 청크(chunk)로 성장하게 되어 운전 상의 불안정 요인을 제공하게 된다. 또한 입자 표면의 끈적거림으로 인해 입자 상호 간에 뭉침 현상이 발생하기도 한다. 특히 이러한 현상은 촉매 특성상 초기의 높은 활성으로 인해 반응기로 주입된 직후 반응열이나 촉매가 분산되기 전에 반응이 활발하게 진행됨으로 인해 발생하기도 한다. When a continuous batch reactor is used to copolymerize with a comonomer such as propylene and, for example, ethylene, the amorphous content is increased. Such an amorphous content causes the surface of the polymer polymerized in the reactor to become sticky or to escape into the liquid propylene as the reaction medium and to be deposited on the wall surface of the reactor, the agitator, or the tube wall for transfer. In the case of such a deposited polymer, it is deposited and grown as a chunk during operation, thereby providing instability factors in operation. Also, due to stickiness of the particle surface, aggregation may occur between the particles. Particularly, this phenomenon is caused by the reaction heat immediately after being injected into the reactor due to the initial high activity due to the characteristics of the catalyst, or the reaction is actively proceeded before the catalyst is dispersed.

그러므로, 일반적으로 연속 회분식 반응기를 사용하여 폴리프로필렌을 중합하는 경우, 촉매의 입자를 공단량체없이 미리 전중합시켜 반응기로 주입시키도록 하여 초기의 반응을 억제하고, 반응열이 반응기 내에서 잘 분산되도록 함으로써 제어하는 방법은 잘 알려져 있다. 기존의 방법은 회분식 반응기 내에서 촉매를 헥산과 같은 불활성 탄화수소에 분산 시킨 후 프로필렌 중합을 하여 전중합 촉매를 제조한 후, 이를 중합 반응기에 연속적으로 투입하도록 하는 방법이다. 그러나, 이와 같은 방법을 사용하여 메탈로센 촉매 등과 같은 단일 활성점 촉매를 전중합하는 경우 촉매 활성이 저하되고, 불규칙한 입자가 형성되며, 특히 전중합 촉매 주입 과정에서 노즐 막힘 현상이 발생되었으며, 전중합 촉매를 주입하기 위해 저장하는 시간에 따라 활성 저하가 확인되었다.Therefore, in general, when polypropylene is polymerized by using a continuous batch reactor, the particles of the catalyst are pre-polymerized in advance without comonomers to be injected into the reactor, thereby suppressing the initial reaction and allowing the reaction heat to be well dispersed in the reactor The way to control is well known. In the conventional method, a catalyst is dispersed in inert hydrocarbons such as hexane in a batch reactor, propylene polymerization is carried out to prepare a prepolymerized catalyst, and the catalyst is continuously introduced into a polymerization reactor. However, when such a method is used to pre-polymerize a single site catalyst such as a metallocene catalyst, the catalytic activity decreases and irregular particles are formed. In particular, nozzle clogging occurs during the injection of the prepolymerization catalyst, The decrease in activity was confirmed by the time of storage for the injection of the polymerization catalyst.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술들의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 폴리올레핀 수지를 제조하기 위해 촉매 활성화 공정 및 개선된 전중합 공정을 도입함으로써 촉매의 효율을 증가시키고, 중합체의 형상을 양호하게 유지시키며, 중합 공정의 안정성을 높일 수 있는 올레핀 중합 방법을 제공하고자 하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to overcome the problems of the prior art as described above, and it is an object of the present invention to increase the efficiency of a catalyst by introducing a catalyst activation process and an improved prepolymerization process to produce a polyolefin resin, And to provide an olefin polymerization method capable of maintaining the shape well and improving the stability of the polymerization process.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 발명자들은 기존의 벌크 연속식 회분 반응기를 사용한 폴리올레핀의 제조에 있어서, 비결정성 폴리머의 함량이 증가하면서, 입자 상호간의 뭉침 현상 및 청크가 발생할 수 있으며, 이로 인해 반응기 벽면에 점착되어 파울링을 유발하거나, 불규칙한 입자 형상으로 인해 이송 중 문제 발생을 해결하기 위하여 연구를 거듭한 결과, 이러한 현상을 촉매의 신규한 활성화와 전중합 공정을 통해 개선할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하였다.In order to solve the above problems, the inventors of the present invention have found that, in the production of a polyolefin using a conventional bulk continuous batch reactor, the content of the amorphous polymer increases and aggregation and chunks may occur between the particles, As a result, it is possible to improve this phenomenon through the new activation of the catalyst and the prepolymerization process as a result of repeated research to solve the problem during transport due to irregular particle shape or fouling caused by adhesion to the wall surface of the reactor And completed the present invention.

따라서, 본 발명은 전이금속 화합물을 포함하는 촉매를 활성화 시킨 후, 활성화된 촉매와 올레핀 단량체를 연속적으로 전중합 반응기로 도입하여 전중합시키고, 전중합 촉매와 미반응 올레핀을 포함하는 전중합 결과물을 중합 반응기로 연속적으로 주입하는 것을 특징으로 하는 올레핀 중합 방법을 제공한다.Accordingly, the present invention relates to a process for producing a prepolymerized catalyst, which comprises activating a catalyst containing a transition metal compound, continuously introducing an activated catalyst and an olefin monomer into a prepolymerization reactor, And then continuously injected into the polymerization reactor.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.

촉매 성분Catalyst component

본 발명에 있어서, 상기 전이금속 화합물을 포함하는 촉매는 단일 활성점 전이금속 화합물을 포함하는 촉매인 것이 바람직하고, 구체적으로는 지글러-나타 촉매 또는 메탈로센 촉매인 것이 바람직하다.In the present invention, the catalyst containing the transition metal compound is preferably a catalyst containing a single active transition metal compound, specifically a Ziegler-Natta catalyst or a metallocene catalyst.

통상적인 지글러-나타 촉매들은 전이금속 할라이드 및 메탈 알킬 또는 메탈 할라이드로부터 형성된 입체 특이성이며, 이소태틱 폴리프로필렌을 생산할 수 있다. 지글러-나타 촉매는 전이 금속, 예를 들면 티타늄, 크롬 또는 바나듐의 할라이드와 조촉매로서 금속할라이드 및/또는 금속알킬, 전형적으로 유기알루미늄 화합물으로부터 유도된다. 촉매는 통상적으로 마그네슘 화합물에 지지된 티타늄 할라이드로 이루어진다. 지지촉매는 알킬알루미늄 화합물, 예를 들면, 트리에틸알루미늄(TEAL), 트리메틸알루미늄(TMA), 및 트리이소부틸 알루미늄(TIBAL)과 같은 조촉매와 함께 사용될 수 있다. 통상적인 지글러-나타 촉매는 하나 이상의 내부 전자 도너와 함께 사용될 수 있다. 이들 내부 전자 도너는 촉매의 제조중 첨가될 수 있으며, 지지체와 결합되거나 또는 다른 전이금속 할라이드와 함께 복합될 수 있다.Typical Ziegler-Natta catalysts are stereospecific formed from transition metal halides and metal alkyl or metal halides, and are capable of producing isotactic polypropylene. Ziegler-Natta catalysts are derived from halides of transition metals, for example titanium, chromium or vanadium, and metal halides and / or metal alkyls, typically organoaluminum compounds, as cocatalysts. The catalyst typically consists of a titanium halide supported on a magnesium compound. The supported catalyst may be used with an alkyl aluminum compound, for example, a co-catalyst such as triethyl aluminum (TEAL), trimethyl aluminum (TMA), and triisobutyl aluminum (TIBAL). Conventional Ziegler-Natta catalysts can be used with one or more internal electron donors. These internal electron donors may be added during the preparation of the catalyst, combined with the support, or combined with other transition metal halides.

프로필렌을 중합하는데 유용한 다른 촉매계는 메탈로센에 기초한다. 그러나, 지글러-나타 촉매들과 달리, 메탈로센은 전통적으로 벌크 연속 회분식 반응기, 벌크루프 반응기, 기상 유동층 반응기에는 사용되지 않았으며, 특히 상업적인 양의 폴리프로필렌 호모폴리머(homopolymer) 및/또는 코폴리머를 생산하는 벌크루프 반응기에는 사용되지 않았다.  Other catalyst systems useful for polymerizing propylene are based on metallocenes. However, unlike Ziegler-Natta catalysts, metallocenes have not traditionally been used in bulk continuous batch reactors, bulk loop reactors, gas phase fluidized bed reactors, and in particular commercial amounts of polypropylene homopolymers and / or copolymers Lt; / RTI > were not used in the bulk-loop reactor.

메탈로센은 일반적으로 π결합을 통해 전이 금속과 배위된 하나 이상의 리간드가 도입된 배위(coordination) 화합물로서 특정된다. 메탈로센은 전형적으로 하기 일반적 (1)로 표시되는 벌크 리간드 전이 금속 화합물이다: The metallocene is generally specified as a coordination compound into which at least one ligand coordinated with a transition metal via a [pi] bond has been introduced. The metallocene is typically a bulk ligand transition metal compound represented by the following general formula (1): < EMI ID =

[L]mM[A]n ...... (1)[L] mM [A] n (1)

여기서 L은 벌크 리간드이고, A는 리빙(leaving)기이며, 상기 리간드 L과 A는 서로 브릿지(bridge)될 수 있으며, M은 전이 금속이고, m 및 n은 총리간드 원자가가 전이금속 원자가에 상응하게 하는 정수이다.Wherein L is a bulk ligand, A is a leaving group, the ligands L and A may be bridged with each other, M is a transition metal, m and n are the total ligand valencies, .

상기 일반식 (1)로 표시되는 메탈로센 화합물로서, 바람직한 메탈로센 화합물은 시클로펜타디에닐 리간드 또는 시클로펜타디엔 유도 리간드일 수 있는 2 이상의 리간드 L을 가지는 전-샌드위치 화합물일 수 있으며, 시클로펜타디에닐 리간드 또는 시클로펜타디엔 유도 리간드일 수 있는 하나의 리간드 L을 가지는 반-샌드위치 화합물일 수 있다. 상기 전이금속 원자(M)는 주기율표 4, 5 또는 6족의 전이금속 및/또는 란탄족 및 악티늄족으로부터의 금속일 수 있다. 특히 지르코늄, 티타늄 및 하프늄이 바람직하다. 상기 전이금속에 결합될 수 있는 다른 리간드 A는 리빙기이며, 예로서 하이드로카빌, 수소 또는 다른 단원자 음이온 리간드이나, 이에 한정되지는 않는다. As the metallocene compound represented by the general formula (1), the preferred metallocene compound may be a cyclopentadienyl ligand or a pre-sandwich compound having two or more ligands L which may be a cyclopentadiene-derived ligand, Sandwich compound having one ligand L which may be a pentadienyl ligand or a cyclopentadiene derived ligand. The transition metal atom (M) may be a transition metal of Group 4, 5 or 6 of the Periodic Table and / or a metal from the group of lanthanide and actinide. Zirconium, titanium and hafnium are particularly preferred. Other ligands A that may be bonded to the transition metal are living groups, such as, but not limited to, hydrocarbyl, hydrogen or other monoanionic ligands.

본 발명에 바람직하게 사용될 수 있는 메탈로센 화합물은 시클로펜타디에닐(Cp)기가 도입된 것으로, 예를 들면 하기 일반식 (2)로 표시되는 브릿지된 메탈로센을 들 수 있다: The metallocene compound which can be preferably used in the present invention is one in which a cyclopentadienyl (Cp) group is introduced, for example, a bridged metallocene represented by the following general formula (2)

RCpCp'MeQn ........ (2)RCpCp'MeQn ........ (2)

여기서 Me는 전이금속 요소를 나타내며, Cp 및 Cp'은 각각 시클로펜타디에닐기를 나타나며, 각각 동일하거나 상이할 수 있고, 치환되거나 치환되지 않을 수 있으며, Q는 알킬 또는 다른 하이드로카빌 또는 수소기이며, n은 1~3 범위의 수일 수 있으며, R은 시이클로펜타디에닐 고리사이에서 연장되는 구조적 다리이다. Wherein Me represents a transition metal element, Cp and Cp 'each represent a cyclopentadienyl group, which may be the same or different and may be substituted or unsubstituted, Q is alkyl or other hydrocarbyl or hydrogen group, n can be a number ranging from 1 to 3 and R is a structural bridge extending between the cyclopentadienyl rings.

상기 일반식 (2)에서 Cp 및 Cp'기는 또한 직선, 가지, 또는 고리형 하이드로카르빌 라디칼에 의한 치환을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 다른 인접한 고리 구조, 예를 들면, 인데닐, 아주레닐 및 플루오레닐기를 포함하는 고리 구조를 형성하기 위해서 고리형 하이드로카르빌 라디칼에 의한 치환을 포함한다. 이들 추가적인 고리 구조는 하이드로카르빌 라디칼, 바람직하게는 C1-C20 하이드로카르빌 라디칼에 의해 치환되거나 또는 비치환될 수 있다. The Cp and Cp 'groups in the general formula (2) may also include substitution by straight, branched, or cyclic hydrocarbyl radicals, and preferably other adjacent ring structures such as indenyl, And substitution by a cyclic hydrocarbyl radical to form a ring structure comprising a fluorenyl group. These additional ring structures may be substituted or unsubstituted by hydrocarbyl radicals, preferably C1-C20 hydrocarbyl radicals.

당 기술분야에 있어서, 다양한 타입의 메탈로센 촉매가 알려져 있으며, 구체적인 예로서, 이소태틱 폴리올레핀을 생산하는 메탈로센 촉매 및 메탈로센 촉매계가 미국 특허 제4,794,060호 및 제4,975,403호에 공개되어 있으며, 이들은 본 명세서에 참고문헌으로 전부 도입되었다. 이들 특허들은 올레핀을 중합하여 이소태틱 폴리머를 형성하는 스테레오리지드(stereorigid) 메탈로센 촉매를 공개하고 있으며, 바람직하게는 상기 메탈로센 촉매는 100~400m2/g의 표면적, 0.5~3.5cc/g, 바람직하게 0.5~2cc/g의 기공체적을 가지고, 특히 고 이소태틱 폴리프로필렌의 중합에 유용한 것으로 개시하고 있다. Various types of metallocene catalysts are known in the art, and as a specific example, metallocene catalysts and metallocene catalyst systems for producing isotactic polyolefins are disclosed in U.S. Patent Nos. 4,794,060 and 4,975,403 , All of which are incorporated herein by reference. These patents disclose stereorigid metallocene catalysts that polymerize olefins to form isotactic polymers, preferably the metallocene catalyst has a surface area of 100 to 400 m 2 / g, a surface area of 0.5 to 3.5 cc / g, preferably 0.5 to 2 cc / g, particularly useful for the polymerization of high isotactic polypropylene.

메탈로센 촉매에 있어서, 전형적인 지지체는 탈크, 무기 옥사이드, 클레이 및 클레이 미네랄, 이온교환 적층 화합물, 규조토, 규산염, 또는 제올라이트, 또는 폴리올레핀과 같은 수지성 지지물질과 같은 것일 수 있다. 특정 무기 옥사이드는 실라카 및 알루미나를 포함하며, 단독으로 또는 다른 무기 옥사이드, 예를 들면 마그네시아, 티타니아, 지르코니아 등과 함께 사용된다. 비-메탈로센 전이 금속 화합물, 예를 들면 티타늄 테트라클로라이드가 또한 지지 촉매 성분에 도입될 수 있다. 지지체로 사용되는 무기 옥사이드는 평균 입경이 5~100마이크론, 비표면적이 30~2000m2/g의 특성을 갖는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 평균 입경이 5~50마이크론, 비표면적이 50~1000m2/g의 특성을 갖는다.For metallocene catalysts, typical supports may be such as talc, inorganic oxides, clay and clay minerals, ion exchange lamination compounds, diatomaceous earths, silicates, or zeolites, or resinous support materials such as polyolefins. Specific inorganic oxides include silica and alumina and are used alone or in combination with other inorganic oxides such as magnesia, titania, zirconia, and the like. Non-metallocene transition metal compounds, such as titanium tetrachloride, may also be introduced into the supported catalyst component. The inorganic oxide used as a support preferably has an average particle size of 5 to 100 microns and a specific surface area of 30 to 2000 m 2 / g, more preferably an average particle size of 5 to 50 microns, and a specific surface area of 50 to 1000 m 2 / g.

본 발명의 실시를 위해서 어떠한 조합의 메탈로센 화합물들도 사용될 수 있다. 즉, 특별히 다른 지시가 없다면, 본 명세서에서 "메탈로센"은 단일 메탈로센 성분뿐 아니라 둘 이상의 메탈로센 성분들의 조합을 포함한다. Any combination of metallocene compounds may be used for the practice of the present invention. Thus, unless otherwise indicated, the term "metallocene" as used herein includes a combination of two or more metallocene components as well as a single metallocene component.

메탈로센 화합물들은 활성 촉매계를 형성하기 위해서 몇몇 형태의 활성화제(들), 예를 들면 메틸알루미녹산(MAO) 및 임의적으로 트리알킬알루미늄 화합물(TEAL, TMA 및/또는 TIBAL)과 같은 알킬화/소거(scavenging)제와 조합되어 사용될 수 있다. 여기서 "활성화제"라는 용어는 올레핀을 폴리올레핀으로 중합하는 하나 이상의 메탈로센의 능력을 증진시킬 수 있는 어떤 화합물 또는 성분, 또는 화합물 또는 성분의 조합으로 정의된다. 통상적으로 메틸알루미녹산(MAO)과 같은 알킬알루미녹산이 메탈로센 활성화제로 주로 사용된다. The metallocene compounds may be used in combination with alkylation / elimination such as some form of activator (s) such as methylaluminoxane (MAO) and optionally trialkylaluminum compounds (TEAL, TMA and / or TIBAL) may be used in combination with a scavenging agent. The term "activator" is defined herein as any compound or component, or combination of compounds or components capable of promoting the ability of one or more metallocenes to polymerize an olefin to a polyolefin. Alkylaluminoxanes such as methylaluminoxane (MAO) are commonly used as metallocene activators.

일반적으로 알킬알루미녹산은 n개의 하기와 같은 반복단위를 포함한다:In general, alkyl aluminoxanes contain n repeating units such as:

Figure 112013044140269-pat00001
Figure 112013044140269-pat00001

여기서 R은 혼합된 알킬을 포함하는 C1~C8 알킬이다. R이 메틸인 화합물이 특히 바람직하다. 그리고, 상기 n은 약 5~40인 것이 바람직하다.Wherein R is C1 to C8 alkyl including mixed alkyl. Particularly preferred are compounds wherein R is methyl. It is preferable that n is about 5 to 40.

알루미녹산 용액, 특히 메틸알루미녹산 용액은 다양한 농도를 가지는 용액(여기서, 다른 언급이 없으면, 상기 "용액"이라는 용어는 서스펜션을 포함하는 의미이다)으로 상업적인 판매업자로부터 구매가 가능하다.Aluminoxane solutions, especially methyl aluminoxane solutions, are available from commercial vendors in solutions with varying concentrations (where the term "solution" includes suspension unless otherwise stated).

다양한 알루미녹산 제조법이 알려져 있으며, 미국 특허 제4,665,208호, 제4,952,540호, 제5,091,352호, 제5,206,199호, 제5,204,419호, 제4,874,734호, 제4,924,018호, 제4,908,463호, 제4,968,827호, 제308,815호, 제5,329,032호, 제5,248,801호, 제5,235,081호, 제5,103,031호 및 EP-A-0 561 476, EP-A-0 279 586, EP-A-0 594 218 및 WO 94/10180와 같은 제한되지 특허문헌들에 기술되어 있다(다른 언급이 없으면, "용액"이라는 용어는 서스펜션을 포함하는 혼합물을 의미한다).Various aluminoxane production processes are known and are described in U.S. Patent Nos. 4,665,208, 4,952,540, 5,091,352, 5,206,199, 5,204,419, 4,874,734, 4,924,018, 4,908,463, 4,968,827, 308,815, Limiting patents such as U.S. Patent Nos. 5,329,032, 5,248,801, 5,235,081, 5,103,031 and EP-A-0 561 476, EP-A-0 279 586, EP-A-0 594 218 and WO 94/10180 (Unless otherwise stated, the term "solution" means a mixture comprising a suspension).

이온화 활성화제가 또한 메탈로센을 활성화하기 위해서 사용될 수 있다. 이들 이온화 활성화제는 중성 또는 이온성으로, 중성 메탈로센 화합물을 이온화한다. 바람직한 예로서, 트리(n-부틸)알루미늄테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트와 같은 화합물을 들 수 있고, 또한 그러한 이온화 화합물은 활성 프로톤, 또는 이온화 화합물의 잔존이온과 결합된, 그러나 배위된 것이 아니거나 혹은 단지 느슨하게 배위된 다른 양이온을 포함할 수 있다. Ionizing activators may also be used to activate metallocenes. These ionizing activators ionize the neutral metallocene compound either neutral or ionically. As a preferable example, there may be mentioned compounds such as tri (n-butyl) aluminum tetrakis (pentafluorophenyl) borate, and such ionizing compounds may be activated protons, or those coordinated with the residual ions of ionizing compounds, Or other cation that is only loosely coordinated.

메탈로센을 활성화하기 위해서 활성화제의 조합이 또한 사용될 수 있으며, 예를 들면 알루미녹산과 이온화 활성화제의 조합인데, 이에 대하여는 WO 94/07928을 참조할 수 있다. 비-배위 음이온에 의해 활성화되는 메탈로센 양이온을 포함하는 배위 중합용 이온 촉매의 기술은 초기 기술에서 EP-A-0 277 003, EP-A-0 277 004 및 미국특허 제 5,198,401호 및 국제특허공개번호 WO92/00333에 나타나 있다. 이들 특허문헌들에서는 메탈로센(bis-Cp 및 mono-Cp)이 음이온 전구체에 의해 수소화되어 알킬/하이드라이드기가 전이금속으로부터 추출되어 양이온화되고, 비-배위 음이온에 의해서 전하-밸런스화되게 하는 바람직한 제조법을 개시하고 있다. 적절한 이온염은 테트라키스-치환된 보레이트 또는 페닐, 바이페닐 및 나프틸과 같은 플루오라이드 아릴-부재를 가지는 알루미늄 염을 포함한다. "비배위 음이온"("NCA")이라는 용어는 상기 양이온에 배위하지 않거나 또는 상기 양이온에 단지 약하게 배위되어, 중성의 루이스 염기에 의해서 충분히 치환될 수 있게 남아있는 음이온을 의미한다. "양립할 수 있는" 비배위성 음이온은 초기에 형성된 복합체가 분해할 때, 중성으로 변질되지 않는 것들이다. 더구나, 음이온은, 그것이 중성의 4배위 메탈로센 화합물과 음이온으로부터의 중성 부산물을 형성하도록 하기 위해 음이온 치환체 또는 단편을 양이온으로 이전시키지 않는다. Combinations of activators may also be used to activate the metallocene, for example a combination of aluminoxane and an ionizing activator, see WO 94/07928. The technology of ionic catalysts for coordination polymerization involving metallocene cations which are activated by non-coordinating anions is described in EP-A-0 277 003, EP-A-0 277 004 and U.S. Pat. No. 5,198, 401, Gt; WO92 / 00333. ≪ / RTI > These patent documents disclose that metallocenes (bis-Cp and mono-Cp) are hydrogenated by an anion precursor to cause alkyl / hydride groups to be extracted from the transition metal to be cationized and charge-balanced by non-coordinating anions A preferred process is disclosed. Suitable ionic salts include tetrakis-substituted borates or aluminum salts having fluoride aryl-moieties such as phenyl, biphenyl and naphthyl. The term "non-coordinating anion" ("NCA") refers to anions that do not coordinate to the cation or are only weakly coordinated to the cation and remain sufficiently displacable by the neutral Lewis base. "Compatible" non-coordinating anions are those that do not deteriorate to neutrality when the initially formed complex decomposes. Moreover, the anion does not transfer the anion substituent or fragment to the cation so that it forms a neutral byproduct from the neutral quadrature metallocene compound and the anion.

메탈로센 음이온 및 NCA를 포함하는 지지 이온 촉매에 대한 바람직한 방법이 미국 특허 제5,643,847호, 1998년 11월 2일 출원된 미국특허출원 제09184389호, 1998년 11월 2일에 출원된 미국특허출원 제09184389호에 기재되어 있다. 지지 성분을 이용시, 이들 NCA 지지 방법은 일반적으로 실리카 표면에 존재하는 하이드록실 반응성 기능성과 반응하여 루이스산이 공유 결합되도록 충분히 강한 루이스 산인 중성 음이온 전구체를 이용하는 것을 포함한다.A preferred method for a supported ion catalyst comprising a metallocene anion and NCA is disclosed in U.S. Patent No. 5,643,847, U.S. Patent Application No. 09184389 filed on November 2, 1998, U.S. Patent Application filed on November 2, 1998 0.0 > 09184389. < / RTI > With the support component, these NCA support methods generally involve the use of a neutral anion precursor which is a Lewis acid strong enough to react with the hydroxyl-reactive functionality present on the silica surface to allow covalent attachment of the Lewis acid.

활성 메탈로센 양이온 및 비배위 음이온을 생성할 수 있지만 활성 프로톤을 함유하지 않는 이온화 화합물의 이용이 또한 알려져 있다. 예를 들면 EP-A-0 426 637 및 EP-A-0 573 403을 참조할 수 있다(이들은 본 명세서에 참고 문헌으로 도입된다). 이온 촉매를 만드는 추가적인 방법은 초기에 중성 루이스산이지만 메탈로센 화합물과 이온화 반응시 양이온 및 음이온을 형성하는 이온화 음이온 전구체, 예를 들면 트리스(펜타플루오로페닐)보란을 이용하는데, 이에 대하여는 EP-A-0 520 732를 참조할 수 있다. 부가 중합용 이온 촉매는 또한 전이 금속 화합물의 금속 센타를 음이온기와 함께 금속 산화기를 함유하는 음이온 전구체에 의해서 산화함으로써 제조될 수 있으며, 이에 대하여는 EP-A-0 495 375을 참조할 수 있다. 금속 리간드가 표준 조건하에서 이온 추출을 할 수 없는 할로겐 부분(예를 들면, 비스시클로펜타디에닐 지르코늄 디클로라이드)을 포함할 경우, 이들은 리튬 또는 알루미늄 하이드라이드 또는 알킬, 알킬알루미녹산, 그리나드 시약 등과 같은 유기 금속 화합물과의 공지된 알킬화 반응을 통해서 전환될 수 있다. 활성 음이온 화합물의 첨가와 함께 또는 이전에 알킬알루미늄 화합물과 디할로-치환 메탈로센 화합물과의 반응을 기술하는 인시투(in situ) 공정에 대해서는 EP-A-0 500 944 및 EP-A1-0 570 982을 참조할 수 있다. The use of ionizing compounds which are capable of producing active metallocene cations and non-coordinating anions, but which do not contain active proton is also known. See, for example, EP-A-0 426 637 and EP-A-0 573 403, which are incorporated herein by reference. An additional method of making the ionic catalyst utilizes ionized anionic precursors, such as tris (pentafluorophenyl) boran, which are initially neutral Lewis acids, but which form cations and anions in the ionization reaction with metallocene compounds, see EP- A-0 520 732, incorporated herein by reference. The ionic catalyst for addition polymerization can also be prepared by oxidizing a metal center of a transition metal compound with an anion group and an anion precursor containing a metal oxide group, see EP-A-0 495 375 for this. If the metal ligand comprises a halogen moiety (e.g., biscyclopentadienyl zirconium dichloride) that is not capable of ion extraction under standard conditions, they may be combined with lithium or aluminum hydride or alkyl, alkylaluminoxane, Grignard reagents, Can be converted through known alkylation reactions with the same organometallic compounds. For in situ processes describing the reaction of an alkyl aluminum compound with a dihalo-substituted metallocene compound with or without the addition of an active anion compound, see EP-A-0 500 944 and EP-A1-0 570 982, incorporated herein by reference.

구체적인 예로서, 활성화제가 NCA인 경우, 바람직하게는 NCA가 먼저 지지 조성물에 첨가되고, 메탈로센 촉매의 첨가가 이어진다. 활성화제가 MAO인 경우는, 바람직하게는 MAO 및 메탈로센 촉매는 용액에 함께 용해된 다음 지지체가 MAO/메탈로센 촉매 용액과 접촉된다. 다른 방법 및 첨가 순서가 당업자에게 명백할 것이다.As a specific example, if the activator is NCA, preferably NCA is first added to the support composition followed by addition of the metallocene catalyst. If the activating agent is MAO, preferably the MAO and the metallocene catalyst are dissolved together in a solution, and then the support is contacted with the MAO / metallocene catalyst solution. Other methods and order of addition will be apparent to those skilled in the art.

본 발명에서, 상기와 같은 촉매는 희석 촉매로 제조되어 사용될 수도 있다. 바람직한 구체예로서, 벌크상 혹은 슬러리상에서 중합이 이루어지는 폴리올레핀 공정에서, 상기 촉매를 통상적으로 액상의 희석제인 불활성 탄화수소에 희석하여 슬러리 상태로서 사용할 수 있고, 이러한 희석 촉매를 전중합 반응기를 거쳐 전중합이 이루어진 후 반응기에 공급될 수 있다. 상기 희석 촉매는 전중합 반응기로 공급되기 전에 활성화를 거칠 수도 있다. 상기 희석을 위해 사용되는 액상의 불활성 탄화수소는 비극성 포화탄화수소류가 통상적으로 사용될 수 있으며, 노르말 헥산, 시클로 헥산, 노르말 부탄, 이소 부탄, 노르말 펜탄, 1-메틸 부탄, 노르말 헵탄, 미네랄 오일 등을 포함한다. 희석 촉매의 제조시, 촉매와 희석제의 비율은 촉매의 활성, 주입 시스템에 의해 달라질 수 있다. 바람직하게는, 교반기를 포함하는 회분식 저장 용기에, 희석제 1 리터당 촉매를 0.1g/L 내지 30g/L의 범위로 희석하는 것이 바람직하고, 희석 촉매 제조후 0.5 내지 10일 동안 소진하도록 하는 것이 바람직하다. In the present invention, such a catalyst may be prepared and used as a diluting catalyst. As a preferred embodiment, in a polyolefin process in which polymerization is carried out in bulk or slurry, the catalyst can be used as a slurry state by diluting it with an inert hydrocarbon, typically a liquid diluent, and the diluted catalyst is subjected to pre- And then supplied to the reactor. The diluent catalyst may be activated before being fed to the prepolymerization reactor. The liquid inert hydrocarbons used for the dilution may be a nonpolar saturated hydrocarbon usually used and include n-hexane, cyclohexane, normal butane, isobutane, n-pentane, 1-methyl butane, n-heptane, do. In the preparation of the diluted catalyst, the ratio of the catalyst to the diluent may vary depending on the activity of the catalyst and the injection system. Preferably, it is preferred to dilute the catalyst per liter of diluent to a batch storage vessel containing an agitator in the range of 0.1 g / L to 30 g / L, preferably to be exhausted for 0.5 to 10 days after the preparation of the diluting catalyst .

촉매활성화 공정Catalyst activation process

본 발명의 올레핀 중합 방법에서는, 전중합 공정을 실시하기 전에 상기 촉매 또는 희석 촉매를 알킬알루미늄 화합물과 접촉시켜 활성화시키는 단계를 포함한다. 바람직한 구체예로서, 본 발명에서는 상기 촉매 또는 희석 촉매를 전중합 반응기로 주입하기 직전에, 도 1에서 표시한 바와 같이 활성화 반응기에서 알킬알루미늄 화합물과 접촉시킨 후, 전중합 반응기로 연속적으로 주입한다. The olefin polymerization method of the present invention includes the step of activating the catalyst or the diluting catalyst by bringing into contact with the alkylaluminum compound before conducting the prepolymerization step. As a preferred embodiment, in the present invention, immediately before the catalyst or the diluting catalyst is injected into the polymerization reactor, the catalyst is contacted with the alkyl aluminum compound in the activation reactor as shown in FIG. 1, and then continuously injected into the polymerization reactor.

상기 활성화는 상기 전중합 반응기에 연속적으로 연결된 관형 활성화 반응기에서 진행되는 것이 바람직하며, 상기 알킬알루미늄 화합물은 트리메틸알루미늄, 트리에틸알루미늄, 트리이소부틸알루미늄, 트리옥틸알루미늄 및 메틸알루미녹산으로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있다.Preferably, the activation is carried out in a tubular activation reactor continuously connected to the prepolymerization reactor, wherein the alkyl aluminum compound is selected from the group consisting of trimethylaluminum, triethylaluminum, triisobutylaluminum, trioctylaluminum and methylaluminoxane .

상기 촉매의 활성화 공정에 있어서, 촉매와 알킬알루미늄의 사용비는, 촉매 중의 주활성 전이금속:알킬알루미늄 화합물의 몰비로 1:100~2000인 것이 바람직하고, 활성화 시간은 0.1~10초, 활성화 온도는 -10~30℃인 것이 바람직하다. 이와 같은 공정 조건하에서 촉매의 생산성, 중합체 형상 및 공정의 안정성이 유지될 수 있다.In the activation step of the catalyst, the ratio of the catalyst to the alkyl aluminum is preferably 1: 100 to 2,000 in terms of the molar ratio of the main active transition metal: alkyl aluminum compound in the catalyst, the activation time is 0.1 to 10 seconds, Is preferably -10 to 30 占 폚. Under such process conditions, the productivity of the catalyst, the shape of the polymer and the stability of the process can be maintained.

전중합Pre-polymerization 공정 fair

본 발명에서는, 상기와 같이 활성화 처리된 촉매 또는 희석 촉매를 중합 반응기와 연속적으로 연결된 전중합 반응기에서 올레핀 단량체와 접촉하여 일정 시간 동안 전중합시킨 후 중합 반응기로 주입한다.In the present invention, the activated catalyst or the diluted catalyst is preliminarily polymerized for a predetermined period of time in contact with the olefin monomer in a polymerization reactor continuously connected to the polymerization reactor, and then injected into the polymerization reactor.

상기 전중합 반응기는 상기 중합 반응기와 연속적으로 연결된 관형인 것이 바람직하고, 상기 전중합 시간은 0.5~5초, 전중합 온도는 0~20℃인 것이 바람직하고, 전중합 후 상기 중합 반응기로 주입되는 전중합 결과물(전중합 촉매와 미반응 올레핀 단량체의 혼합물)의 주입 속도는 0.8m/s 이상인 것이 바람직하다. 이와 같은 공정 조건하에서, 촉매의 생산성, 중합체 형상 및 중합 공정의 안정성이 유지될 수 있다.It is preferable that the prepolymerization reactor is a tubular structure continuously connected to the polymerization reactor, and the pre-polymerization time is 0.5 to 5 seconds and the pre-polymerization temperature is 0 to 20 ° C. The injection rate of the pre-polymerization product (mixture of pre-polymerization catalyst and unreacted olefin monomer) is preferably 0.8 m / s or more. Under such process conditions, the productivity of the catalyst, the shape of the polymer and the stability of the polymerization process can be maintained.

올레핀 중합Olefin polymerization

이상과 같이, 선택적인 촉매의 활성화 공정 및 전중합 공정을 거친 후의 결과물인 전중합 촉매와 미반응 올레핀 단량체의 혼합물은 전중합 반응기에 연속적으로 연결된 중합 반응기로 주입되고, 추가로 올레핀 단량체가 주입되어, 중합 반응(본중합)이 진행된다.As described above, the mixture of the prepolymerized catalyst and the unreacted olefin monomer, which is the result of the selective catalytic activation and prepolymerization, is injected into the polymerization reactor continuously connected to the prepolymerization reactor, and further the olefin monomer is injected , Polymerization reaction (main polymerization) proceeds.

본 발명의 올레핀 중합 방법에 있어서, 전중합 및 본중합에서 사용되는 상기 올레핀 단량체로는 C2 내지 C12 올레핀 단량체를 들 수 있고, 구체적으로 에틸렌, 프로필렌, 부텐, 펜텐, 메틸펜텐, 헥센, 옥텐 및 데센 등을 들 수 있다. 더욱 바람직한 올레핀 단량체는 C2 내지 C3 올레핀 단량체이고, 특히 프로필렌이 바람직하다. 또한, 예를 들어, 올레핀 불포화된 단량체, C4 내지 C18 디올레핀, 콘쥬게이트되거나 콘쥬게이트되지 않은 디엔, 폴리엔, 비닐 단량체 및 고리형 올레핀도 포함된다. 기타 단량체의 비제한적 예시에는, 예를 들어, 노르보르넨(norbornene), 노르보나디엔, 이소부틸렌, 이소프렌, 비닐벤조시클로부탄, 스티렌, 알킬 치환된 스티렌, 에틸리덴 노르보르넨, 디시클로펜타디엔 및시클로펜텐이 포함된다. Examples of the olefin monomer used in the prepolymerization and the main polymerization in the olefin polymerization method of the present invention include C2 to C12 olefin monomers. Specific examples thereof include ethylene, propylene, butene, pentene, methylpentene, hexene, And the like. More preferred olefinic monomers are C2 to C3 olefin monomers, and propylene is particularly preferred. Also included are, for example, olefinically unsaturated monomers, C4 to C18 diolefins, conjugated or unconjugated dienes, polyenes, vinyl monomers and cyclic olefins. Non-limiting examples of other monomers include, for example, norbornene, norbornadiene, isobutylene, isoprene, vinylbenzocyclobutane, styrene, alkyl substituted styrene, ethylidene norbornene, dicyclopentane Dienes and cyclopentenes.

본 발명의 올레핀 중합 방법에 의하여 제조되는 중합체로는 예를 들어, 동종중합체, 공중합체 또는 삼량체(terpolymer)가 포함된다. Polymers prepared by the olefin polymerization process of the present invention include, for example, homopolymers, copolymers or terpolymers.

본 발명에 있어서 올레핀 중합 반응은, 상기와 같이 전중합 결과물을 중합 반응기로 주입하여 수행되는 한, 그 중합 방법에 특별히 제한은 없으며, 바람직한 구체예로서, 대한민국 특허 공개번호 2003-0045647, 10-2011-0008000 등에 공지된 바와 같이 통상적인 중합 방법을 이용하여 수행될 수 있다. The olefin polymerization reaction in the present invention is not particularly limited as long as it is carried out by injecting the result of the prepolymerization into the polymerization reactor as described above, and as a preferable specific example, Korean Patent Publication Nos. 2003-0045647, 10-2011 -0008000, and the like can be used.

즉, 본 발명에 따른 올레핀 중합 방법은, 상기에서 설명된 내용 및/또는 당분야에 공지된 바와 같이 용액상, 기체상, 슬러리상, 벌크상, 고압 과정 또는 이들의 복합공정으로 중합 공정이 수행될 수 있으며, 일반적으로 하나 또는 그 이상의 올레핀 단량체를 중합시켜 중합체를 형성하는 것이 포함된다. That is, the olefin polymerization process according to the present invention can be carried out by a polymerization process in a solution phase, a gas phase, a slurry phase, a bulk phase, a high pressure process or a combination process thereof as described above and / And generally includes polymerizing one or more olefin monomers to form a polymer.

구체적으로, 슬러리 공정 또는 벌크 공정은 하나 또는 그 이상의 연속회분식(CSTR) 혹은 루프(loop) 반응기 내에서 연속적으로 실행될 수 있다. 슬러리형 또는 건조된 유동 없는(free) 분말형의 촉매는 반응기에 규칙적으로 주입될 수 있고, 선택적으로, 수소가 생성 중합체의 분자량 조절을 위하여 공정에 추가될 수 있다. 연속회분식 반응기는 예를 들어, 약 27bar 내지 약 50bar 또는 약 35bar 내지 약 45bar의 압력과, 약 38℃ 내지 약 121℃ 온도에서 유지될 수 있다.Specifically, the slurry process or the bulk process may be carried out continuously in one or more continuous batch (CSTR) or loop reactors. A slurry-like or dried, free powdery catalyst can be injected regularly into the reactor and, optionally, hydrogen can be added to the process for molecular weight control of the resulting polymer. The continuous batch reactor may be maintained at a pressure of, for example, from about 27 bar to about 50 bar, or from about 35 bar to about 45 bar, at a temperature of from about 38 ° C to about 121 ° C.

본 발명의 올레핀 중합 방법의 일구체예로서, 기체상 중합 공정의 한 예로는 연속 사이클 시스템이 포함될 수 있는데, 이때, 순환하는 기류는 중합 열에 의해 반응기 내에서 가열된다. 열은 반응기 외부의 쿨링 시스템에 의해 사이클의 다른 부분 내 순환기류로부터 제거된다. 하나 또는 그 이상의 단량체를 포함하는 순환 기류는 반응 조건에서 촉매 존재 하에 유동상(fluidized bed)을 통하여 연속적으로 순환될 수 있다. 순환 기류는 일반적으로 유동상으로부터 제거되어 반응기로 되돌려진다. 동시에, 중합체 생성물을 반응기로부터 빼내고, 새로운 단량체가 추가되어 중합된 단량체에 대체된다. 기체상 공정에서 반응기 압력은 예를 들어, 약 5bar 내지 약 30bar 범위로 다양할 수 있다. 기체상 공정에서 반응기 온도는 예를 들어, 약 3O℃ 내지 약 12O℃, 또는 약 6O℃ 내지 약 115℃ 또는 약 7O℃ 내지 약 11O℃ 또는 약 70℃ 내지 약 95℃ 범위로 다양할 수 있다.As one embodiment of the olefin polymerization process of the present invention, an example of a gas phase polymerization process may include a continuous cycle system wherein the circulating air stream is heated in the reactor by polymerization heat. The heat is removed from the circulating air stream in the other part of the cycle by the cooling system outside the reactor. Circulating air streams comprising one or more monomers can be continuously circulated through a fluidized bed in the presence of a catalyst under reaction conditions. The circulating air stream is generally removed from the fluidized bed and returned to the reactor. At the same time, the polymer product is withdrawn from the reactor and a new monomer is added to replace the polymerized monomer. The reactor pressure in the gas phase process may range, for example, from about 5 bar to about 30 bar. In a gas phase process, the reactor temperature may vary, for example, from about 30 캜 to about 120 캜, or from about 60 캜 to about 115 캜, or from about 70 캜 to about 110 캜 or from about 70 캜 to about 95 캜.

본 발명의 올레핀 중합 방법의 일구체예로서, 슬러리상 중합 공정에서는 일반적으로 촉매와 함께 올레핀 단량체 및 선택적으로 수소가 첨가된 액상 중합 매질 내에서 고형의 미립자 중합체 현탁액이 형성되는 것이 포함된다. 현탁액(희석제를 포함할 수 있음)은 반응기로부터 간헐적으로 또는 연속적으로 제거되며, 휘발 성분들은 중합체로부터 분리되어, 증류후에 선택적으로 반응기로 순환된다. 중합 매질에 이용된 액화된 희석제로는 예를 들어, C3 내지 C7 알칸(예로서, 헥산 또는 이소부탄)이 포함될 수 있다. 이용되는 매질은 일반적으로 중합 조건하에서 액체이며, 상대적으로 비활성이다. As one embodiment of the olefin polymerization process of the present invention, the slurry phase polymerisation process generally involves the formation of solid particulate polymer suspensions in a liquid phase polymerization medium with olefin monomers and optionally hydrogen added, with the catalyst. The suspension (which may include a diluent) is removed intermittently or continuously from the reactor, the volatile components are separated from the polymer and are optionally cycled to the reactor after distillation. The liquefied diluent used in the polymerization medium may include, for example, C3 to C7 alkanes (e.g., hexane or isobutane). The medium used is generally liquid under polymerization conditions and is relatively inert.

본 발명의 올레핀 중합 방법의 일구체예로서, 벌크상 중합 공정은 액상 매질이 반응체(예를 들어, 단량체)인 것만 제외하면, 슬러리상 공정과 유사하다. In one embodiment of the olefin polymerization process of the present invention, the bulk phase polymerization process is similar to the slurry phase process except that the liquid medium is a reactant (e.g., a monomer).

중합에 사용되는 원료 물질의 불순물을 제거하기 위하여, 알킬알루미늄을 사용할 수 있는데, 상기 촉매 활성화 공정에서 활성화 반응기로 주입되는 알킬알루미늄을 포함하여 전체 알킬알루미늄의 사용량은 프로필렌에 대하여 무게비로 10ppm 내지 300ppm인 것이 바람직하다.Alkylaluminum may be used to remove impurities in the raw materials used in the polymerization, wherein the total amount of alkylaluminum, including alkyl aluminum injected into the activating reactor in the catalytic activation process, is from 10 ppm to 300 ppm, .

본 발명에 의하면, 단일 활성점 촉매를 사용한 폴리올레핀의 중합시 중합체가 뭉치거나, 청크가 발생하는 공정 불안정 요인을 방지하여 중합 공정의 안정성을 향상시킬 수 있으며, 또한 촉매 활성을 개선시킬 수 있다.According to the present invention, it is possible to improve the stability of the polymerization process and to improve the catalytic activity by preventing the unstable factors of polymerization of the polymer in the polymerization of the polyolefin using the single active site catalyst or generating chunks.

도 1은 본 발명의 실시예 1에서 적용한 프로필렌 중합 공정을 모식적으로 나타낸 도면이다.Fig. 1 is a diagram schematically showing a propylene polymerization process applied in Example 1 of the present invention. Fig.

이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 구체예들일 뿐이며, 하기 실시예에 의하여 본 발명의 권리범위가 제한되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. The following examples are merely preferred embodiments of the present invention, and the scope of the present invention is not limited by the following examples.

실시예Example 1 One

촉매로는, 국제 특허공개번호 WO2009/132053 A2의 실시예 1에 의해 제조된 실리카에 Me2Si(2-Me-4-Ph-Ind)2ZrCl2가 담지된 통상의 메탈로센 담지 촉매를 사용하였다.As the catalyst, a conventional metallocene supported catalyst supported with Me 2 Si (2-Me-4-Ph-Ind) 2 ZrCl 2 supported on the silica prepared in Example 1 of International Patent Publication No. WO2009 / Respectively.

중합 반응에 사용되는 프로필렌의 불순물을 제거하기 위해 흡착 컬럼크로마토그래피를 사용하여 프로필렌을 정제하였다. 흡착 컬럼을 구성하는 충전물은 몰레큘러시브 3A, 몰레큘러시브 13X 및 Selecxsorb COS로 구성하였으며, 사용 전 질소 분위기 하에서 270℃에서 24시간 동안 활성화하였다. 상온에서 40bar의 압력 하에서 흡착컬럼을 통과하는 프로필렌의 액체 시공 속도(Liquid hourly space velocity)는 4hr- 1였다. 하기에서 사용되는 프로필렌은 모두 상기 흡착 컬럼크로마토그래피를 통과하여 정제된 것을 사용한 것이다. Propylene was purified using adsorption column chromatography to remove impurities of propylene used in the polymerization reaction. The packing constituting the adsorption column was composed of molecular sieve 3A, molecular sieve 13X and Selecxsorb COS, and was activated for 24 hours at 270 ° C in a nitrogen atmosphere before use. Liquid construction rate of propylene through the adsorption column under a pressure of 40bar at room temperature (Liquid hourly space velocity) is 4hr - and 1. All of the propylene used in the following is purified through the above adsorption column chromatography.

상기 메탈로센 담지 촉매를 노르말 헥산에 희석시킨 희석 촉매와 트리에틸알루미늄을 촉매 활성화 반응기로, 트리에틸알루미늄 중의 Al 대 상기 촉매 중의 Zr의 몰비가 300이 되도록 주입하고, 10℃에서 1초 동안 체류시킨 후 연속적으로 전중합 반응기로 주입하였다. 또한 상기 정제된 프로필렌을 전중합 반응기로 주입하여 촉매와 함께 10℃에서 1초 동안 전중합시킨 후, 그 결과물을 첫번째 연속 회분식 중합 반응기로 연속적으로 주입되도록 하였다. 이때 반응기로 주입되는 전중합 촉매와 미반응 프로필렌의 혼합물의 주입 속도는 유체의 선속이 1.1m/s가 되도록 하였다.The diluted catalyst in which the metallocene supported catalyst was diluted with n-hexane and the triethylaluminum were injected into the catalytic activation reactor so that the molar ratio of Al in the triethylaluminum to the Zr in the catalyst was 300, And then continuously injected into the polymerization reactor. The purified propylene was injected into a prepolymerization reactor, prepolymerized at 10 ° C for 1 second with a catalyst, and then the resultant was continuously injected into a first continuous batch polymerization reactor. At this time, the injection rate of the mixture of the prepolymerized catalyst and the unreacted propylene injected into the reactor was such that the flux rate of the fluid was 1.1 m / s.

또한 소거화합물, 항 파울링제 및 추가적으로 주입되는 단량체로서 프로필렌과 에틸렌 및 수소를 상기 첫번째 중합 반응기에 주입하고, 70℃로 유지하였다. 이때 첫번째 중합 반응기로 투입되는 프로필렌의 투입량은 전중합 반응기로 주입되는 양을 포함하여 총 40kg/hr로 유지하였으며, 촉매의 투입량은 1g/hr로 하였다.Also, propylene, ethylene and hydrogen were injected into the first polymerization reactor as an elimination compound, an antifouling agent and an additional monomer to be injected, and maintained at 70 캜. At this time, the amount of propylene charged into the first polymerization reactor was maintained at 40 kg / hr including the amount injected into the polymerization reactor, and the amount of catalyst input was 1 g / hr.

첫번째 중합 반응기에서 배출된 중합체와 미반응 단량체의 혼합물은 두번째 연속 회분식 반응기로 주입되어 추가적인 중합 반응이 진행되도록 하였다. 두번째 중합 반응기로 추가로 투입되는 프로필렌의 투입량은 5kg/hr로 하였으며, 온도는 64℃로 조절되었다.The mixture of the polymer discharged from the first polymerization reactor and the unreacted monomer was injected into a second continuous batch reactor to allow further polymerization to proceed. The amount of propylene charged into the second polymerization reactor was 5 kg / hr, and the temperature was adjusted to 64 ° C.

두번째 중합 반응기에서 배출된 중합체와 미반응 단량체의 혼합물은 세번째 기상 유동층 반응기로 주입되어 추가적인 중합 반응이 진행되도록 하였다. 세번째 중합 반응기로 추가로 투입되는 프로필렌의 투입량은 6kg/hr로 하였으며, 온도는 75℃로 조절되었다. The mixture of the polymer discharged from the second polymerization reactor and the unreacted monomer was injected into the third gas-phase fluidized bed reactor to allow further polymerization to proceed. The amount of propylene charged into the third polymerization reactor was 6 kg / hr, and the temperature was adjusted to 75 ° C.

각각의 중합 반응기에서 제조된 폴리프로필렌의 용융지수와 에틸렌 함량에 따라 수소와 에틸렌의 투입량을 조절하였다. 공정 안정성을 확인하기 위하여 중합 공정은 48시간 동안 진행되었다.
The amounts of hydrogen and ethylene were controlled according to the melt index and the ethylene content of the polypropylene produced in each polymerization reactor. The polymerization process was carried out for 48 hours to confirm the process stability.

실시예Example 2 2

상기 실시예 1에서, 촉매 활성화 반응기로 주입되는 트리에틸알루미늄의 주입량을 Al 대 Zr의 몰비가 600이 되도록 주입하고, 전중합 반응 시간을 3초로 하고, 전중합 반응기로부터 첫번째 중합 반응기로 주입되는 전중합 촉매와 미반응 프로필렌의 혼합물의 유체 선속을 1.5m/s로 한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
In Example 1, the injection amount of triethyl aluminum injected into the catalyst activation reactor was adjusted so that the molar ratio of Al to Zr was 600, the total polymerization reaction time was set to 3 seconds, and the amount of triethyl aluminum introduced into the first polymerization reactor The procedure of Example 1 was repeated except that the fluid linear velocity of the mixture of the polymerization catalyst and unreacted propylene was 1.5 m / s.

비교예Comparative Example 1 One

상기 실시예 1에서 전중합 반응기에서 첫번째 중합 반응기로 주입되는 전중합 촉매와 미반응 프로필렌의 혼합물의 유체 선속을 0.5m/s로 한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
The same procedure as in Example 1 was carried out except that the fluid linear velocity of the mixture of the prepolymerized catalyst and the unreacted propylene injected into the first polymerization reactor in the prepolymerization reactor in Example 1 was 0.5 m / s.

비교예Comparative Example 2 2

상기 실시예 1에서 촉매 활성화 반응기로 주입되는 트리에틸알루미늄의 주입량을 Al 대 Zr의 몰비가 1500이 되도록 주입한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
Example 1 was carried out in the same manner as in Example 1, except that the injection amount of triethyl aluminum injected into the catalyst activation reactor was changed so that the mole ratio of Al to Zr became 1500.

비교예Comparative Example 3 3

상기 실시예 1로부터 촉매 활성화 반응기에서 체류시간을 20초로 하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
The procedure of Example 1 was repeated, except that the residence time in the catalyst activation reactor was changed to 20 seconds.

비교예Comparative Example 4 4

상기 실시예 1에서 촉매 활성화 반응기에서 체류시간을 20초로 한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
The procedure of Example 1 was repeated, except that the residence time in the catalyst activation reactor was changed to 20 seconds.

비교예Comparative Example 5 5

상기 실시예 1에서 전중합 반응기에서 전중합 시간을 0.1초로 한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 실시하였다.The procedure of Example 1 was repeated, except that the total polymerization time was changed to 0.1 second in the polymerization reactor in Example 1.

비교예Comparative Example 6 6

상기 실시예 1에서 전중합 반응기에서 전중합 온도를 40℃로 한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
The procedure of Example 1 was repeated except that the polymerization temperature was set at 40 캜 in the polymerization reactor in Example 1.

비교예Comparative Example 7 7

비연속 회분식 전중합 반응기에 헥산과 트리에틸알루미늄을 주입한 후, 상기 실시예 1에서 사용된 촉매를 3.3g/L가 되도록 주입하였다. 이 때 Al 대 Zr의 몰 비는 300이 되도록 하였다. 이 후 회분식 전중합 반응기의 온도가 10℃가 되도록 유지하면서 상기 실시예 1과 같이 정제된 프로필렌을 0.34kg/hr의 유속으로 비연속 전중합을 실시하였다. 이 때 촉매의 중량 대비 프로필렌의 중량비가 5가 되도록 하였다. 전중합이 완료된 촉매는 첫번째 연속 회분식 중합 반응기로 연속적으로 주입되도록 하였다. 이때 반응기로 주입되는 전중합 촉매와 미반응 프로필렌의 혼합물의 유체 선속이 1.1m/s가 되도록 하였다. 상기 기술한 내용을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
Hexane and triethyl aluminum were injected into the non-continuous batch polymerization reactor, and the catalyst used in Example 1 was injected at a rate of 3.3 g / L. The molar ratio of Al to Zr was set to 300 at this time. Thereafter, while maintaining the temperature of the batch polymerization reactor at 10 ° C, the purified propylene was subjected to discontinuous pre-polymerization at a flow rate of 0.34 kg / hr as in Example 1 above. At this time, the weight ratio of propylene to the weight of the catalyst was adjusted to 5. The pre-polymerized catalyst was continuously injected into the first continuous batch polymerization reactor. At this time, the fluid linear velocity of the mixture of the prepolymerized catalyst and the unreacted propylene injected into the reactor was set to 1.1 m / s. The procedure of Example 1 was repeated except for the above-described contents.

상기 실시예 1~2 및 비교예 1~7은 촉매의 활성화 방법 및 전중합 방법을 달리하여 진행되었으며, 결과의 촉매 반응성, 에틸렌 함량, 중합체 형상 및 공정 안정성을 하기 표 1에 나타내었다. 중합체 형상은 구형의 본래 입자 형태를 유지하는 정도와 뭉침 현상이 발생하는 정도에 따라 구분하였으며, 공정 안정성은 전중합 반응기 및 반응기와 연결된 주입구 끝이 막히는 현상의 발생 여부에 따라 구분하였다.
The catalyst activity, ethylene content, polymer shape and process stability of the catalysts of Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 7 are shown in Table 1 below. The polymer shape was classified according to the degree of spherical original particle shape and the degree of aggregation. The process stability was classified according to the occurrence of clogging of the inlet end connected to the polymerization reactor and the reactor.

단위unit 실시예1Example 1 실시예2Example 2 비교예1Comparative Example 1 비교예2Comparative Example 2 비교예3Comparative Example 3 비교예4Comparative Example 4 비교예5Comparative Example 5 비교예6Comparative Example 6 비교예7Comparative Example 7 활성화
반응


Activation
reaction


알킬
알루미늄
Alkyl
aluminum
TEALTEAL TEALTEAL TEALTEAL TEALTEAL TEALTEAL TEALTEAL TEALTEAL TEALTEAL --
촉매
투입량
catalyst
input
g/hrg / hr 1One 1One 1One 1One 1One 1One 1One 1One --
Al/ZrAl / Zr mol/
mol
mol /
mol
300300 600600 300300 15001500 300300 300300 300300 300300 --
활성화
시간
Activation
time
second 1One 1One 1One 1One 2020 1One 1One 1One --
활성화
온도
Activation
Temperature
1010 1010 1010 1010 1010 1010 1010 1010 --
전중합
반응
Pre-polymerization
reaction
전중합
시간
Pre-polymerization
time
second 1One 33 1One 1One 1One 1010 0.10.1 1One --
전중합
온도
Pre-polymerization
Temperature
1010 1010 1010 1010 1010 1010 1010 4040 --
반응기
주입속도
Reactor
Injection rate
m/sm / s 1.11.1 1.51.5 0.50.5 1.11.1 1.11.1 1.11.1 1.11.1 1.11.1 1.11.1
PP
중합
반응
PP
polymerization
reaction
촉매
생산성
catalyst
productivity
kgpp/g촉매kgpp / g catalyst 10.510.5 9.89.8 10.710.7 4.54.5 7.37.3 9.19.1 10.710.7 7.67.6 1.51.5
에틸렌
함량
Ethylene
content
중량%weight% 2.52.5 33 22 2.22.2 2.12.1 2.32.3 1.11.1 2.52.5 1One
중합체
형상
polymer
shape
양호Good 양호Good 나쁨Poor 양호Good 양호Good 양호Good 나쁨Poor 양호Good 매우
나쁨
Extremely
Poor
공정
안정성
fair
stability
양호Good 양호Good 나쁨Poor 나쁨Poor 나쁨Poor 나쁨Poor 나쁨Poor 나쁨Poor 나쁨Poor

상기 표 1의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예들은 비교예들에 비해 높은 활성과 함께 온전한 구형에 가까운 중합체 형태를 유지하고 있으며, 전중합 반응 시 주입 라인이 막히지 않고, 안정적으로 운전되는 것을 확인하였다. 따라서 촉매 활성화 조건 및 전중합 조건에 따라 촉매 생산성을 향상시킬 수 있으며, 비이상적인 형상의 중합체 생성을 억제하고, 공정 안정성을 향상시킬 수 있었다. As can be seen from the results of the above Table 1, the examples show that the polymer is in the form of an intact spherical polymer with high activity as compared with the comparative examples, and that the injection line is not clogged during the pre-polymerization reaction and is operated stably Respectively. Therefore, it is possible to improve the catalyst productivity according to the catalyst activation condition and the pre-polymerization condition, to inhibit the formation of non-ideal shape polymer, and to improve the process stability.

Claims (11)

전이금속 화합물을 포함하는 촉매와 알킬알루미늄 화합물을, 촉매 중의 전이금속: 알킬알루미늄 중의 알루미늄 = 1:100~2000의 몰비로 접촉시켜 활성화시킨 후, 활성화 처리된 촉매와 올레핀 단량체를 연속적으로 전중합 반응기로 도입하여 전중합시키고, 전중합 촉매와 미반응 올레핀을 포함하는 혼합물을 중합 반응기로 연속적으로 주입하는 것을 특징으로 하는 올레핀 중합 방법.The catalyst containing the transition metal compound and the alkyl aluminum compound are brought into contact with each other at a molar ratio of aluminum in the transition metal: alkyl aluminum in the catalyst = 1: 100-2000 in the catalyst to activate the catalyst and the olefin monomer continuously, , And the mixture containing the pre-polymerization catalyst and the unreacted olefin is continuously injected into the polymerization reactor. 제 1항에 있어서,
상기 전이금속 화합물을 포함하는 촉매는 지글러나타 촉매 또는 메탈로센 촉매인 것을 특징으로 하는 올레핀 중합 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the catalyst comprising the transition metal compound is a Ziegler Natta catalyst or a metallocene catalyst.
제 1항에 있어서,
상기 활성화는 상기 전중합 반응기에 연속적으로 연결된 활성화 반응기에서 진행되는 것을 특징으로 하는 올레핀 중합 방법.
The method according to claim 1,
Wherein said activation proceeds in an activation reactor continuously connected to said prepolymerization reactor.
제 1항에 있어서,
상기 알킬알루미늄 화합물은 트리메틸알루미늄, 트리에틸알루미늄, 트리이소부틸알루미늄, 트리옥틸알루미늄 및 메틸알루미녹산으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 올레핀 중합 방법.
The method according to claim 1,
Wherein said alkyl aluminum compound is selected from the group consisting of trimethyl aluminum, triethyl aluminum, triisobutyl aluminum, trioctyl aluminum and methyl aluminoxane.
삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 활성화 시간은 0.1~10초인 것을 특징으로 하는 올레핀 중합 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the activation time is 0.1 to 10 seconds.
제 1항에 있어서,
상기 활성화 온도는 -10~30℃인 것을 특징으로 하는 올레핀 중합 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the activation temperature is from -10 to 30 占 폚.
제 1항에 있어서,
상기 올레핀은 프로필렌인 것을 특징으로 하는 올레핀 중합 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the olefin is propylene.
제 1항에 있어서,
상기 전중합 반응기는 상기 중합 반응기와 연속적으로 연결된 관형인 것을 특징으로 하는 올레핀 중합 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the prepolymerization reactor is a tubular reactor continuously connected to the polymerization reactor.
제 1항에 있어서,
상기 전중합 시간은 0.5~5초이고, 전중합 온도는 0~20℃인 것을 특징으로 하는 올레핀 중합 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the pre-polymerization time is from 0.5 to 5 seconds, and the pre-polymerization temperature is from 0 to 20 ° C.
제 1항에 있어서,
상기 중합 반응기로 주입되는 전중합 촉매와 미반응 올레핀을 포함하는 혼합물의 주입 속도는 0.8m/s 이상인 것을 특징으로 하는 올레핀 중합 방법.
The method according to claim 1,
Wherein an injection rate of the mixture containing the pre-polymerization catalyst and the unreacted olefin injected into the polymerization reactor is 0.8 m / s or more.
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