KR102601120B1 - 폴리에틸렌 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폴리에틸렌 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 낮은 용융 지수, 좁은 분자량 분포, 및 높은 고분자 함량을 가져 우수한 ESCR와 인장 강도를 나타내는 폴리에틸렌 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

폴리에틸렌 및 이의 제조방법{POLYETHYLENE AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}
본 발명은 폴리에틸렌 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 낮은 용융 지수, 좁은 분자량 분포, 및 높은 고분자 함량을 가져 우수한 ESCR와 인장 강도를 나타내는 폴리에틸렌 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
올레핀 중합 촉매계는 지글러 나타 및 메탈로센 촉매계로 분류할 수 있으며, 이 두 가지의 고활성 촉매계는 각각의 특징에 맞게 발전되어 왔다. 지글러 나타 촉매는 50년대 발명된 이래 기존의 상업 프로세스에 널리 적용되어 왔으나, 활성점이 여러 개 혼재하는 다활성점 촉매(multisite catalyst)이기 때문에, 중합체의 분자량 분포가 넓은 것이 특징이며, 공단량체의 조성 분포가 균일하지 않아 원하는 물성 확보에 한계가 있다는 문제점이 있다.
한편, 메탈로센 촉매는 전이 금속 화합물이 주성분인 주촉매와 알루미늄이 주성분인 유기 금속 화합물인 조촉매의 조합으로 이루어지며, 이와 같은 촉매는 균일계 착체 촉매로 단일 활성점 촉매(single site catalyst)이며, 단일 활성점 특성에 따라 분자량 분포가 좁으며, 공단량체의 조성 분포가 균일한 고분자가 얻어지는 특성을 가지고 있다.
다만, 메탈로센 촉매를 이용하여 중합한 고분자는 분자량 분포가 좁아 일부 제품에 적용할 경우 압출부하 등의 영향으로 생산성을 저하시키는 문제가 있다.
한편, 식품 용기 등으로 사용되는 수지의 경우, 우수한 가공성, 기계적 물성 및 내환경 응력 균열성이 요구된다. 따라서, 이전부터 큰 분자량, 보다 넓은 분자량 분포 및 바람직한 공단량체 분포 등을 충족하여, 용기나 보틀캡 등으로 바람직하게 사용 가능한 폴리올레핀의 제조에 관한 기술이 계속적으로 요구되고 있다.
특히, 탄산음료용 보틀캡(bottle cap)은 탄산음료 내에 4.2 vol% 이상 존재하는 이산화탄소 가스에 의해 지속적으로 표면 응력을 받게 된다. 따라서 캡의 변형이 일어나지 않도록 인장 강도(tensile strength) 특성이 매우 우수해야 하며, 보틀캡 표면의 이산화탄소 가스에 대한 저항성인 캡 크랙 저항성이 우수해야 한다..
또한, 사출 환경에 따라서 보틀캡 표면에 크랙(crack)이나 잔류 응력이 발생하는 경우가 있는데, 이 경우 고압에 의해 지속적으로 인장력을 받아 크랙이 보틀캡 표면을 따라 전파 및 성장하게 되어 보틀캡이 파괴되기 한다. 따라서, 보틀캡의 변형 및 파괴를 막기 위해서는 이를 제조하는 수지의 ESCR(Environmental stress crack resistance) 물성 또한 우수해야 한다.
이처럼 우수한 인장 강도 및 ESCR 특성을 가지는 수지를 제조하기 위해서는 좁은 분자량 분포, 낮은 용융 지수, 낮은 용융 유동율비, 높은 고분자량 함량 분포를 가질 필요가 있다.
이러한 배경에서 폴리에틸렌의 제조 시, 우수한 ESCR와 인장 강도가 확보될 수 있도록 물성과 가공성 간의 균형이 이루어진 폴리에틸렌 개발에 대한 필요성이 더욱 요구된다.
본 발명은 낮은 용융 지수, 좁은 분자량 분포, 및 높은 고분자 함량을 가져 우수한 ESCR와 인장 강도를 나타내는 폴리에틸렌 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 하기 i) 내지 v)의 조건을 만족하는 폴리에틸렌이 제공된다:
i) 23℃에서 ISO 1183-2에 따라 측정한 밀도가 0.945 내지 0.960 g/cm3;
ii) 190℃, 2.16kg의 하중 하에서 ASTM D1238에 따라 측정한 용융 흐름 지수(MFR)가 0.4 내지 2.0 g/10min;
iii) 190℃에서 ASTM D1238에 따라 측정한 용융 유동율비(MFRR, MFR 5/MFR2.16)가 3.0 내지 5.0;
iv) 분자량 분포(MWD, Mw/Mn)가 7.0 내지 15.0; 및
v) GPC 커브 그래프에서 Log Mw 값이 6.0 이상인 영역의 적분값이 전체 적분값의 2.0 내지 7.0%.
또한, 본 발명은 상기 폴리에틸렌의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 폴리에틸렌은 낮은 용융 지수, 좁은 분자량 분포, 및 높은 고분자 함량을 가져 우수한 ESCR와 인장 강도를 갖는 물품을 제조할 수 있어, 이러한 특성이 요구되는 음료 용기 또는 병 뚜껑의 제조 용도로 유용하게 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 폴리에틸렌의 GPC 그래프이다.
도 2는 본 발명의 비교예 1에 따른 폴리에틸렌의 GPC 그래프이다.
본 발명에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용되며, 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 예시적인 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 구성 요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성 요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 하기에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
발명의 일 구현예에 따르면, 하기 i) 내지 v)의 조건을 만족하는 폴리에틸렌이 제공된다:
i) 23℃에서 ISO 1183-2에 따라 측정한 밀도가 0.945 내지 0.960 g/cm3;
ii) 190℃, 2.16kg의 하중 하에서 ASTM D1238에 따라 측정한 용융 흐름 지수(MFR)가 0.4 내지 2.0 g/10min;
iii) 190℃에서 ASTM D1238에 따라 측정한 용융 유동율비(MFRR, MFR 5/MFR2.16)가 3.0 내지 5.0;
iv) 분자량 분포(MWD, Mw/Mn)가 7.0 내지 15.0; 및
v) GPC 커브 그래프에서 Log Mw 값이 6.0 이상인 영역의 적분값이 전체 적분값의 2.0 내지 7.0%.
i) 밀도
본 발명의 일 구현예에 따른 폴리에틸렌은, 23℃에서 ISO 1183-2에 따라 측정한 밀도가 0.945 g/cm3 내지 0.960 g/cm3를 만족하는 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene, HDPE)일 수 있다.
보다 구체적으로, 일 구현예에 따른 본 발명의 폴리에틸렌의 밀도는 0.945 g/cm3 이상, 또는 0.949 g/cm3 이상, 또는 또는 0.950 g/cm3 이상이면서, 0.960 g/cm3 이하, 또는 0.958 g/cm3 이하, 또는 0.956 g/cm3 이하, 또는 0.955 g/cm3 이하, 또는 0.952 g/cm3 이하일 수 있다.
ii) 용융 흐름 지수(MFR2.16)
본 발명의 일 구현예에 따른 폴리에틸렌은, 190℃, 2.16kg의 하중 하에서 ASTM D1238에 따라 측정한 용융 흐름 지수(MFR2.16)가 0.4 내지 2.0 g/10min 이다.
보다 구체적으로, 일 구현예에 따른 본 발명의 폴리에틸렌의 용융 흐름 지수(MFR)는 0.4 g/10min 이상, 또는 0.45 g/10min 이상, 또는 0.5 g/10min 이상, 또는 0.6 g/10min 이상이면서, 2.0 g/10min 이하, 또는 1.9 g/10min 이하, 또는 1.8 g/10min 이하, 또는 1.7 g/10min 이하, 또는 1.6 g/10min 이하, 또는 1.5 g/10min 이하, 또는 1.4 g/10min 이하, 또는 1.3 g/10min 이하, 또는 1.2 g/10min 이하, 또는 1.1 g/10min 이하, 또는 1.0 g/10min 이하, 또는 0.9 g/10min 이하, 또는 0.8 g/10min 이하일 수 있다.
이는 폴리에틸렌의 중량 평균 분자량이 높고, 고분자량 성분의 함량이 높다는 것을 의미하며, 이에 의해 고인장 강도와 같은 우수한 기계적 물성을 발현할 수 있다.
용융 흐름 지수(MFR2.16)가 0.4 g/10min 미만으로 너무 낮으면 흐름성이 좋지 않아 cap 사출 시 편차가 커지거나 사출압이 높아지게 되는 문제가 있고, 2.0 g/10min 를 초과할 경우 크랙 저항성이 낮아지는 문제가 있을 수 있다.
상기와 같은 낮은 용융 흐름 지수를 가짐에 따라, 본 발명의 폴리에틸렌은 캡 용도로 제조시 우수한 사출성 및 캡 크랙 저항성을 충족할 수 있다.
iii) 용융 유동율비(MFRR, MFR5/MFR2.16)
본 발명의 일 구현예에 따른 폴리에틸렌은, 190℃에서 ASTM D1238에 따라 측정한 용융 유동율비(MFRR, MFR 5/MFR2.16)가 3.0 내지 5.0 이다.
상기 MFRR는 ASTM D1238에 의거하여 상기 폴리에틸렌에 대해 190 ℃ 및 5 kg 하중 하에서 측정된 용융 흐름 지수(MFR5)를 190 ℃ 및 2.16 kg 하중 하에서 측정된 용융 흐름 지수(MFR2.16)로 나눈 값이다.
보다 구체적으로, 일 구현예에 따른 본 발명의 폴리에틸렌의 190℃에서 ASTM D1238에 따라 측정한 용융 유동율비(MFRR, MFR5/MFR2.16)가 3.0 이상, 또는 3.1 이상, 또는 3.2 이상, 또는 3.3 이상이면서, 5.0 이하, 또는 4.5 이하, 또는 4.0 이하, 또는 3.8 이하를 가진다.
용융 유동율비가 3.0 미만으로 낮으면 크랙 저항성이 낮아질 수 있고, 5.0 을 초과하여 너무 높으면 초고분자량이 많아 사출시 수지 흐름성이 좋지 않은 문제가 있을 수 있다.
상기와 같은 좁은 용융 유동율비 범위를 가짐에 따라, 본 발명의 폴리에틸렌은 우수한 ESCR 및 캡 크랙 저항성을 충족할 수 있다.
iv) 분자량 분포(MWD, Mw/Mn)
본 발명의 일 구현예에 따른 폴리에틸렌은, 분자량 분포(MWD, Mw/Mn)가 7.0 내지 15.0 이다.
보다 구체적으로, 일 구현예에 따른 본 발명의 폴리에틸렌의 분자량 분포는 7.0 이상, 또는 7.2 이상, 또는 7.5 이상, 또는 8.0 이상, 또는 9.0 이상, 또는 10.0 이상, 또는 11.0 이상이면서, 15.0 이하, 또는 14.7 이하, 또는 14.5 이하, 또는 14.0 이하, 또는 13.5 이하, 또는 13.0 이하, 또는 12.5 이하, 또는 12.0 이하일 수 있다.
본 발명에서는 상기와 같이 낮은 용융 지수에 비하여 상대적으로 좁은 분자량 분포를 가지기 때문에, 우수한 기계적 물성과 인장강도 특성을 모두 만족시킬 수 있다.
본 발명에 있어서 수 평균 분자량(Mn), 중량 평균 분자량(Mw), 및 분자량 분포는 겔 투과 크로마토그래피(GPC)를 이용하여 폴리에틸렌의 중량 평균 분자량(Mw) 및 수 평균 분자량(Mn)을 각각 측정하고, 분자량 분포로서 수 평균 분자량에 대한 중량 평균 분자량의 비(Mw/Mn)를 계산하였다.
구체적으로, 폴리에틸렌의 샘플을 Polymer Laboratories PLgel MIX-B 300mm 길이 칼럼을 이용하여 Waters PL-GPC220 기기를 이용하여 평가하였다. 평가 온도는 160°C 이며, 1,2,4-트리클로로벤젠을 용매로서 사용하였으며 유속은 1mL/min의 속도로 측정하였다. 샘플은 10mg/10mL의 농도로 조제한 다음, 200 μL 의 양으로 공급하였다. 폴리스티렌 표준을 이용하여 형성된 검정 곡선을 이용하여 Mw 및 Mn 의 값을 측정하였다. 폴리스티렌 표준품의 분자량은 2,000 / 10,000 / 30,000 / 70,000 / 200,000 / 700,000 / 2,000,000 / 4,000,000 / 10,000,000의 9종을 사용하였다.
v) GPC 커브 그래프에서 Log Mw 값이 6.0 이상인 영역의 적분값
본 발명의 일 구현예에 따른 폴리에틸렌은, x 축이 log Mw이고 y 축이 dw/dlogMw인 GPC 커브 그래프에서 Log Mw 값이 6.0 이상인 영역의 적분값이 전체 적분값의 2.0 내지 7.0%이다. 상기 GPC 커브 그래프는 폴리에틸렌의 로그 함수 분자량과 질량 분율을 GPC에 의해 측정하여 x 및 y축으로 도시한 것을 의미한다. 또, 상기에서 Mw는 중량 평균 분자량(weight-average molecular weight)을 의미한다.
보다 구체적으로, 일 구현예에 따른 본 발명의 폴리에틸렌의 Log Mw 값이 6.0 이상인 영역의 적분값은, 전체 적분값에 대하여 2.0% 이상, 또는 2.1% 이상, 또는 2.2% 이상, 또는 2.3% 이상, 또는 2.4% 이상 또는 2.5% 이상이면서, 7.0% 이하, 또는 6.5% 이하, 또는 6% 이하, 또는 5.5% 이하, 또는 5.0% 이하, 또는 4.5% 이하, 또는 4.0% 이하일 수 있다.
상기와 같이 Log Mw 값이 6.0 이상인 영역의 적분값이 2.0 내지 7.0%인 것은 본 발명의 폴리에틸렌이 높은 고분자량의 함량을 가짐을 의미한다. 이에 따라 폴리에틸렌 수지 내 고분자의 함량과 비례 관계에 있는 ESCR 및 캡 크랙 저항성이 향상될 수 있다.
vi) 기타 물성
본 발명의 일 구현예에 따른 폴리에틸렌은, x 축이 log Mw이고 y 축이 dw/dlogMw인 GPC 커브 그래프에서 Log Mw 값이 3.0 이하인 영역의 적분값이 전체 적분값의 2.5% 이하이다. 상기 GPC 커브 그래프는 폴리에틸렌의 로그 함수 분자량과 질량 분율을 GPC에 의해 측정하여 x 및 y축으로 도시한 것을 의미한다. 또, 상기에서 Mw는 중량 평균 분자량(weight-average molecular weight)을 의미한다.
보다 구체적으로, 일 구현예에 따른 본 발명의 폴리에틸렌의 Log Mw 값이 3.0 이하인 영역의 적분값은, 전체 적분값에 대하여 0.1% 이상, 또는 0.2% 이상, 또는 0.3% 이상이면서, 2.5% 이하, 또는 2.2% 이하, 또는 2.0% 이하, 또는 1.8% 이하, 또는 1.6% 이하, 또는 1.5% 이하, 또는 1.4% 이하일 수 있다.
상기와 같이 Log Mw 값이 3.0 이하인 영역의 적분값이 2.5% 이하인 것은 본 발명의 폴리에틸렌이 낮은 저분자량의 함량을 가짐을 의미한다. 이에 따라 폴리에틸렌 수지 내 저분자의 함량과 반비례 관계에 있는 ESCR 및 캡 크랙 저항성이 향상될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 폴리에틸렌은, 에틸렌; 및 프로필렌, 1-부텐, 1-헥센, 4-메틸-1-펜텐 및 1-옥텐으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 공단량체와의 공중합체일 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명의 일 구현예에 따른 폴리에틸렌은, 에틸렌과 1-부텐과의 공중합체일 수 있다.
상기와 같은 물성을 만족하는 본 발명의 폴리에틸렌은, 낮은 용융 지수와 용융 유동율비, 좁은 분자량 분포를 갖는 동시에 및 높은 고분자 함량을 가져 고압 환경에서 안정성이 요구되는 식품 용기, 특히 탄산 음료의 보틀캡 등으로 매우 바람직하게 사용될 수 있다.
본 발명의 폴리에틸렌은 ASTM D 1693에 따라 측정한 내환경 응력 균열성(ESCR)이 200 시간 이상, 또는 230 시간 이상, 또는 250 시간 이상일 수 있다. 내환경 응력 균열성이 200 시간 이상이면 보틀캡 용도의 사용 상태에서 안정적으로 성능 유지가 가능하므로 상한값은 실질적으로 크게 의미가 없으나, 1,000 시간 이하, 또는 800 시간 이하, 또는 약 500 시간 이하일 수 있다. 이와 같이 고성능의 내환경 응력 균열성을 나타내므로, 보틀캡 등의 식품 용기 제품으로 성형하여 고압의 조건에서 사용하였을 때에도 안정성이 높아 지속적인 성능을 유지할 수 있다.
또한, 본 발명의 폴리에틸렌을 사출하여 성형한 Cap(PET 규격 PCO 1881에 따른 28 mm cap)을 Igepal 5% 용액 bath에 침지한 상태에서, 상기 Cap 안쪽으로 5 bar의 수압을 가하여, 상기 수압이 줄어들기 시작하는 시간으로 측정한 캡 크랙 저항성(Cap Crack resistance)이 120 시간 이상, 또는 130 시간 이상, 또는 140 시간 이상, 또는 150 시간 이상이면서, 500 시간 이하, 또는 400 시간 이하, 또는 약 300 시간 이하, 또는 약 250 시간 이하일 수 있다.
캡 크랙 저항성은 탄산음료용 보틀캡으로 사용하였을 때 이산화탄소 가스에 의한 5 bar 이상의 고압력을 견디는 크랙 저항성을 효과적으로 평가하기 위한 것이다. 본 발명의 폴리에틸렌을 이용하여 마개 또는 뚜껑으로 제조한 후 탄산음료와 같은 내용물을 담은 PET병과 결착한 후 유통, 보관 과정에서 내용물에서 지속적으로 발생하는 탄산에 대한 뚜껑의 캡 크랙 저항성을 측정하였을 때 상기 캡 크랙 저항성이 120 시간 이상으로 매우 우수한 특성을 나타낼 수 있다.
이와 같이 고성능의 내환경 응력 균열성 및 캡 크랙 저항성을 나타내므로, 보틀캡 등의 식품 용기 제품으로 성형하여 고온 또는 고습한 환경에서 보관될 경우에도, 내용물에 의한 고압 상태를 견디며 안정성이 높아 지속적인 성능을 유지할 수 있다.
또한, 본 발명의 폴리에틸렌은 ASTM D638에 의거하여 측정한 인장강도(Tensile strength)가 35 MPa 이상, 또는 36 MPa 이상, 또는 37 MPa 이상으로 높은 인장 강도를 나타낼 수 있다. 상한값은 높을수록 바람직하나 실질적으로, 50 MPa 이하, 또는 45 MPa 이하, 또는 40 MPa 이하일 수 있다. 이와 같이 높은 인장 강도를 나타내므로, 보틀캡 등의 식품 용기 제품으로 성형하여 고압의 조건에서 사용하였을 때에도 안정성이 높아 지속적인 성능을 유지할 수 있다.
바람직하게, 본 발명의 폴리에틸렌은 상기 측정한 내환경 응력 균열성(ESCR), 캡 크랙 저항성(Cap crack resistance), 및 인장강도(Tensile strength) 모두 상기 소정의 범위를 만족함에 따라, 보틀캡 등의 식품 용기 제조에 적합한 우수한 가공성, 기계적 물성, 및 안정성을 나타낼 수 있다.
발명에 따른 폴리에틸렌은, 하기 화학식 1로 표시되는 제 1 전이 금속 화합물; 하기 화학식 2로 표시되는 제 2 전이 금속 화합물; 및 상기 제 1 및 제 2 전이 금속 화합물이 담지된 담체를 포함하는 혼성 담지 촉매의 존재 하에 올레핀계 단량체를 중합함으로써 제조할 수 있다:
[화학식 1]
Figure 112021111507710-pat00001
상기 화학식 1에서,
B는 붕소이고,
M은 4족 전이금속이고,
R1 내지 R4는 각각 독립적으로, 수소, C1-20 알킬, C3-20 사이클로알킬, 또는 C6-20 아릴이거나, R1과 R2 또는 R3와 R4가 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 C6-60 방향족 고리를 형성하고,
R5 및 R6는 각각 독립적으로, C1-20 알킬, C3-20 사이클로알킬, 또는 C6-20 아릴이거나, R5와 R6가 서로 결합하여 C3-60 지방족 고리, 또는 C6-60 방향족 고리를 형성하고,
X1 및 X2는 각각 독립적으로, C1-20 알킬 또는 -O(CO)R'이고, 여기서 R'은 C1-20 알킬이고,
Q는 치환 또는 비치환된 N, O 및 S로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 C2-60 헤테로고리이고,
Y와 Y'은 Q를 구성하는 원소이고,
Y는 N, O, 또는 S이고,
Y'은 Y와 인접한 Q의 원소이고, N 또는 C이고,
[화학식 2]
[Cp1(R7)a][Cp2(R8)b]M’X3X4
상기 화학식 2에서,
Cp1 및 Cp2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 사이클로펜타다이에닐기, 인데닐기, 4,5,6,7-테트라하이드로-1-인데닐 및 플루오레닐기 중 어느 하나이며,
M’는 4족 전이금속이고,
X3 및 X4는 각각 독립적으로, 할로겐, C1-20 알킬, C2-10 알케닐, C6-20 아릴, C7-20 알킬아릴, 또는 C7-20 아릴알킬이고,
R7 및 R8은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 30의 하이드로카빌기, 탄소수 1 내지 30의 하이드로카빌옥시기, 탄소수 2 내지 30의 하이드로카빌옥시하이드로카빌기, -SiH3, 탄소수 1 내지 30의 하이드로카빌(옥시)실릴기 및 할로겐으로 치환된 탄소수 1 내지 30의 하이드로카빌기 중 어느 하나이며,
a 및 b는 각각 독립적으로 0 내지 5 사이의 정수이다.
본 명세서에서 특별한 제한이 없는 한 다음 용어는 하기와 같이 정의될 수 있다.
상기 할로겐은 플루오로(F), 클로로(Cl), 브로모(Br) 또는 아이오도(I)일 수 있다.
상기 알킬은 직쇄, 또는 분지쇄 알킬일 수 있다. 구체적으로, 상기 C1-20 알킬은 C1-20의 직쇄 알킬; C1-10 직쇄 알킬; C1-5 직쇄 알킬; C3-20 분지쇄 알킬; C3-15 분지쇄 알킬; 또는 C3-10 분지쇄 알킬일 수 있다. 보다 구체적으로, C1-20 알킬은 메틸기, 에틸기, n-프로필기, iso-프로필기, n-부틸기, iso-부틸기, tert-부틸기, n-펜틸기, 또는 iso-펜틸기 등이 있으나 이에 한정되지 않는다. 한편 본 명세서에서 "iPr"는 iso-프로필기를 의미한다.
상기 사이클로알킬은 고리형 알킬일 수 있다. 구체적으로 상기 C3-20 사이클로알킬은 C3-20 고리형 알킬; C3-15 고리형알킬; 또는 C3-10 고리형 알킬일 수 있다. 보다 구체적으로, 사이클로프로필, 사이클로부틸, 사이클로펜틸, 3-메틸사이클로펜틸, 2,3-디메틸사이클로펜틸, 사이클로헥실, 3-메틸사이클로헥실, 4-메틸사이클로헥실, 2,3-디메틸사이클로헥실, 3,4,5-트리메틸사이클로헥실, 4-tert-부틸사이클로헥실, 사이클로헵틸, 사이클로옥틸 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다. 한편 본 명세서에서 "Cy"는 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬을 의미한다.
상기 알케닐은 직쇄, 분지쇄 또는 고리형 알케닐일 수 있다. 구체적으로, 상기 C2-20 알케닐은 C2-20 직쇄 알케닐, C2-10 직쇄 알케닐, C2-5 직쇄 알케닐, C3-20 분지쇄 알케닐, C3-15 분지쇄 알케닐, C3-10 분지쇄 알케닐, C5-20 고리형 알케닐 또는 C5-10 고리형 알케닐일 수 있다. 보다 구체적으로, C2-20 알케닐은 에테닐, 프로페닐, 부테닐, 펜테닐 또는 사이클로헥세닐 등일 수 있다.
상기 알콕시는 직쇄, 분지쇄 또는 고리형 알콕시기일 수 있다. 구체적으로, 상기 C1-20 알콕시는 C1-20 직쇄 알콕시기; C1-10 직쇄 알콕시; C1-5 직쇄 알콕시기; C3-20 분지쇄 또는 고리형 알콕시; C3-15 분지쇄 또는 고리형 알콕시; 또는 C3-10 분지쇄 또는 고리형 알콕시일 수 있다. 보다 구체적으로, C1-20 알콕시는 메톡시기, 에톡시기, n-프로폭시기, iso-프로폭시기, n-부톡시기, iso-부톡시기, tert-부톡시기, n-펜톡시기, iso-펜톡시기, neo-펜톡시기 또는 사이클로헥톡시기 등이 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 알콕시알킬은 -Ra-O-Rb를 포함하는 구조로 알킬(-Ra)의 하나 이상의 수소가 알콕시(-O-Rb)로 치환된 치환기일 수 있다. 구체적으로, 상기 C2-20 알콕시알킬은 메톡시메틸기, 메톡시에틸기, 에톡시메틸기, iso-프로폭시메틸기, iso-프로폭시에틸기, iso-프로폭시헥틸기, tert-부톡시메틸기, tert-부톡시에틸기 또는 tert-부톡시헥실기 등이 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 아릴은 모노사이클릭, 바이사이클릭 또는 트리사이클릭 방향족 탄화수소를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 아릴기는 탄소수 6 내지 60 또는 탄소수 6 내지 20일 수 있으며, 구체적으로 페닐, 나프틸, 안트라세닐, 디메틸아닐리닐, 아니솔릴 등이 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 헤테로아릴은 이종 원소로 O, N, 및 S 중 1개 이상을 포함하는 헤테로아릴로서, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 2 내지 60 또는 탄소수 2 내지 20일 수 있다. 헤테로아릴의 예로는 잔텐(xanthene), 티오잔텐(thioxanthen), 티오펜기, 퓨란기, 피롤기, 이미다졸기, 티아졸기, 옥사졸기, 옥사디아졸기, 트리아졸기, 피리딜기, 비피리딜기, 피리디닐기, 피리미딜기, 트리아진기, 아크리딜기, 피리다진기, 피라지닐기, 퀴놀리닐기, 퀴나졸린기, 퀴녹살리닐기, 프탈라지닐기, 피리도 피리미디닐기, 피리도 피라지닐기, 피라지노 피라지닐기, 이소퀴놀린기, 인돌기, 카바졸기, 벤즈옥사졸기, 벤조이미다졸기, 벤조티아졸기, 벤조카바졸기, 벤조티오펜기, 디벤조티오펜기, 벤조퓨라닐기, 페난쓰롤린기(phenanthroline), 이소옥사졸릴기, 티아디아졸릴기, 페노티아지닐기 및 디벤조퓨라닐기 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 하이드로카빌기(hydrocarbyl group)는 1가의 탄화수소 화합물(hydrocarbon compound)을 의미하며, 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 아릴기, 아르알킬기, 아르알케닐기, 아르알키닐기, 알킬아릴기, 알케닐아릴기 및 알키닐아릴기 등을 포함한다. 일례로, 하이드로카빌기는 직쇄, 분지쇄 또는 고리형 알킬일 수 있다. 보다 구체적으로, 탄소수 1 내지 30의 하이드로카빌기는 메틸기, 에틸기, n-프로필기, iso-프로필기, n-부틸기, iso-부틸기, tert-부틸기, n-펜틸기, n-헥실기, n-헵틸기, 사이클로헥실기 등의 직쇄, 분지쇄 또는 고리형 알킬기; 또는 페닐, 비페닐, 나프틸, 안트라세닐, 페난트레닐, 또는 플루오레닐 등의 아릴기일 수 있다. 또한, 메틸페닐, 에틸페닐, 메틸비페닐, 메틸나프틸 등의 알킬아릴일 수 있으며, 페닐메틸, 페닐에틸, 비페닐메틸, 나프틸메틸 등의 아릴알킬일 수도 있다. 또한, 알릴, 알릴, 에테닐, 프로페닐, 부테닐, 펜테닐 등의 알케닐일 수 있다.
상기 헤테로고리는 N, O 및 S로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 지방족 고리 및 N, O 및 S로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 방향족 고리를 모두 포함한다.
그리고, 4족 전이 금속은, 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 또는 러더포듐(Rf)일 수 있으며, 구체적으로 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 또는 하프늄(Hf)일 수 있으며, 보다 구체적으로 지르코늄(Zr) 또는 하프늄(Hf)일 수 있으며, 이에만 한정되는 것은 아니다.
상술한 치환기들은 목적하는 효과와 동일 내지 유사한 효과를 발휘하는 범위 내에서 임의적으로 하이드록시기; 할로겐; 알킬 또는 알케닐, 아릴, 알콕시; 14족 내지 16족의 헤테로 원자들 중 하나 이상의 헤테로 원자를 포함하는 알킬 또는 알케닐, 아릴, 알콕시; 아미노; 실릴; 알킬실릴 또는 알콕시실릴; 포스파인기; 포스파이드기; 술포네이트기; 및 술폰기로 이루어진 군에서 선택된 1 이상의 치환기로 치환될 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 제 1 전이 금속 화합물은 통상적으로 사용되어온 CGC 타입 전구체와 달리 붕소 음이온을 포함하는 브릿지 구조를 채용하였다. 종래의 CGC 타입 전구체는 규소를 포함하는 중성 브릿지 구조를 포함하여 리간드 유닛이 음전하를 띤다. 이로 인해 구조적 한계를 가져 올레핀 중합체 제조 시 다양한 물성 발현이 어려운 문제가 있다.
반면, 본 발명의 제 1 전이 금속 화합물은 브릿지 구조가 음전하를 띠어, 중성의 리간드 유닛을 가질 수 있다. 본 발명의 리간드 유닛은 상기 화학식 1의 헤테로고리 Q로, Q의 원소인 Y가 금속과 배위결합을 하며, Y와 인접한 Q의 원소 Y'이 브릿지와 연결된다. 이에 본 발명에서는 상기 구조를 만족하는 다양한 중성 리간드 유닛을 채용하여 기존의 CGC 전구체 보다 높은 활성과 고공중합성을 갖는 촉매를 제조할 수 있다.
또한, 제 1 전이 금속 화합물의 금속 치환기로 알킬 또는 카복실레이트를 포함하는데, 이는 좋은 이탈기 역할을 하여 MAO 등의 조촉매와의 반응이 촉진되어 활성이 증대되는 효과를 갖는다.
바람직하게는, M은 지르코늄(Zr)일 수 있다.
바람직하게는, R1 내지 R4는 각각 독립적으로, 수소, C1-10 알킬 또는 C6-20 아릴이거나, R1과 R2 또는 R3와 R4가 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 C6-20 방향족 고리를 형성할 수 있고,
보다 바람직하게는, R1 내지 R4는 각각 독립적으로, 수소, 또는 메틸이거나, R1과 R2 또는 R3와 R4가 서로 결합하여 벤젠 고리, 또는 1,2,3,4-테트라하이드로나프탈렌 고리를 형성할 수 있고, 여기서 상기 벤젠 고리, 또는 1,2,3,4-테트라하이드로나프탈렌 고리는 비치환되거나, 메틸, 터트뷰틸 및 4-터트뷰틸 페닐로 이루어진 군에서 선택되는 1개 내지 4개의 치환기로 치환될 수 있다.
바람직하게는, R5 및 R6는 각각 독립적으로, C1-10 알킬, 또는 C6-20 아릴이거나, R5와 R6가 서로 결합하여 C3-20 지방족 고리, 또는 C6-20 방향족 고리를 형성할 수 있고,
보다 바람직하게는, R5 및 R6는 각각 독립적으로, 메틸, 또는 페닐이거나, R5와 R6가 서로 결합하여 사이클로옥테인 고리를 형성할 수 있다.
가장 바람직하게는, R5 및 R6는 각각 페닐일 수 있다.
바람직하게는, X1 및 X2는 각각 독립적으로, 메틸, 또는 아세테이트일 수 있다.
바람직하게는, R'은 메틸일 수 있다.
바람직하게는, X1 및 X2는 서로 동일할 수 있다.
바람직하게는, Q는 치환 또는 비치환된 N, O 및 S로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 C2-20 헤테로고리일 수 있고,
보다 바람직하게는, Q는 피리딘 고리, 퀴놀린 고리, 4,5-디하이드로옥사졸 고리, 피라졸 고리, 또는 벤즈옥사졸 고리일 수 있고, 상기 Q는 비치환되거나, 메틸, 이소프로필 및 디페닐아미노로 이루어진 군에서 선택되는 1개 내지 4개의 치환기로 치환될 수 있다.
보다 바람직하게는, Q는 피리딘 고리, 4,5-디하이드로옥사졸 고리, 피라졸 고리, 또는 벤즈옥사졸 고리일 수 있고, 상기 Q는 비치환되거나, 메틸, 이소프로필 및 디페닐아미노로 이루어진 군에서 선택되는 1개 내지 4개의 치환기로 치환될 수 있다.
Y는 금속 M과 배위결합 하는 헤테로 원자로, 바람직하게는, Y는 N일 수 있다.
한편, 상기 화학식 1로 표시되는 제 1 전이 금속 화합물의 구체적인 예로, 하기 구조식들로 표시되는 화합물을 들 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다:
Figure 112021111507710-pat00002
Figure 112021111507710-pat00003
Figure 112021111507710-pat00004
.
상기 화학식 1로 표시되는 제 1 전이 금속 화합물은 X1 및 X2가 서로 동일한 경우, 일례로 하기 반응식 1과 같은 제조 방법으로 제조할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 알려진 유기 화합물 및 메탈로센 화합물의 제조방법에 따라 제조할 수 있다. 상기 제조 방법은 후술할 제조예에서 보다 구체화될 수 있다.
[반응식 1]
Figure 112021111507710-pat00005
상기 반응식 1에서, B, M, R1 내지 R6, X1, X2, Q, Y 및 Y'은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같다.
상기 제 1 전이 금속 화합물과는 달리 상기 화학식 2로 표시되는 제 2 전이 금속 화합물을 적절한 방법으로 활성화시켜 올레핀 중합 반응의 촉매로 이용하면, 저분자량의 폴리올레핀을 제공할 수 있다. 따라서, 제 1 및 제 2 전이 금속 화합물을 포함하는 혼성 담지 촉매는 넓은 분자량 분포를 가지는 폴리올레핀을 제공할 수 있다.
구체적으로, 화학식 2의 Cp1 및 Cp2는 사이클로펜타다이에닐기일 수 있다. Cp1 및 Cp2가 사이클로펜타다이에닐기이고, 사이클로펜타다이에틸기가 가교되어(bridged) 있지 않은 제 2 전이 금속 화합물은 올레핀 중합 시에 알파-올레핀에 대한 낮은 공중합성을 보이며, 저분자량의 폴리올레핀을 우세하게 생성한다. 따라서, 이러한 제 2 전이 금속 화합물을 화학식 1의 제 1 전이 금속 화합물과 동일 담체에 혼성 담지하여 사용하면, 폴리올레핀의 분자량 분포, 폴리올레핀 사슬 내에 공중합된 단량체의 분포 및 올레핀의 공중합 특성을 용이하게 조절하여 목적하는 본 발명의 폴리올레핀의 물성을 보다 용이하게 구현할 수 있다.
상기 Cp1는 1 내지 5개의 R7에 의하여 치환될 수 있고, 상기 Cp2는 1 내지 5개의 R8에 의하여 치환될 수 있다. 상기 화학식 2에서 a가 2 이상의 정수일 때, 복수의 R7은 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 또한, 화학식 2에서 b가 2 이상의 정수일 때, 복수의 R8도 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
이러한 R7 및 R8은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 10의 하이드로카빌기, 탄소수 1 내지 10의 하이드로카빌옥시기 및 탄소수 2 내지 20의 하이드로카빌옥시하이드로카빌기 중 어느 하나일 수 있다. R7 및 R8가 상기와 같은 치환기를 가지는 제 2 전이 금속 화합물은 우수한 담지 안정성을 가질 수 있다.
또한, 화학식 2의 X3 및 X4는 서로 동일하거나 상이하고 각각 독립적으로 할로겐 중 어느 하나일 수 있다. X3 및 X4가 상기와 같은 치환기를 가지는 제 2 전이 금속 화합물은 조촉매인 알킬 메탈 또는 메틸알루미녹산과의 반응에 의해 할로겐 기가 알킬기로 용이하게 치환될 수 있다. 또한, 이어지는 알킬 추출(alkyl abstraction)에 의해 상기 제 2 전이 금속 화합물이 상기 조촉매와 이온 중간체(ionic intermediate)를 형성함으로써 올레핀 중합 반응의 활성 종인 양이온 형태(cationic form)를 보다 용이하게 제공할 수 있다.
바람직하게는, M’은 지르코늄(Zr)일 수 있다.
하나의 예시로 상기 제 1 전이 금속 화합물과 조합되어 넓은 분자량 분포를 가지는 폴리올레핀을 제공하기 위한 제 2 전이 금속 화합물로서, 하기 화합물 들을 예시할 수 있다.
상기 혼성 담지 촉매는 Cp1 및 Cp2가 사이클로펜타다이에닐기인 제 2 전이 금속 화합물을 포함할 수 있다.
상기 혼성 담지 촉매는 R7 및 R8은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 10의 하이드로카빌기, 탄소수 1 내지 10의 하이드로카빌옥시기 및 탄소수 2 내지 20의 하이드로카빌옥시하이드로카빌기 중 어느 하나인 제 2 전이 금속 화합물을 포함할 수 있다.
상기 혼성 담지 촉매는 X3 및 X4가 서로 동일하거나 상이하고 각각 독립적으로 할로겐 중 어느 하나인 제 2 전이 금속 화합물을 포함할 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 전이 금속 화합물은 제조하고자 하는 폴리올레핀의 물성에 따라 적절한 함량으로 조합될 수 있다. 일 예로, 넓은 분자량 분포 및 고분자량의 폴리올레핀을 제공하기 위하여, 제 1 및 제 2 전이 금속 화합물은 1:1 내지 1:10의 몰비로 사용될 수 있다. 이에 따라, 폴리올레핀의 분자량 분포 및 고분자 사슬 내의 공중합된 단량체의 분포와 올레핀의 공중합 특성을 용이하게 조절하여 목적하는 물성을 보다 용이하게 구현할 수 있다.
상기 담체로는 표면에 하이드록시기 또는 실록산기를 함유하는 담체를 사용할 수 있다. 구체적으로, 상기 담체로는 고온에서 건조하여 표면에 수분을 제거함으로써 반응성이 큰 하이드록시기 또는 실록산기를 함유하는 담체를 사용할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 담체로는 실리카, 알루미나, 마그네시아 또는 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 상기 담체는 고온에서 건조된 것일 수 있고, 이들은 통상적으로 Na2O, K2CO3, BaSO4 및 Mg(NO3)2 등의 산화물, 탄산염, 황산염, 질산염 성분을 포함할 수 있다.
상기 혼성 담지 촉매는 촉매 전구체인 제 1 및 제 2 전이 금속 화합물들을 활성화시키기 위하여 조촉매를 추가로 포함할 수 있다. 상기 조촉매로는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 사용하는 것이 특별한 제한 없이 적용될 수 있다. 비제한적인 예로, 상기 조촉매은 하기 화학식 3 내지 5으로 표시되는 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 화합물일 수 있다.
[화학식 3]
R10-[Al(R9)-O]n-R11
상기 화학식 3에서,
R9, R10, 및 R11은 각각 독립적으로, 수소, 할로겐, 탄소수 1 내지 20의 하이드로카빌기 및 할로겐으로 치환된 탄소수 1 내지 20의 하이드로카빌기 중 어느 하나이고,
n은 2 이상의 정수이며,
[화학식 4]
D(R12)3
상기 화학식 4에서,
D는 알루미늄 또는 보론이고,
R12는 각각 독립적으로 할로겐, 탄소수 1 내지 20의 하이드로카빌기, 탄소수 1 내지 20의 하이드로카빌옥시기 및 할로겐으로 치환된 탄소수 1 내지 20의 하이드로카빌기 중 어느 하나이며,
[화학식 5]
[L-H]+[W(A)4]- 또는 [L]+[W(A)4]-
상기 화학식 5에서,
L은 중성 또는 양이온성 루이스 염기이며, H는 수소 원자이고,
W는 13족 원소이며, A는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 20의 하이드로카빌기; 탄소수 1 내지 20의 하이드로카빌옥시기; 및 이들 치환기의 1 이상의 수소 원자가 할로겐, 탄소수 1 내지 20의 하이드로카빌옥시기 및 탄소수 1 내지 20의 하이드로카빌(옥시)실릴기 중 1 이상의 치환기로 치환된 치환기들 중 어느 하나이다.
상기에서 화학식 3으로 표시되는 화합물의 비제한적인 예로는 메틸알루미녹산, 에틸알루미녹산, iso-부틸알루미녹산 또는 tert-부틸알루미녹산 등을 들 수 있다. 그리고, 화학식 4로 표시되는 화합물의 비제한적인 예로는 트라이메틸알루미늄, 트라이에틸알루미늄, 트라이이소부틸알루미늄, 트라이프로필알루미늄, 트라이부틸알루미늄, 디메틸클로로알루미늄, 트라이이소프로필알루미늄, 트라이-sec-부틸알루미늄, 트라이사이클로펜틸알루미늄, 트라이펜틸알루미늄, 트라이이소펜틸알루미늄, 트라이헥실알루미늄, 트라이옥틸알루미늄, 에틸디메틸알루미늄, 메틸디에틸알루미늄, 트라이페닐알루미늄, 트라이-p-톨릴알루미늄, 디메틸알루미늄메톡시드 또는 디메틸알루미늄에톡시드 등을 들 수 있다. 마지막으로, 화학식 5로 표시되는 화합물의 비제한적인 예로는 트라이메틸암모늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트, 트라이에틸암모늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트, N,N-디메틸아닐리늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트, N,N-디메틸아닐리늄 n-부틸트리스(펜타플루오로페닐)보레이트, N,N-디메틸아닐리늄 벤질트리스(펜타플루오로페닐)보레이트, N,N-디메틸아닐리늄 테트라키스(4-(t-부틸디메틸실릴)-2,3,5,6-테트라플루오로페닐)보레이트, N,N-디메틸아닐리늄 테트라키스(4-(트라이이소프로필실릴)-2,3,5,6-테트라플루오로페닐)보레이트, N,N-디메틸아닐리늄 펜타플루오로페녹시트리스(펜타플루오로페닐)보레이트, N,N-디메틸-2,4,6-트라이메틸아닐리늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트, 트라이메틸암모늄 테트라키스(2,3,4,6-테트라플루오로페닐)보레이트, N,N-디메틸아닐리늄 테트라키스(2,3,4,6-테트라플루오로페닐)보레이트, 헥사데실디메틸암모늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트, N-메틸-N-도데실아닐리늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트 또는 메틸디(도데실)암모늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트 등을 들 수 있다.
이러한 혼성 담지 촉매는, 예를 들면, 담체에 조촉매를 담지시키는 단계 및 조촉매 담지 담체에 촉매 전구체인 제 1 및 제 2 전이 금속 화합물을 담지시키는 단계로 제조될 수 있다.
구체적으로, 담체에 조촉매를 담지시키는 단계에서는, 고온에서 건조된 담체 및 조촉매를 혼합하고, 이를 약 20 내지 약 120℃의 온도에서 교반하여 조촉매 담지 담체를 제조할 수 있다.
그리고, 조촉매 담지 담체에 촉매 전구체를 담지시키는 단계에서는 조촉매 담지 담체에 제 1 전이 금속 화합물을 첨가하고, 이를 약 20 내지 약 120℃의 온도에서 교반한 후, 제 2 전이 금속 화합물을 첨가하고, 다시 이를 약 20 내지 약 120℃의 온도에서 교반하여 혼성 담지 촉매를 제조할 수 있다.
상기 조촉매 담지 담체에 촉매 전구체를 담지시키는 단계에서는 조촉매 담지 담체에 촉매 전구체를 첨가하여 교반한 후, 조촉매를 추가로 첨가하여 혼성 담지 촉매를 제조할 수 있다.
상기 혼성 담지 촉매를 사용하기 위하여 사용되는 담체, 조촉매, 조촉매 담지 담체, 제 1 및 제 2 전이 금속 화합물의 함량은 목적하는 혼성 담지 촉매의 물성 또는 효과에 따라 적절하게 조절될 수 있다.
상기 혼성 담지 촉매 제조시에 반응 용매로는 펜탄, 헥산, 헵탄 등과 같은 탄화수소 용매, 또는 벤젠, 톨루엔 등과 같은 방향족 용매가 사용될 수 있다.
상기 혼성 담지 촉매의 구체적인 제조 방법은 후술하는 실시예를 참고할 수 있다. 그러나, 혼성 담지 촉매의 제조 방법이 본 명세서에 기술한 내용에 한정되는 것은 아니며, 상기 제조 방법은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상적으로 채용하는 단계를 추가로 채용할 수 있고, 상기 제조 방법의 단계(들)는 통상적으로 변경 가능한 단계(들)에 의하여 변경될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 폴리올레핀은, 상기 혼성 담지 촉매 존재 하에, 올레핀 단량체를 중합 반응시키는 단계를 포함하는 폴리올레핀의 제조 방법에 의해 제공될 수 있다.
상기 혼성 담지 촉매로 중합 가능한 올레핀 단량체의 예로는 에틸렌, 알파-올레핀, 사이클릭 올레핀 등이 있으며, 이중 결합을 2개 이상 가지고 있는 다이엔 올레핀계 단량체 또는 트라이엔 올레핀계 단량체 등도 중합 가능하다. 상기 단량체의 구체적인 예로는 에틸렌, 프로필렌, 1-부텐, 1-펜텐, 4-메틸-1-펜텐, 1-헥센, 1-헵텐, 1-옥텐, 1-데센, 1-운데센, 1-도데센, 1-테트라데센, 1-헥사데센, 1-에이코센, 노보넨, 노보나디엔, 에틸리덴노보넨, 페닐노보넨, 비닐노보넨, 디사이클로펜타디엔, 1,4-부타디엔, 1,5-펜타디엔, 1,6-헥사디엔, 스티렌, 알파-메틸스티렌, 디비닐벤젠, 3-클로로메틸스티렌 등이 있으며, 이들 단량체를 2 종 이상 혼합하여 공중합할 수도 있다. 상기 폴리올레핀이 에틸렌과 다른 공단량체의 공중합체인 경우에, 상기 공단량체는 프로필렌, 1-부텐, 1-헥센, 4-메틸-1-펜텐 및 1-옥텐으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 공단량체인 것이 바람직하다.
상기 올레핀 단량체의 중합 반응을 위하여, 연속식 용액 중합 공정, 벌크 중합 공정, 현탁 중합 공정, 슬러리 중합 공정 또는 유화 중합 공정 등 올레핀 단량체의 중합 반응으로 알려진 다양한 중합 공정을 채용할 수 있다.
구체적으로, 상기 중합 반응은 약 50 내지 약 110℃ 또는 약 60 내지 약 100℃의 온도와 약 1 내지 약 100kgf/cm2 또는 약 1 내지 약 50 kgf/cm2 압력 하에서 수행될 수 있다.
또한, 상기 중합 반응에서, 상기 혼성 담지 촉매는 펜탄, 헥산, 헵탄, 노난, 데칸, 톨루엔, 벤젠, 디클로로메탄, 클로로벤젠 등과 같은 용매에 용해 또는 희석된 상태로 이용될 수 있다. 이때, 상기 용매를 소량의 알킬알루미늄 등으로 처리함으로써, 촉매에 악영향을 줄 수 있는 소량의 물 또는 공기 등을 미리 제거할 수 있다.
이와 같은 일 구현예의 제조 방법에 따라 수득된 폴리에틸렌은 낮은 용융 지수, 좁은 분자량 분포, 및 높은 고분자 함량을 가져 우수한 ESCR와 인장 강도를 발현할 수 있어 음료 용기 또는 병 뚜껑의 제조 용도로 매우 바람직하게 사용될 수 있다.
이하, 발명의 실시예를 통해 본 발명에 대해 상세히 설명한다. 그러나, 이러한 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인하여 한정되는 식으로 해석되어서는 안 된다.
<실시예>
전이 금속 화합물의 합성예
합성예 1
Figure 112021111507710-pat00011
2-Bromopyridine(1 eq.)를 tetrahydrofuran(0.1 M)에 녹인 후 -90 ℃에서 n-butyllithium(1 eq.)를 천천히 적가한 뒤, 동일 온도에서 1 시간 교반하였다. 이후 chlorodiphenylborane(1 eq.)을 toluene(0.3 M)에 녹인 후, -78 ℃에서 첫번째 반응물에 천천히 적가하고 1 시간 교반하였다. 이후 상온에서 12 시간 교반하고 용매를 진공 건조하고 toluene을 투입, filter 등을 통해 고체를 제거한 잔여액을 진공 건조하여 diphenyl(pyridin-2-yl)borane을 수득하였다.
상기 diphenyl(pyridin-2-yl)borane(1 eq.)를 tetrahydrofuran(0.1 M)에 녹인 후, lithium tetramethylcyclopentadienide(Li(CpMe4), 1 eq.)을 tetrahydrofuran(0.1 M)에 녹인 용액을 0 ℃에서 천천히 적가한 뒤 상온에서 밤새 교반하였다. 용매를 진공 건조 후, toluene/diethyl ether(부피비 3/1, 0.3 M)을 투입하여 녹이고, MCl4(1 eq.)를 toluene(0.2 M)에 혼합하여 -78 ℃에서 투입하고 상온에서 밤새 교반하였다. 반응 완료 후 용매를 진공 건조하고 dichloromethane을 투입하여 filter 등을 통해 염을 제거하고, 여액을 진공 건조 후, dichloromethane/hexane을 첨가하여 재결정 시킨다. 생성된 고체를 filter, 진공건조하여 Dichloro{diphenyl(pyridin-2-yl-κN)(η5-2,3,4,5-tetramethylcyclopenta-2,4-dien-1-ylidene)borate}zirconium(IV)을 수득하였다.
Dichloro{diphenyl(pyridin-2-yl-κN)(η5-2,3,4,5-tetramethylcyclopenta-2,4-dien-1-ylidene)borate}zirconium(IV)(1 eq.)을 toluene/diethyl ether (부피비 3/1, 0.3 M)에 녹인 후, methyl lithium(2 eq.)을 hexane 혹은 diethyl ether에 녹인 용액을 -78 ℃에서 천천히 적가하고, 상온에서 12 시간 교반하였다. 반응 완료 후 용매를 진공 건조하고 dichloromethane을 투입하여 filter 등을 통해 염을 제거하고, 여액을 진공 건조 후, dichloromethane/hexane을 첨가하여 재결정 시킨다. 생성된 고체를 filter, 진공건조하여 전구체 화합물을 수득하였다.
1H NMR(500 MHz, CDCl3, ppm)= δ 8.32(d, 1H), 8.05(d, 4H), 7.70(t, 1H), 7.42(t, 1H), 7.40(t, 4H), 7.23(d, 1H), 7.17(t, 2H), 2.08(s, 6H), 1.93(s, 6H) 0.95(s, 6H)
합성예 2
[tBu-O-(CH 2 ) 6 -C 5 H 4 ] 2 ZrCl 2 의 제조
6-클로로헥사놀(6-chlorohexanol)을 사용하여 문헌(Tetrahedron Lett. 2951 (1988))에 제시된 방법으로 t-Butyl-O-(CH2)6-Cl을 제조하고, 여기에 NaCp를 반응시켜 t-Butyl-O-(CH2)6-C5H5를 얻었다(수율 60%, b.p. 80℃ / 0.1 mmHg).
또한, -78℃에서 t-Butyl-O-(CH2)6-C5H5를 THF에 녹이고, 노르말 부틸리튬(n-BuLi)을 천천히 가한 후, 실온으로 승온시킨 후, 8시간 반응시켰다. 그 용액을 다시 -78℃에서 ZrCl4(THF)2(1.70g, 4.50mmol)/THF(30㎖)의 서스펜젼(suspension) 용액에 기 합성된 리튬염(lithium salt) 용액을 천천히 가하고 실온에서 6시간 동안 더 반응시켰다.
모든 휘발성 물질을 진공 건조하고, 얻어진 오일성 액체 물질에 헥산(hexane) 용매를 가하여 걸러내었다. 걸러낸 용액을 진공 건조한 후, 헥산을 가해 저온(-20℃)에서 침전물을 유도하였다. 얻어진 침전물을 저온에서 걸러내어 흰색 고체 형태의 [tBu-O-(CH2)6-C5H4]2ZrCl2 화합물을 얻었다(수율 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.
담지 촉매의 제조예
제조예 1
오토클레이브 반응기에 톨루엔 4.0kg를 넣고 준비된 실리카 1kg을 투입한 후, 반응기 온도를 95℃로 올리면서 교반하였다. 실리카를 충분히 분산시킨 후, 10wt% 메틸알루미녹산(MAO)/톨루엔 용액을 5.7 kg를 투입하고, 95℃에서 200 rpm으로 16시간 교반하였다. 온도를 40℃로 낮춘 후, 충분한 양의 톨루엔으로 세척하여 반응하지 않은 알루미늄 화합물을 제거하였다.
이후, 반응기의 온도를 80℃ 로 상승시킨 후, 0.05 몰농도의 합성예 1의 전이 금속 화합물과 톨루엔이 녹아있는 용액 100 mL를 반응기에 투입한 후 2 시간 교반시켰다. 이후, 0.1 몰농도의 합성예 2의 전이 금속 화합물과 톨루엔이 녹아있는 용액 100 mL 을 톨루엔 100 mL에 녹여 용액 상태로 만들고, 반응기에 투입한 후 2시간 동안 교반시켰다.
이후 촉매를 가라앉히고 반응기 온도를 상온으로 내린 다음, 톨루엔 층을 분리하여 제거한 후 hexane으로 치환하였다. 그 후 촉매를 가라앉히고 hexane층을 분리하여 제거한 후 감압하여 남아있는 hexane을 제거하여 혼성 담지 촉매를 제조하였다.
제조예 2
제조예 1에서, 합성예 2의 전이 금속 화합물이 0.15 몰농도가 녹아있는 톨루엔 용액을 100 mL 사용한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일하게 혼성 담지 촉매를 제조하였다.
비교 제조예 1
제조예 1에서, 합성예 1의 전이 금속 화합물이 0.05 몰농도가 녹아있는 톨루엔 용액만을 100 mL 사용하여 단독 담지 촉매를 제조하였다.
폴리에틸렌의 제조 실시예
실시예 1
파일럿 플랜트의 220 L 반응기에 상기 제조예 1에서 제조한 혼성 담지 촉매를 단일 슬러리 중합 공정에 투입하여 정법에 따라 고밀도 폴리에틸렌을 제조하였다. 에틸렌 10 kg/hr, 수소 3.0 g/hr을 반응기 온도 80 ℃에서 헥산 슬러리 상태로 연속 반응시켰다. 여기에 공단량체로는 1-부텐 5 mL/min을 투입했다. 반응 후 용매 제거 및 드라이 공정을 거쳐 분말 형태의 고밀도 폴리에틸렌을 제조하였다.
실시예 2
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 제조예 1에서 제조된 담지 촉매 대신 제조예 2에서 제조된 담지 촉매를 사용하여 분말 형태의 고밀도 폴리에틸렌을 제조하였다.
실시예 3
상기 실시예 1과 동일한 담지 촉매를 사용하되, 수소 1.8 g/hr을 투입하여 분말 형태의 고밀도 폴리에틸렌을 제조하였다.
실시예 4
상기 실시예 1과 동일한 담지 촉매를 사용하되, 수소 5.0 g/hr을 투입하여 분말 형태의 고밀도 폴리에틸렌을 제조하였다.
비교예 1
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 제조예 1에서 제조된 담지 촉매 대신 비교 제조예 1에서 제조된 담지 촉매를 사용하고 투입되는 수소양을 0.5 g/hr 로 줄여서 분말 형태의 고밀도 폴리에틸렌을 제조하였다.
비교예 2
지글러-나타 촉매를 사용하여 제조한 CAP508 (INEOS 사)를 비교예 2의 폴리에틸렌으로 사용하였다.
비교예 3
메탈로센 촉매를 사용하여 제조한 C410 (한화토탈 사)를 비교예 3의 폴리에틸렌으로 사용하였다.
비교예 4
KR 등록 제2090811호의 실시예 1을 비교예 4의 폴리에틸렌으로 사용하였다.
비교예 5
KR등록 제2090811호의 실시예 2를 비교예 5의 폴리에틸렌으로 사용하였다.
<실험예>
실시예 및 비교예에서 제조한 폴리에틸렌에 대해 하기와 같은 방법으로 물성을 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
1) 밀도(g/cm3)
23℃에서 ISO 1183-2에 따라 폴리에틸렌의 밀도를 측정하였다.
2) 용융 흐름 지수(MFR, g/10min)
190℃, 2.16kg의 하중 하에서 ASTM D1238에 따라 측정하였으며, 10분 동안 용융되어 나온 폴리에틸렌의 무게(g)로 나타내었다.
3) 용융 유동율비(MFRR, MFR5/MFR2.16)
ASTM D1238에 의거하여 대해 190 ℃ 및 5 kg 하중 하에서 측정된 용융 흐름 지수(MFR5)를 190 ℃ 및 2.16 kg 하중 하에서 측정된 용융 흐름 지수(MFR2.16)로 나눈 값으로 나타내었다.
4) 분자량(Mn, Mw, g/mol) 및 분자량 분포(MWD, Mw/Mn)
겔 투과 크로마토그래피(GPC, gel permeation chromatography, Agilent사 제조)를 이용하여 폴리에틸렌의 중량평균 분자량(Mw)과 수평균 분자량(Mn)을 측정하고, 중량평균 분자량을 수평균 분자량으로 나누어 분자량 분포(MWD)를 계산하였다.
구체적으로, 겔투과 크로마토그래피(GPC) 장치로는 Agilent PL-GPC220 기기를 이용하고, Polymer Laboratories PLgel MIX-B 300mm 길이 칼럼을 사용하였다. 이때 측정 온도는 160 ℃이며, 1,2,4-트리클로로벤젠(1,2,4-Trichlorobenzene)을 용매로서 사용하였으며, 유속은 1 mL/min로 하였다. 실시예 및 비교예에서 얻어진 폴리에틸렌의 샘플은 각각 GPC 분석 기기 (PL-GP220)을 이용하여 BHT 0.0125% 포함된 트리클로로벤젠(1,2,4-Trichlorobenzene)에서 160 ℃, 10 시간 동안 녹여 전처리하고, 10 mg/10mL의 농도로 조제한 다음, 200 μL의 양으로 공급하였다. 폴리스티렌 표준 시편을 이용하여 형성된 검정 곡선을 이용하여 Mw 및 Mn의 값을 유도하였다. 폴리스티렌 표준 시편의 중량평균 분자량은 2000 g/mol, 10000 g/mol, 30000 g/mol, 70000 g/mol, 200000 g/mol, 700000 g/mol, 2000000 g/mol, 4000000 g/mol, 10000000 g/mol의 9종을 사용하였다.
본 발명의 실시예 1에 따른 폴리에틸렌의 GPC 그래프를 도 1에, 비교예 1에 따른 폴리에틸렌의 GPC 그래프를 도 2에 나타내었다.
5) Log Mw (≥6.0):
상기 4)에서 측정한 GPC 커브 그래프를 통해 전체 GPC 커브 그래프의 전체 면적(적분값)에 대하여 Log Mw 값이 6.0 이상인 영역의 적분값의 비율로 계산하였다.
6) Log Mw (≤3.0):
상기 4)에서 측정한 GPC 커브 그래프를 통해 전체 GPC 커브 그래프의 전체 면적(적분값)에 대하여 Log Mw 값이 3.0 이하인 영역의 적분값의 비율로 계산하였다.
6) ESCR(environmental stress crack resistance)
ASTM D 1693에 따라 10% Igepal CO-630 Solution을 사용하여 온도 50℃ 조건하에서 F50 (50% 파괴)까지의 시간을 측정하였다.
7) 인장강도(Tensile strength)
ASTM D638에 의거하여 50 mm/min의 속도로 측정하였다
8) 캡 크랙 저항성(Cap crack resistance)
Angel사 120 ton screw 30ø 규격의 사출 성형기를 이용하여, 사출 온도 240℃, 사출 속도 80 mm/s, 보압 700 bar의 조건으로, cap(PET 규격 PCO 1881에 따른 28 mm cap)을 제조하였다. 성형한 cap을 42℃로 가열된 Igepal 5% 용액 bath에 침지한 상태에서, Cap 안쪽으로 5 bar 압력의 air을 가하여, 상기 기압이 줄어들기 시작하는 시간을 측정하였다.
9) 캡 직경 편차
8)의 캡 크랙 저항성과 동일한 사출 조건에서 cap을 100개 이상 제조한 후, 사출 성형된 cap 중 임의로 20개를 골라 치수 측정기(QVI SPRINTMVP 200, Quality Vision International Inc.)를 통해 직경을 측정하고, 측정된 직경의 변동계수(Coefficient of Variation)를 계산하였다.
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 비교예5
밀도
(g/cm3)		 0.952 0.951 0.952 0.950 0.952 0.952 0.953 0.952 0.952
MFR(2.16kg, g/10min) 0.60 0.52 0.40 1.02 2.18 1.75 1.21 0.22 0.45
MFRR
(MFR5/
MFR2 .16)		 3.7 3.3 4.2 3.6 3.9 3.4 4.2 6.7 7.2
분자량
분포 (Mw/Mn)		 12.0 7.2 13.5 9.8 14.7 17.2 24.5 10.6 12.3
Log Mw
(≥6.0)
(%)		 2.3 2.1 3.2 1.4 2.5 1.3 1.7 7.4 8.1
Log Mw
(≤3.0)
(%)		 0.9 0.7 0.6 1.2 1.4 2.2 1.6 0.8 1.0
ESCR
(시간)		 300 250 350 200 200 120 150 350 220
Tensile strength (MPa) 37 35 42 35 18 25 24 39 34
Cap Crack Resistance
(시간)		 300 250 160 220 65 40 55 110 100
캡 직경의 변동계수
(%)		 < 0.1% < 0.1% 0.3% 0.4% 0.3% 0.7% 0.5% 3.4% 4.2%
표 1을 참고하면, 소정의 물성을 모두 만족하는 실시예 1 내지 4는 ESCR이250시간 이상이고, 캡 크랙 저항성이 120 시간 이상이며, 인장강도 또한 35 MPa 이상으로, 보틀캡 등의 식품 용기 제조에 적합한 우수한 특성을 나타낼 수 있을 것으로 기대된다.
또한 Cap 사출시 치수 편차(변동계수)가 0.4% 이내로 편차가 매우 작아 공정성이 양호하고 불량률이 낮을 것으로 보이며, 용기에 대한 결착성 또한 우수할 것으로 기대할 수 있다.

Claims (9)

  1. 하기 i) 내지 v)의 조건을 만족하고,
    하기 화학식 1로 표시되는 제 1 전이 금속 화합물; 하기 화학식 2로 표시되는 제 2 전이 금속 화합물; 및 상기 제 1 및 제 2 전이 금속 화합물이 담지된 담체를 포함하는 혼성 담지 촉매의 존재 하에 올레핀계 단량체를 중합함으로써 제조되는 폴리에틸렌:
    i) 23℃에서 ISO 1183-2에 따라 측정한 밀도가 0.945 내지 0.960 g/cm3;
    ii) 190℃, 2.16kg의 하중 하에서 ASTM D1238에 따라 측정한 용융 흐름 지수(MFR)가 0.4 내지 2.0 g/10min;
    iii) 190℃에서 ASTM D1238에 따라 측정한 용융 유동율비(MFRR, MFR 5/MFR2.16)가 3.0 내지 5.0;
    iv) 분자량 분포(MWD, Mw/Mn)가 7.0 내지 15.0; 및
    v) GPC 커브 그래프에서 Log Mw 값이 6.0 이상인 영역의 적분값이 전체 적분값의 2.0 내지 7.0%,
    [화학식 1]

    상기 화학식 1에서,
    B는 붕소이고,
    M은 4족 전이금속이고,
    R1 내지 R4는 각각 독립적으로, 수소, C1-20 알킬, C3-20 사이클로알킬, 또는 C6-20 아릴이거나, R1과 R2 또는 R3와 R4가 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 C6-60 방향족 고리를 형성하고,
    R5 및 R6는 각각 독립적으로, C1-20 알킬, C3-20 사이클로알킬, 또는 C6-20 아릴이거나, R5와 R6가 서로 결합하여 C3-60 지방족 고리, 또는 C6-60 방향족 고리를 형성하고,
    X1 및 X2는 각각 독립적으로, C1-20 알킬 또는 -O(CO)R'이고, 여기서 R'은 C1-20 알킬이고,
    Q는 치환 또는 비치환된 N, O 및 S로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 C2-60 헤테로고리이고,
    Y와 Y'은 Q를 구성하는 원소이고,
    Y는 N, O, 또는 S이고,
    Y'은 Y와 인접한 Q의 원소이고, N 또는 C이고,
    [화학식 2]
    [Cp1(R7)a][Cp2(R8)b]M’X3X4
    상기 화학식 2에서,
    Cp1 및 Cp2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 사이클로펜타다이에닐기, 인데닐기, 4,5,6,7-테트라하이드로-1-인데닐 및 플루오레닐기 중 어느 하나이며,
    M’는 4족 전이금속이고,
    X3 및 X4는 각각 독립적으로, 할로겐, C1-20 알킬, C2-10 알케닐, C6-20 아릴, C7-20 알킬아릴, 또는 C7-20 아릴알킬이고,
    R7 및 R8은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 30의 하이드로카빌기, 탄소수 1 내지 30의 하이드로카빌옥시기, 탄소수 2 내지 30의 하이드로카빌옥시하이드로카빌기, -SiH3, 탄소수 1 내지 30의 하이드로카빌(옥시)실릴기 및 할로겐으로 치환된 탄소수 1 내지 30의 하이드로카빌기 중 어느 하나이며, a 및 b는 각각 독립적으로 0 내지 5 사이의 정수이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리에틸렌은, 에틸렌; 및 프로필렌, 1-부텐, 1-헥센, 4-메틸-1-펜텐 및 1-옥텐으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 공단량체와의 공중합체인,
    폴리에틸렌.
  3. 제1항에 있어서,
    GPC 커브 그래프에서 Log Mw 값이 3.0 이하인 영역의 적분값이 전체 적분값의 2.5% 이하인,
    폴리에틸렌.
  4. 제1항에 있어서,
    분자량 분포(MWD, Mw/Mn)가 10.0 내지 15.0인,
    폴리에틸렌.
  5. 제1항에 있어서,
    ASTM D638에 의거하여 측정한 인장강도(Tensile strength)가 35 MPa 이상인,
    폴리에틸렌.
  6. 제1항에 있어서,
    ASTM D 1693에 따라 측정한 내환경 응력 균열성(ESCR)이 200 시간 이상인,
    폴리에틸렌.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 전이 금속 화합물은 1:1 내지 1:10의 몰비로 담지되는, 폴리에틸렌.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 혼성 담지 촉매는 하기 화학식 3 내지 5으로 표시되는 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 조촉매 화합물을 더 포함하는, 폴리에틸렌:
    [화학식 3]
    R10-[Al(R9)-O]n-R11
    상기 화학식 3에서,
    R9, R10, 및 R11은 각각 독립적으로, 수소, 할로겐, 탄소수 1 내지 20의 하이드로카빌기 및 할로겐으로 치환된 탄소수 1 내지 20의 하이드로카빌기 중 어느 하나이고,
    n은 2 이상의 정수이며,
    [화학식 4]
    D(R12)3
    상기 화학식 4에서,
    D는 알루미늄 또는 보론이고,
    R12는 각각 독립적으로 할로겐, 탄소수 1 내지 20의 하이드로카빌기, 탄소수 1 내지 20의 하이드로카빌옥시기 및 할로겐으로 치환된 탄소수 1 내지 20의 하이드로카빌기 중 어느 하나이며,
    [화학식 5]
    [L-H]+[W(A)4]- 또는 [L]+[W(A)4]-
    상기 화학식 5에서,
    L은 중성 또는 양이온성 루이스 염기이며, H는 수소 원자이고,
    W는 13족 원소이며, A는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 20의 하이드로카빌기; 탄소수 1 내지 20의 하이드로카빌옥시기; 및 이들 치환기의 1 이상의 수소 원자가 할로겐, 탄소수 1 내지 20의 하이드로카빌옥시기 및 탄소수 1 내지 20의 하이드로카빌(옥시)실릴기 중 1 이상의 치환기로 치환된 치환기들 중 어느 하나이다.
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Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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