KR19980018948A - α-올레핀 중합용 고체 촉매 성분, α-올페핀 중합용 촉매, 및 α-올레핀 중합체의 제조 방법 (SOLID CATALYST COMPONENT FOR α-OLEFIN POLYMERIZATION, CATALYST FOR α-OLEFIN POLYMERIZATION, AND PROCESS FOR PRODUCING α-OLEFIN POLYMER) - Google Patents

α-올레핀 중합용 고체 촉매 성분, α-올페핀 중합용 촉매, 및 α-올레핀 중합체의 제조 방법 (SOLID CATALYST COMPONENT FOR α-OLEFIN POLYMERIZATION, CATALYST FOR α-OLEFIN POLYMERIZATION, AND PROCESS FOR PRODUCING α-OLEFIN POLYMER) Download PDF

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Abstract

본 발명은 입자 크기 분포의 로진-래믈러 함수의 N 의 값으로 환산하여 6.0이상의 좁은 입자 크기 분포를 가지며 중합반응에서 10,000 ((생성 g-중합체/g-고체 촉매 성분)/시간) 이상의 촉매 활성을 주는α-올레핀 중합용 고체 촉매 성분에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 높은 촉매 활성과 함께 높은 벌크 밀도 및 유리한 입자 특성을 갖는 폴리-α-을레핀을 줄 수 있는 α-올레핀 중합용 고체 촉매 성분이 제공될 수가 있다.

Description

α-올레핀 중합용 고체 촉매 성분, α-올레핀 중합용 촉매, 및 α-올레핀 중합체의 제조 방법
없음
본 발명은 α-올레핀 중합용 고체 촉매 성분에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 좁은 입자 크기 분포 및 높은 촉매 활성을 갖는 α-올레핀 중합용 고체 촉매 성분, 상기 고체 촉매 성분을 함유하는 α-올레핀 중합용 촉매 그리고 상기 촉매에 의한 폴리-α-올레핀들의 제조 방법에 관한 것이다.
잘 알려져 있는 바와 같이, 프로필렌, 1-부텐 등의 α-올레핀의 아이소탁틱 중합체들의 제조에는 전이 금속 화합물 (제 IV 내지 VI 족) 과 유기금속 화합물(제 I, II 및 XIII 족) 을 함유하는 지글러-낫타(Ziegler-Natta) 촉매가 사용된다.
사용성의 개선을 위하여는, 실질적으로 균일한 입자 직경을 가지면서 미세분말이 없는 폴리-α-올레핀들을 제조하는 것이 바람직하다. 전이 금속 화합물과 유기금속 화합물에서 유래되는 촉매 잔류물들은 그 결과로서 생기는 폴리-α-올레핀들에 남는다. 폴리-α-올레핀 등의 안정성과 가공성에 각종의 해로운 영향을 미치는, 촉매 잔류물의 제거 및 비활성화에는 촉매 잔류물의 제거를 위한 장치가 요구된다.
촉매 잔류물의 문제는 촉매 활성을 증가시키는 것으로 해결되는데, 이 촉매 활성은 촉매의 단위 중량당 생성된 폴리-α-올레핀의 중량으로 정의된 것이다. 이 방법은 촉매 잔류물의 제거를 위한 특수 장치를 전혀 필요로 하지 아니하며, 폴리-α-올레핀의 생산 비용을 줄여 준다. 공업적으로 이점이 있는 무(無)탈회 공정(deashing-free process) 을 가능케 하기 위하여는 극히 높은 촉매 활성을 갖는 촉매가 요구된다.
촉매 활성이 보다 높으면, 그러나, 그 결과로서 생기는 중합체 입자들의 벌크 밀도가 감소된다. 그러므로, 높은 활성을 가지면서 높은 벌크 밀도와 바람직한 입자 특성을 갖는 촉매가 요구된다. 결과로서 얻어지는 중합체들의 입자 특성은 고체 촉매 성분의 입자 특성에 상당히 의존하기 때문에 바람직한 입자 특성과 높은 중합 활성을 갖는 고체 촉매 성분의 개발이 시도되어 왔다.
에틸렌의 중합시, 입자 특성의 개선 및 입자 크기의 분포를 좁게 하는 것에 대하여, 실리카 젤 캐리어상에 티타늄-마그네슘 화합물을 지지시켜 제조하는 고체 촉매 성분을 사용하여 상기 문제들을 극복할 수 있는 방법들이 제안되어 있다 (JP-A-54-148098 및 JP-A-56-47407). 또한 JP-A-62-256802 에는, 프로필렌의 중합시, 캐리어인 실리카 젤에 티타늄-마그네슘 화합물을 스며들게 하여 얻은 고체 촉매 성분을 사용함으로써 그 결과로서 얻어지는 폴리프로필렌의 입자 특성이 뚜렷하게 개선된다는 내용이 개시되어 있기도 하다.
입자 특성을 어느 정도까지 개선시키고 있기는 하나, 이들 제안된 촉매들은 활성이 비교적 낮으며 캐리어로서 사용된 다량의 실리카 젤을 최종 생성물에 오염 시키고 있다. 오염된 실리카 젤은 최종 생성물의 질을 저하시키며 필름 제품의 얼룩점의 원인이 된다.
높은 촉매 활성을 갖는 각종의 고체 촉매 성분들이 또한 제안되었다.
예를 들자면, Ti-Mg 착물형 고체 촉매 (유기규소 화합물의 존재하에 유기마그네슘 화합물로 4가 티타늄 화합물을 환원시켜 마그네슘과 티타늄의 공융(共融)결정을 얻음으로써 얻어짐) 를 조촉매인 유기알루미늄 화합물 및 제 3 의 성분인 유기규소 화합물과 배합하여 사용하면 비교적 높은 입체규칙성과 높은 활성의 α-올레핀 중합을 실행할 수 있다는 것이 알려져 있다 (JP-B-03-43283 및 JP-A-01-319508). 또 하나의 제안된 기법은 유기규소 화합물의 존재하에 유기마그네슘 화합물에 의한 4가 티타늄 화합물의 환원시 에스테르가 동시 존재하면 더 높은 입체 규칙성과 더 높은 활성의 중합이 더욱 개선됨을 보여주고 있다 (JP-A-07-206017).
상기 제안된 기법들이 무(無)추출 및 무탈회 공정을 실현한다 하더라도, 그 결과로서 얻어지는 중합체의 입자 특성을 더욱 개선시키는 일은 요망된다.
본 발명의 목적은 높은 촉매 활성과 좁은 입자 크기 분포를 가지며, 미세 분말을 덜 함유하면서 높은 벌크 밀도 및 유리한 입자 특성을 갖는 폴리-α-올레핀을 효율적으로 줄 수 있는,α-올레핀 중합용 고체 촉매 성분을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 하나의 목적은, 상기의 이점들 의에도 높은 입체규칙성을 갖는 폴리-α-올레핀을 주는,α-올레핀 중합용 고체 촉매 성분과 α-올레핀 중합용 고체, 그리고 상기 촉매에 의한 바람직한 입자 특성의 폴리-α-올레핀의 제조 방법을 제공하는 것이기도 하다.
본 발명에 따르면, 입자 크기 분포의 로진-래믈러(Rosin-Rammler) 함수의 N의 값으로 환산하여 6.0 이상의 입자 크기 분포를 가지며 중합반응에서 10,000((생성 g-중합체/g-고체 촉매 성분)/시간) 이상의 촉매 활성올 주는 α-올레핀 중합용 고체 촉매 성분이 제공된다.
본 발명은 더 나아가 Si-0 결합을 갖는 유기규소 화합물과 에스테르의 존재하에 유기마그네슘 화합물로 일반 화학식 Ti(OR1)aX4-a(여기서 R1은 1 내지 20 개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소기를 나타냄; X 는 할로겐 원자를 나타냄; a 는 0≤a≤4 를 만족시키는 하나의 수임) 로 표시되는 티타늄 화합물을 환원시켜 고체 생성물을 얻는 단계, 에테르와 사염화 티타늄의 혼합물과 할로겐화 유기산을 이 순서로 그 처리대상의 고체 생성물에 연속적으로 첨가하는 단계, 그리고 이 처리된 고체 생성물을 에테르와 사염화 티타늄의 혼합물 또는 에테르, 사염화 티타늄과 에스테르의 혼합물로 더 처리하는 단계를 포함하는 방법에 의해서 얻어진, 3가 티타늄 학합물을 함유하는 (A) α-올레핀 중합용 고체 촉매 성분을 제공하는 것이기도 하다.
본 발명은 또한 다음을 함유하는 α-올레핀 중합용 촉매를 제공하는 것이기도 하다:
A) 상기한 α-올레핀 중합용 고체 촉매 성분;
B) 유기알루미늄 화합물; 그리고
C) 전자-제공체 화합물.
본 발명은 더 나아가 상기 촉매에 의한 폴리-α-올레핀의 제조 방법을 제공하는 것이기도 하다.
본 발명은 바람직한 입자 특성을 갖는 폴리-α-올레핀을 준다. 바람직하게는 본 발명은 α-올레핀의 높은 입체규칙 중합을 가능케 한다.
폴리-α-올레핀은 여기서는 α-올레핀의 호모중합체 또는 α-올레핀과 또 다른 α-올레핀 혹은 에틸렌의 공중합체를 의미한다.
아래에 본 발명을 상세히 설명하고자 한다.
입자 크기 분포의 로진-래믈러 함수의 N 의 값으로 환산하여 6.0 이상의 입자 크기 분포를 가지며 중합반응에서 10,000 ((생성 g-중합체/g-고체 촉매 성분)/시간) 이상의 촉매 활성을 주는, 본 발명의 α-올레핀 중합용 고체 촉매 생분이 기술된다.
아래에 주어진 입자 크기 분포의 로진-래믈러 함수의 N 인자는 고체 입자 직경의 분포의 정도를 나타내는 하나의 지표로서 일반적으로 알려져 있다 (로진 피.와 래믈러 이.: J.Inst. Fuel, 제 7 권, 제 29페이지 (1933 년) 와 화학공학 핸드북, 제 3 판, 제 361 - 362 페이지를 보라):
R(Dp) = 100exp{-(Dp/De)N}
(여기서 R(Dp) 는 잔류 축적 백분율을 나타내고; Dp 는 입자 직경을 나타내며; 그리고 De 는 R(Dp) = 36.8 % 에 해당하는 입자 직경을 나타냄). 보다 큰 N 은 입자 크기 분포를 좁게 하는 경향이 있다. 큰 N 의 고체 촉매 성분은 좁은 입자 크기 분포를 가지며 높은 벌크 밀도와 바람직한 입자 특성을 갖는, 그리고 미세 분말을 덜 함유하는 중합체를 주며, 그로 인해 공업상 유리한 것이 된다. 본 발명의 고체 촉매 성분의 N 의 값은 바람직하게는 6.2 이상인 것이 좋고, 더욱 바람직하게 는 6.4 이상이다.
고체 촉매 성분은 촉매 활성이 10,000 이상, 바람직하게는 15,000 이상, 더욱 바람직하게는 20,000 이상, 그리고 가장 바람직하게는 30,000 이상인 것이 좋다
((생성 g-중합체/g-고체 촉매 성분)/시간).
본 발명의 바람직한 촉매는 높은 입체규칙의 폴리-α-올레핀올 준다.
상기의 촉매 활성을 측정하기 위한 중합반응의 조건은 아래에 기술되는 실시예 1 에서 채택된 것들이다. 다시 말해, 촉매 활성 및 벌크 밀도는 고체 촉매 성분을 바꾸는 것을 제외하고는 실시예 1 에서와 똑같은 조건하에 프로필렌을 중합함으로써 측정될 수가 있다.
상기한 α-올레핀 중합용 고체 촉매 성분은 다음의 방법으로 제조된 것이 좋다.
본 발명의 고체 촉매 성분은 Si-0 결합을 갖는 유기규소 화합물과 에스테르의 존재하에 유기마그네슘 화합물로 일반 화학식 Ti(OR1)aX4-a(여기서 R1은 1 내지 20 개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소기를 나타내고; X는 할로겐 원자를 나타내며; 0≤a≤4) 로 표시되는 티타늄 화합물을 환원시켜 고체 생성물을 얻는 단계, 에테르와 사염화 티타늄의 혼합물과 할로겐화 유기산을 이 순서로 그 처리대상의 고체 생성물에 연속적으로 첨가하는 단계, 그리고 이 처리된 고체 생성물을 에테르와 사염화 티타늄의 혼합물 또는 에테르, 사염화 티타늄과 에스테르의 혼합물로 더 처리하는 단계를 포함하는 방법에 의해서 얻어진, 3가 티타늄 화합물을 함유하는 α-올레핀 중합용 고체 촉매 성분이다.
다음은 3가 티타늄 화합물을 함유하는 α-올레핀 중합용 고체 촉매 성분을 상세히 기술한 것이다.
(a) 티타늄 화합물
일반 화학식 Ti(OR1)aX4-a(여기서 R1은 1 내지 20 개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소기를 나타내고; X 는 할로겐 원자를 나타내며; 0≤a≤4) 로 표시되는 티타늄 화합물에 있어, R1의 특정예에는 1 내지 20 개의 탄소 원자를 갖는 알킬기들 이를 테면 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸, t-부틸, 아밀, 이소아밀, t-아밀, 헥실, 헵틸, 옥틸, 데실, 도데실 등등, 20 개까지의 탄소 원자를 갖는 아릴기들 이를 테면 페닐, 크레실, 자일릴, . 나프틸 등등, 알릴기들 이를 테면 프로페닐 등등, 그리고 20 개까지의 탄소 원자를 갖는 아르알킬기들 이를 테면 벤질 등등이 있다. 이들 중에서도, 2 내지 18 개의 탄소 원자를 갖는 알킬기들과 6 내지 18 개의 탄소 원자를 갖는 아릴기들이 바람직하다. 2 내지 18 개의 탄소 원자를 갖는 선형 알킬기들이 특히 바람직하다. 둘 또는 그 이상의 다른 OR1기를 갖는 티타늄 화합물들도 또한 사용될 수가 있다.
X 로 표시되는 할로겐 원자의 예에는 염소 원자, 브롬 원자, 그리,고 요오드 원자 등이 있다. 특히 바람직한 것은 염소 원자이다. 일반 화학식 Ti(OR1)aX4-a로 표시되는 티타늄 화합물에서의 A 의 값은 0≤a≤4, 바람직하게는 2≤a≤4 를 만족시키는 것이 좋다. 특히 바람직한 것은 a = 4 이다.
일반 화학식 Ti(OR1)aX4-a로 표시되는 티타늄 화합물의 합성을 위해 알려져 있는 방법이라면 어떠한 방법도 적용할 수 있다. 이용가능한 방법에는 Ti(OR1)a와 TiX4를 미리 결정된 비율에서 서로 반응시키는 방법과 TiX4를 그에 상응하는 미리 결정된 양의 알코올 (R1OH) 과 반응시키는 방법 등이 있다.
티타늄 화합물은 탄화수소 또는 할로겐화 탄화수소로 희석될 수 있다.
일반 화학식 Ti(OR1)aX4-a로 표시되는 티타늄 화합물에는 사할로겐화 티타늄들 이를 테면 사염화 티타늄, 사브롬화 티타늄, 사요오드화 티타늄 등등, 삼할로겐화 알콕시티타늄들 이를 테면 삼염화 메톡시티타늄, 삼염화 에톡시티타늄, 삼염화 부톡시티타늄, 삼염화 페녹시티타늄, 삼브롬화 에톡시티타늄 등등, 이할로겐화 디알콕시티타늄들 이를 테면 이염화 디메톡시티타늄, 이염화 디에톡시티타늄, 이염화 디부톡시티타늄, 이염화 디페녹시티타늄, 이브롬화 디에톡시티타늄 등등, 일할로겐화 트리알콕시티타늄들 이를 테면 염화 트리메톡시티타늄, 염화 트리에톡시티타늄, 염화 트리부톡시티타늄, 염화 트리페녹시티타늄, 브롬화 트리에톡시티테늄 등등, 그리고 테트라알콕시티타늄들 이를 테면 테트라메톡시티타늄, 테트라에톡시티타늄, 테트라부톡시티타늄, 테트라페녹시티타늄 등등이 있다.
(b) Si-0 결합을 갖는 유기규소 화합물
Si-0 결합을 갖는 유기규소 화합물은, 예를 들면, 다음의 일반 화학식들 중의 하나로 표시되는 것이다:
Si(OR2)mR3 4-m;
R4(R5 2SiO)pSiR6 3; 또는
(R7 2S iO)q
(여기서 R2는 1 내지 20 개의 탄소 원자의 탄화수소기를 나타내고; R3, R4, R5, R6및 R7은 각각 1 내지 20 개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소기 또는 수소 원자를 나타내고; 0 m ≤ 4; p 는 1 에서 1000 까지의 어떤 정수며; 그리고 q 는 2 에서 1000 까지의 어떤 정수임).
유기규소 화합물의 특정예에는 테트라마톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 테트라에톡시실란, 트리에톡시에틸실란, 디에톡시디에틸실란, 에톡시트리에틸실란, 테트라이소프로폭시실란, 디이소프로폭시디이소프로필실란, 테트라프로폭시실란, 디프로폭시디프로필실란, 테트라부톡시실란, 디부톡시디부틸실 란, 디시클로펜톡시디에틸실란, 디에톡시디페닐실란, 시클로헥실옥시트리메틸실란, 페녹시트리메틸실란, 트라트라페녹시실란, 트리에톡시폐닐실란, 헥사메틸디실록산, 헥사에틸디 실록산, 헥사프로필디실록산, 옥타에틸트리실록산, 디메틸폴리실록산, 디에필폴리실록산, 메틸히드로폴리실록산, 페닐히드로폴리실록산 등등이 있다.
이들 유기규소 화합물들 중에서도, 일반 화학식 Si(OR2)mR3 4-m으로 표시되는 알콕시실란들이 바람직하며, 여기서 1 ≤ m ≤ 4 다. 특히 바람직한 것은 테트라알콕시실란들이며, 여기서 m 은 4 다.
(c) 에스테르
본 발명에 사용되는 에스테르로서는, 유기산 에스테르들이 사용될 수가 있으며, 바람직하게는 지방족 카르복실산 에스테르들, 지방족고리 카르복실산 에스테르들, 그리고 방향족 카르복실산 에스테르들 등을 포함하는 1가 및 다가 카르복실산 에스테르들인 것이 좋다. 구체적인 예에는 아세트산 메틸, 아세트산 에틸, 아세트산 페닐, 프로피온산 메틸, 프로피온산 에틸, 부티르산 에틸, 발레르산 에틸, 아크릴산 메틸, 아크릴산 에틸, 메타크릴산 메틸, 벤조산 에틸, 벤조산 부틸, 톨루산 메틸, 톨루산 에틸, 아니스산 에틸, 숙신산 디에틸, 숙신산 디부틸, 말론산 디에틸, 말론산 디부틸, 말레산 디메틸, 말레산 디부틸, 이타콘산 디에틸, 이타콘산 디부틸, 프탈산 모노에틸, 프탈산 디메틸, 프탈산 메틸에틸, 프탈산 디에틸, 프탈산 디프로필, 프탈산 디이소프로필, 프탈산 디부틸, 프탈산 디이소부틸, 프탈산 디옥틸, 프탈산 디폐닐 등등이 있다.
이들 에스테르들 중에서도, 불포화 지방족 카르복실산 에스테르들 이를 테면 메타크릴레이트들과 말레에이트들 및 프탈레이트들 등이 바람직하다. 특히 바람직한 것은 프탈산 디에스테르들이다.
(d) 유기마그네슘 화합물
마그네슘-탄소 결합을 갖는 유기마그네슘 화합물이라면 어뗘한 것도 유기마그녜슘 화합물로서 사용될 수가 있다. 바람직하게 사용될 수 있는 것은 일반 화학식 R8MgX (여기서 R8은 1 내지 20 개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소기를 나타내며; X 는 할로겐 원자를 나타냄) 로 표시되는 그리냐르 화합물들, 뿐만 아니라 R9R10Mg (여기서 R9또는 Rl0은 1 내지 20 개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소기를 나타냄) 로 표시되는 디알킬마그네슘 화합물들 및 디아릴마그네슘 화합물들이 있다. R8, R9, R10은 각각으로 1 내지 20 개의 탄소 원자를 갖는 알킬기들 이를 테면 메틸, 에틸, 프로필, 이 소프로필, 부틸, s-부틸, 아밀, 이소아밀, 헥실, 옥틸, 2-에틸헥실 등등, 20 개까지의 탄소 원자를 갖는 아릴기들 이를 테면 페닐 등등, 20 개 까지의 탄소 원자를 갖는 아르알킬기들 이를 테면 벤질 등과 비닐 및 프로폐닐과 같은 20 개까지의 탄소 원자를 갖는 알케닐기들을 나타내며, 동일하거나 서로 다를수 있다.
그리냐르 화합물의 구체적인 예에는 염화 메틸마그네슘, 염화 에틸마그네슘, 브롬화 에틸마그네슘, 요오드화 에틸마그네슘, 염화 프포필마그녜슘, 브롬화 프로필마그네슘, 염화 부틸마그네슘, 브롬화 부틸마그네슘, 염화 s-부틸마그네슘, 브롬화 s-부틸마그네슘, 염화 t-부틸마그네슘, 브롬화 t-부틸마그네슘, 염화 아밀마그네슘, 염화 이소아밀마그네슘, 염화 헥실마그네슘, 염화 페닐마그네슘, 그리고 브롬화 폐닐마그네슘 등이 있다. 일반 화학식 R9R10Mg 로 표시되는 화합물의 예에는 디메틸마그네슘, 디에틸마그네슘, 디프포필마그네슘, 디이소프로필마그네슘, 디부틸마그네슘, 디-s-부틸마그네슘, 디-t-부틸마그네슘, 부틸-s-부틸마그네슘, 디아밀마그네슘, 디헥실마그네슘, 디페닐마그네슘, 부틸에틸마그네슘 등등이 있다.
상기 유기마그네슘 화합물의 합성에 일반으로 사용되는 용매에는 에테르 용매들 이를 테면 디에틸 에테르, 디프로필 에테르, 디이소프로필 에테르, 디부틸 에테르, 디이소부틸 에테르, 디아밀 에테르, 디이소아밀 에테르, 디헥실 에테르, 디옥틸 에테르, 디페닐 에테르, 디벤질 에테르, 페네톨, 아니솔, 테트라히드로푸란, 테트라히드로피란 등이 있다. 탄화수소 용매들 이를 테면 헥산, 헵탄, 옥탄, 시클로헥산, 메틸시클로헥산, 벤젠, 톨루엔 및 자일렌 등, 그리고 에테르 용매와 탄화수소 용매의 혼합 용매들도 또한 이용가능하다.
유기마그네슘 화합물은 에테르 용액의 형태로 사용되는 것이 좋다. 여기에 사용되는 에테르의 바람직한 예에는 분자 중에 여섯개 또는 그 이상의 탄소 원자를 갖는 에테르들 그리고 고리 구조를 갖는 에테르들 등이 있다. 일반 화학식 R8MgX로 표시되는 그리냐르 화합물의 에테르 용액들이 촉매 성능의 관점에서 특히 바람직하다.
상기 유기마그네슘 화합물과 유기금속 화합물간의 탄화수소-가용성(hydrocarbon-soluble) 착물도 또한 이용가능하다. 유기금속 화합물의 예에는 Li, Be, B, A1 및 Zn 의 유기 화합물들 등이 있다.
(e) 에테르
본 발명에 사용되는 에테르는 디-C1-10알킬 에테르들 등이 좋다. 디알킬 에테르의 예에는 디에틸 에테르, 디프로필 에테르, 디이소프로필 에테르, 디부틸 에테르, 디이소부틸 에테르, 디아밀 에테르, 디이소아밀 에테르, 디네오펜틸 에테르, 디헥실 에테르, 디옥틸 에테르, 메틸부틸 에테르, 메틸이소아밀 에테르, 그리고 에틸이소부틸 에테르 등이 있다. 이들 예들 중에서도, 특히 바람직한 것은 디부틸 에테르와 디이소아밀 에테르다.
(f) 할로겐화 유기산
할로겐화 지방족 카르복실산들, 할로겐화 지방족고리 카르복실산들, 그리고 할로겐화 방향족 카르복실산들 등을 포함하는 할로겐화 1가 및 다가 카르복실산들이 할로겐화 유기산으로서 사용될 수가 있다. 구체적인 예에는 아세틸 클로리드, 프로피오닐 클로리드, 부티로일 클로리드, 발레로일 클로리드, 아크릴로일 클로리드, 메타크릴로일 클로리드, 벤조일 클로리드, 톨루일 클로리드, 아니실 클로리드, 숙시닐 클로리드, 말로닐 클로리드, 말레일 클로리드, 이타코노일 클로리드, 그리고 프탈로일 클로리드 등이 있다.
이들 할로겐화 유기산들 중에서도, 할로겐화 방향족 카르복실산들 이를 테면 벤조일 클로리드, 톨루일 클로리드, 프탈로일 클로리드 등등이 바람직하다. 특히 바람직한 것은 프탈로일 클로리드다.
(g) 고체 촉매 성분의 합성
3가 티타늄 화합물을 함유하는 고체 촉매 성분은 유기규소 화합물과 에스테르의 존재하에 유기마그네슘 화합물로 티타늄 화합물을 환원시켜 고체 생성물을 얻고, 에테르와 사염화 티타늄의 혼합물과 할로겐화 유기산을 이 순서로 그 처리대상의 고체 생성물에 연속적으로 첨가하고, 그리고 이 처리된 고체 생성물을 에테르와 사염화 티타늄의 혼합물 또는 에테르, 사염화 티타늄, 및 에스테르의 혼합물로 더 처리함으로써 얻어진다. 이들 반응들 모두는 질소 또는 아르곤 등의 비활성 가스의 분위기하에서 수행된다.
유기마그네슘 화합물에 의한 티타늄 화합물의 환원은 티타늄 화합물, 유기규소 화합물 및 에스테르의 혼합물에 유기마그네슘 화합물을 첨가하거나, 또는 이와 반대로, 유기마그네슘 화합물의 용액에 티타늄 화합물, 유기규소 화합물 및 에스테르의 혼합물을 첨가함으로써 실행될 수 있다. 티타늄 화합물, 유기규소 화합물 및 에스테르의 혼합물에 유기마그네슘 화합물을 첨가하는 방법이 촉매 활성의 관점에서 바람직하다.
티타늄 화합물, 유기규소 화합물 및 에스테르는 적당한 용매에 녹이거나 혹은 적당한 용매로 희석시킨다. 바람직한 용매의 예에는 다음과 같은 것들이 있다: 지방족 탄화수소들 이를 테면 헥산, 헵탄, 옥탄, 데칸 등등; 방향족 탄화수소들 이를 테면 톨루엔, 자일렌 등등; 지방족고리 탄화수소들 이를 테면 시클로헥산, 메틸시클로헥산, 데칼린 등등; 그리고 에테르들 이를 테면 디에틸 에테르, 디부틸 에테르, 디이소아밀 에테르, 테트라히드로푸란 등등.
환원반응의 온도는 그 결과로서 얻어지는 고체 중합체의 바람직한 활성상 일반적으로 -50 내지 70℃ 의 범위, 바람직하게는 -30 내지 50℃ 의 범위, 그리고 더욱 바람직하게는 -25 내지 35℃ 의 범위에 있는 것이 좋다.
무기 산화물이나 유기 중합체 등의 다공성 물질이 환원반응에서 공존할 수 있어서, 고체 생성물은 이 다공성 물질로써 함침된다. 바람직한 다공성 물질은 0.3 m1/g 이상의 20 내지 200 nm 의 미세구멍 반경 범위의 미세구멍 체적과 5 내지 300μm 의 평균 입자 직경을 가진다.
다공성 무기 산화물의 예에는 SiO2, A12O3, MgO, TiO2, ZrO2, SiO2(A12O3착물산화물, MgO(Al2O3착물 산화물, 그리고 MgO(SiO2(A12O3착물 산화물 등이 있다. 다공성 중합체의 예에는 폴리스티렌들 이를 테면 폴리스티렌, 스티렌-디비닐벤젠 공중합체, 스티렌-n,n'-알킬렌 디메타크릴아미드 공중합체, 스티렌-에틸렌 글리콜 메틸 디메타크릴레이트 공중합체 및 에틸비닐벤젠-디비닐벤젠 공중합체등, 폴리(메트)아크릴레이트들 이를 테면 폴리(에틸 아크릴레이트), 메틸 아크릴레이트-디비닐벤젠 공중합체, 에틸 아크릴레이트-디비닐벤젠 공중합체, 폴리(메틸 메타크릴레이트), 메틸 메타크릴레이트-디비닐벤젠 공중합체 및 폴리(에틸렌 글리콜 메틸 디메타크릴레이트) 등, 폴리아크릴로니트릴들 이를 테면 폴리아크릴로니트릴 및 아크릴 로니트릴-디비닐벤젠 공중합체, 폴리(비닐 클로리드)들 이를 테면 폴리(비닐 클로리드) 등, 폴리올레핀들 이를 테면 폴리에틸렌, 에틸렌-메틸 아크릴레이트 공중합체 및 폴리프로필렌 등, 폴리(비닐 피롤리딘), 폴리(비닐 피리딘) 등등이 있다.
이들 다공성 물질들 중에서도, SiO2, A12O3그리고 스티렌-디비닐벤젠 공중합체가 일반으로 사용된다.
점적(點適) 첨가의 시간은 특별히 한정되어 있는 것은 아니나, 약 30 분에서 약 12 시간까지가 통상적이다. 환원반응 완결 후, 후(後)반응은 20 내지 120℃의 온도에서 수행될 수 있다.
유기규소 화합물의 사용량은 규소 원자 대 티타늄 화합물에 함유된 티타늄 원자의 원자비 (Si/Ti) 로 환산하여 1 내지 50 의 범위에 있는 것이 일반적이고, 바람직하게는 3 내지 30, 그리고 더욱 바람직하게는 5 내지 25 의 범위에 있는 것이 좋다. 에스테르의 사용량은 에스테르 대 티타늄 화합물에 함유된 티타늄 원자의 몰비 (에스테르/Ti) 로 환산하여 0.05 내지 10 의 범위에 있는 것이 일반적이고, 바람직하게는 0.1 내지 6, 그리고 더욱 바람직하게는 0.2 내지 3 의 범위에 있는것이 좋다. 유기마그네슘 화합물의 사용량은 티타늄 원자와 규소 원자의 합대 마그네슘 원자의 원자비 (Ti+Si/Mg) 로 환산하여 0.1 내지 10 의 범위에 있는것이 일반적이고, 바람직하게는 0.2 내지 5.0, 그리고 더욱 바람직하게는 0.5 내지 2,0 의 범위에 있는 것이 좋다.
환원반응에 의해 얻은 고체 생성물은 고체-액체 분리를 거치게 하여 헥산, 헵탄 등등의 비활성 탄화수소 용매로 여러 차례 씻어 준다. 그리하여 얻은 환원고체 생성물은 3가 티타늄; 마그네슘, 그리고 히드로카르빌옥시기를 함유하고 있으며 비결정질상태이거나 매우 약한 결정상태를 나타내는 것이 일반적이다. 비결정질 구조가 촉매 성능의 관점에서 특히 바람직하다.
에테르와 사염화 티타늄의 혼합물과 할로겐화 유기산을 이 순서로 그 처리 하고자 하는 환원 고체 생성물에 연속적으로 첨가한다. 할로겐화 유기산의 사용은 공업적으로 가치가 덜한 무정형 중합체인, 차가운 자일렌에 용해되는 부분의 양을 감소시켜 주며, 생산성 뿐만 아니라 중합 활성과 중합체 입자들의 벌크 밀도도 또한 향상시켜 준다.
에테르의 양은 환원 고체 생성물에 함유된 티타늄 원자 1 몰당 0.1 내지 100 몰이 일반적이며, 바람직하게는 0.5 내지 50 몰, 그리고 더욱 바람직하게는 1 내지 20 몰이 좋다. 사염화 티타늄의 양은 환원 고체 생성물에 함유된 티타늄 원자 1 몰당 1 내지 1000 몰이 일반적이고, 바람직하게는 3 내지 500 몰, 그리고 더욱 바람직하게는 10 내지 300 몰이 좋다. 에테르 1 몰당 사염화 티타늄의 양은 1 내지 100 몰이 일반적이고, 바람직하게는 1.5 내지 75 몰, 그리고 더욱 바람직하게는 2 내지 50 몰이 좋다. 할로겐화 유기산의 양은 환원 고체 생성물에 함유된 티타늄 원자 1 몰당 0.1 내지 50 몰이 일반적이고, 바람직하게는 0.3 내지 20 몰, 그리고 더욱 바람직하게는 0.5 내지 10 몰이 좋다. 고체 생성물에 함유된 마그네슘원자 1 몰당 할로겐화 유기산의 양은 0.01 내지 1.0 몰이 일반적이며 바람직하게는 0.03 내지 0.5 몰이 좋다. 지나치게 많은 양의 할로겐화 유기산의 사용은 간혹 입자들의 분해를 초래하기도 한다.
에테르와 사염화 티타늄의 혼합물과 할로겐화 유기산에 의한 환원 고체 생성물의 처리는 이들 첨가물들을 고체 생성물과 접촉시키는 공지의 어띠한 방법에 의해서도, 예를 들면, 슬러리법 또는 볼 밀 등의 기계적 분쇄 수단에 의한 방법 등에 의해 실행될 수 있다. 그렇지만, 이들 첨가물들을 희석제의 존재하에 고체 생성물과 접촉시킬 수 있는 슬러리법이 좁은 입자 크기 분포를 갖는 고체 촉매 성분의 제조상 바람직하다.
희석제의 예에는 다음의 것들이 있다: 지방족 탄화수소들 이를 테면 펜탄, 헥산, 헵탄, 옥탄 등등;방향촉 탄화수소들 이를 테면 벤젠, 톨루엔, 자일렌 등등; 지방족고리 탄화수소들 이를 테면 시클로헥산, 시클로펜탄 등등; 할로겐화 탄화수소들 이를 테면 1,2-디클로로에탄, 모노클로로벤젠 등등. 이들 예들 중에서도, 방향족 탄화수소들과 할로겐화 탄화수소들이 특히 바람직하다.
희석제의 사용 부피량은 환원 고체 생성물 1 g 당 0.l m1 내지 1000 m1 이 일반적이며 바람직하게는 1 m1 내지 100 m1 이 좋다. 처리 온도는 일반적으로 -50 내지 150℃ 의 범위에 있으며 바람직하게는 0 내지 120℃ 의 범위에 있는 것이 좋다. 처리 시간은 일반적으로 30분 또는 그 이상, 바람직하게는 1 내지 10시간이 좋다. 처리 완결 후, 처리된 고체 생성물은 고체-액체 분리를 거치게 하여 비활성 탄화수소 용매로 여러 차례 씻어 주며 이에 의해 할로겐화 유기산으로 처리된 고체 생성물을 얻는다.
그리하여 얻은 할로겐화 유기산-처리형 고체 생성물을 에테르와 사염화 티타늄의 혼합물이나 또는 에테르, 사염화 티타늄 및 에스테르의 혼합물의 어느 것으로 더 처리한다. 처리는 슬러리의 형태로 실행되는 것이 좋다. 슬러리의 제조를 위해 이용가능한 용매에는 다음의 것들이 있다: 지방족 탄화수소들 이를 테면 펜탄, 헥산, 헵탄, 옥탄, 데칸 등등; 방향족 탄화수소들, 이를 테면 톨루엔과 자일렌 등등; 지방족고리 탄화수소들 이를 테면 시클로헥산, 메틸시클로헥산, 데칼린 등등; 그리고 할로겐화 탄화수소들 이를 테면 디클로로에탄, 트리크로로에틸렌, 모노클로로벤젠, 디클로로벤젠, 트리클로로벤젠 등등. 이들 용매들 중에서도, 할로겐화 탄화수소들과 방향족 탄화수소들이 바람직하다.
술러리의 농도는 0.05 내지 0.7 (g-고체/ml-용매) 의 범위에 있는 것이 일반적이며 바람직하게는 0.1 내지 0.5 (g-고체/ml-용매) 의 범위에 있는 것이 좋다. 반응 온도는 일반적으로 30 내지 150 ℃ 의 범위에 있고, 바람직하게는 45 내지 135℃의 범위, 그리고 더욱 바람직하게는 60 내지 120 ℃의 범위에 있는 것이 좋다. 반응 시간은 특별히 제한되어 있지는 아니하나 일반적으로 30 분 내지 6시간이다.
에스테르, 에테르 및 사염화 티타늄에 의한 할로겐화 유기산-처리형 고체 생성물의 처리는 할로겐화 유기산-처리형 고체 생성물에 에스테르, 에테르 및 사염화 티타늄을 첨가하거나 또는, 이와 반대로, 에스테르, 에테르 및 사염화 티타늄의 혼합 용액에 할로겐화 유기산-처리형 고체 생성물을 첨가함으로써 실행될 수 있다. 할로겐화 유기산-처리형 고체 생성물에 에스테르, 에테르 및 사염화 티타늄을 첨가하는 전자의 방법에 있어, 에스테르 및 에테르의 첨가 후에 사염화 티타늄을 첨가하거나 또는 에스테르, 에테르 및 사염화 티타늄을 동시 첨가하는 것이 바람직하다. 할로겐화 유기산-처리형 고체 생성물에 미리 제조된 에스테르, 에테르 및 사염화 티타늄의 혼합 용액을 첨가하는 것이 특히 바람직하다.
에테르와 사염화 티타늄의 혼합물이나 또는 에스테르, 에테르 및 사염화 티타늄의 혼합물의 어느 것에 의한 할로겐화 유기산-처리형 고체 생성물의 처리는 반복적으로 수행될 수 있다. 보다 좋은 촉매 활성과 입체규칙상 적어도 두 차례 처리를 반복하는 것이 좋다.
에테르의 사용량은 할로겐화 유기산-처리형 고체 생성물에 함유된 티타늄원자 1 몰당 0.1 내지 100 몰이 일반적이며, 바람직하게는 0.5 내지 50 몰, 그리고 더욱 바람직하게는 1 내지 20 몰이 좋다. 사염화 티타늄의 사용량은 할로겐화 유기산-처리형 고체 생성물에 함유된 티타늄 원자 1 몰당 1 내지 1000 몰이 일반적이고, 바람직하게는 3 내지 500 몰, 그리고 더욱 바람직하게는 10 내지 300 몰이 좋다. 에테르 1 몰당 사염화 티타늄의 양은 일반적으로 1 내지 100 몰, 바람직하게는 1.5 내지 75 몰, 그리고 더욱 바람직하게는 2 내지 50 몰이 좋다.
에스테르가 공존하는 경우에, 에스테르의 사용량은 할로겐화 유기산-처리형 고체 생성물에 함유된 티타늄 원자 1 몰당 30 몰 이하가 일반적이고, 바람직하게는 15몰 이하, 그리고 더욱 바람직하게는 5 몰 이하가 좋다.
그리하여 얻은 고체 촉매 성분은 고체-액체 분리를 거치게 하고 비활성 탄화수소 용매, ㅇl를테면 헥산, 헵탄 등등으로 여러 차례 씻어 준 후에 중합반응에 사용한다. 보다 좋은 촉매 활성과 입체규칙성을 얻기 위해서는, 고체-액체 분리 후의 고체 촉매 성분을 모노클로로벤젠 등등의 다량의 할로겐화 탄화수소 용매, 또는 톨루엔 등등의 방향족 탄화수소 용매로, 50 내지 120℃의 온도에서 한 번 또는 여러 번 씻어 주고, 이후 이 고체 촉매 성분을 헥산 등등의 지방족 탄화수소 용매로 여러 번 씻어 준 다음, 이 고체 촉매 성분을 중합반응에 사용하는 것으로 구성되어 있는 방법을 채택하는 것이 좋다.
그리하여 얻은 α-올레핀 중합용 고체 촉매 성분 (A)를 상기한 성분들 (B) 및 (B) 와 배합하여 α-올레핀 중합용 고체 촉매를 얻는다. 그 결과로서 얻어지는 촉매는 높은 중합 활성을 가지며 높은 입체규칙성의 폴리-α-올레핀을 준다. 그리하여 얻어진 고체 촉매 성분은 입자 크기 분포의 로진-래믈러 함수의 N 의 값으로 환산하여 6.0 이상, 바람직하게는 6.2 이상, 또는 더욱 바람직하게는 6.4 이상인, 좁은 입자 크기 분포를 가진다.
그 얻어진 고체 촉매 성분은 10,000 ((생성 g-중합체/g-고체 촉매 성분)/시간) 이상의 촉매 활성을 갖고 있다.
본 발명의 α-올레핀 중합용 고체 촉매 성분은 α-올레핀의 중합반응을 위해 적당한 조촉매 성분들과 배합하여 사용한다. 이는 미세 분말이 더 적으면서 바람직한 입자 특성을 갖는 폴리-α-올레핀을 준다. 조촉매 성분의 대표적인 예에는 유기알루미늄 화합물들과 전자-제공체 화합물들이 있으며, 아래에 상세히 기술된다.
(h) 유기알루미늄 화합물
유기알루미늄 화합물은 분자 중에 적어도 하나의 알루미늄-탄소 결합을 갖고 있다. 이 유기알루미늄 화합물의 대표적인 예에는 아래에 주어진 일반 화학식으로 표시되는 것들이 있다:
R11 rAlY3-r및
R12R13A1-O-AlR14R15
(여기서 R11에서 R15까지는 1 내지 20 개의 탄소 원자의 탄화수소기를 나타내고; Y는 할로겐, 수소, 또는 1 내지 20 개의 탄소 원자를 갖는 알콕시기를 나타내며; 2≤γ≤3).
유기알루미늄 화합물의 구체적인 예에는 다음의 것들이 있다: 트리알킬알루미늄들 이를 테면 트리에틸알루미늄, 트리이소부틸알루미늄, 트리헥실알루미늄 등등 수소화 디알킬알루미늄들 이를 테면 수소화 디에틸알루미늄, 수소화 디이소부틸알루미늄 등등; 할로겐화 디알킬알루미늄들 이를 테면 염화 디에틸알루미늄 등등 트리알킬알루미늄과 할로겐화 디알킬알루미늄의 혼합물들 이를 테면 트리에틸알루미늄과 염화 디에틸알루미늄의 혼합물들 등등; 그리고 알킬알루목산들 이를 테면 테트라에틸디알루목산, 테트라부틸디알루목산 등등.
이들 유기 알루미늄 화합물들 중에서도, 트리 알킬알루미늄들, 트리 알킬알루미늄과 할로겐화 디알킬알루미늄의 혼합물들 그리고 알킬알루목산들이 바람직하다. 특히 바람직한것은 트리에틸알루미늄, 트리이소부틸알루미늄, 트리에틸알루미늄과 염화 디에틸알루미늄의 혼합물, 그리고 테트라에틸알루목산이다.
유기알루미늄 화합물의 양은 고체 촉매 성분에 함유된 티타늄 원자 1 몰당 0.5 내지 1000몰의 덟은 범위에 있는 것이 일반적이나, 바람직하게는 1 내지 600몰의 범위에 있는 것이l 좋다.
(i) 전자-제공체 화합물
전자-제공체 화합물의 이용가능한 예에는 다음의 것들이 있다: 산소를 함유하는 전자 제공체들 이를 테면 알코올들, 페놀들, 케톤들, 알데히드들, 카르복실산들 유기산 및 무기산의 에스테르들, 에테르들, 산 아미드들, 산 무수물들 등등; 그리고 질소를 함유하는 전자 제공체들 이를 테면 암모니아, 아민들, 니트릴들, 이소시아네이트들 등등. 이들 전자 제공체들 증에서도, 무기산의 에스테르들과 에테르들을 사용하는 것이 좋다.
무기산의 에스테르는 일반 학학식 R16 nSi(OR17)4-n(여기서 R16은 1 내지 2O개의 탄소 원자의 탄화수소기 또는 수소 원자를 나타내고; R17은 1 내지 2O 개의 탄소 원자의 탄화수소기를 나타내며;R16과 R17은 동일한 에테르 분자 중에서 동일하거나 서로 다를 수 있고; n 은 0∠n4 를 만족시키는 어떤 수임) 으로 표시되는 규소 화합물인 것이 좋다. 구체적인 예에는 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 테트라부톡시실란, 테트라폐녹시실란, 메틸트리메톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 부틸트리 메톡시실란, 이소부틸트리메톡시실란, t-부틸트리 메톡시실란, 이소프로필트리메톡시실란, 시클로헥실트리메톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 디에틸디메톡시실란, 디프로필디메톡시실란, 프로필메틸디 메톡시설란, 디이소프로필디메톡시실란, 디부틸디 메톡시실란, 디이소부틸디메톡시실란, 디-t-부틸디메톡시실란, 부틸메틸디메톡시 실란, 부틸에틸디메톡시실란, t-부틸메틸디메톡시실란, 이소부틸이소프로필디메톡시실란, t-부틸이소프로필디메톡시실란, 헥실메틸디메톡시실란, 헥실에틸디메톡시실란, 도데실메틸디메톡시실란, 디시클로펜틸디메톡시실란, 시클로펜틸메틸디메톡시실란, 시클로펜틸에틸디메톡시실란, 시 클로펜틸이소프로필디메톡시실란, 시클로펜틸이소부틸디메톡시실란, 시클로펜틸-t-부틸디메톡시실란, 디시클로헥실디메톡시실란, 시클로헥실메틸디메톡시실란, 시클로헥실에틸디메톡시실란, 시클로헥실이소프로필디메톡시실란, 시클로헥실이소부틸디메톡시실란, 시클로헥실-t-부틸디메 톡시실란, 시클로헥실시클로멘틸디메톡시실란, 시클로헥실페닐디메톡시실란, 디페닐디메톡시실란, 페닐메틸디메톡시실란, 페닐이소프로팔디메톡시실란, 페닐이소부틸디메톡시실란, 페닐-t-부틸디메톡시실란, 페닐시클로펜틸디메톡시실란, 비닐메틸디메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 에틸트리에톡시실란, 부틸트리에톡시실란, 이소부틸트리에톡시실란, t-부틸트리에톡시실란, 이소프로필트리에톡실란, 시클로헥실트리에특시실란, 페닐트리에톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 디메틸디에톡시실란, 디에틸디에톡시실란, 디프로필디에톡시실란, 프로필메틸디에톡시실란, 디이소프로필 디에톡시실란, 디부틸디에톡시실란, 디이소부틸디에톡시실란, 디-t-부틸디에톡시실란, 부틸메틸 디에톡시실란, 부틸에틸디에톡시실란, t-부틸메틸디에톡시실란, 헥실메틸디에톡시실란, 헥실에틸디에톡시실란, 도데실에틸디에톡시실란, 디시클로펜틸디에톡시실란, 디시클로헥실디에톡시실란,시클로헥실메틸디에톡시실란, 서클로헥실에틸디에톡시실란, 디페닐디에톡시실란, 페닐메틸디에톡시실란, 비닐메틸디에톡시실란, 에틸트리이소프로폭시실란, 비닐트리부톡시실란, 페닐트리-t-부톡시실란, 2-노르보르나네트리메톡시실란, 2-노르보르나네트리에톡시실란, 2-노르보르나네 메틸디메톡실란, 트리메틸페녹시실란, 메틸트리알릴옥시실란 등등이 있다.
에테르는 일반 화학식:
(여기서 R18에서 R2l까지는 1 내지 2O개의 탄소 원자의 선형 또는 가지가 있는 형의 알킬기 또는 지방족 탄화수소, 20 개까지의 탄소 원자의 아릴 또는 아르알킬기를 나타내고; R18또는 R19은 수소일 수 있음) 으로 표시되는 디-C1-20알킬 에테르들 또는 디에테르들인 것이 좋다. 구체적인 예에는 디에틸 에테르, 디프로필 에테르, 디이소프로필 에테르, 디부틸 에테르, 디아밀 에테르, 디이소아밀 에테르, 디네오펜틸 에테르, 디헥실 에테르, 디옥틸 에테르, 메틸부틸 에테르, 메틸이소아밀에테르, 에틸이소부틸 에테르, 2,2-디이소부틸-1,3-디메톡시프로판, 2-이소프로필-2-이소펜틸-1,3-디메톡시프로판, 2,2-비스(시클로헥실메틸)-1,3-디메톡시프로판, 2-이소프로필-2-3,7-디 메틸옥틸-1,3-디메톡시프로판, 2,2-디이소프로필-1,3-디메톡시프로판, 2-이소프로필-2-시클로헥실메틸-1,3-디메톡시프로판, 2,2-디시클로헥실-1,3-디메톡시프로판, 2-이소프로필-2-이 소부틸-1,3-디메톡시프로판, 2,2-디이소프로필-1,3-디메톡시프로판, 2,2-디프로필-1,3-디메톡시프로판, 2-이소프로필-2-시클로헥실-1,3-디메톡시프로판, 2-이소프로필-2-시클로펜틸-1,3-디메톡시프로판, 2,2-디시클로펜틸-1,3-디메톡시프로판, 그리고 2-헵틸-2-펜틸-1,3-디메톡시프로판 등이 있다.
이들 전자-제공체 화합물들 중에서도, 일반 화학식 R22R23Si(OR24)2로 표시되는 유기규소 화합물들이 특히 바람직하다. 일반 화학식에서, R22는 Si 에 인접한 이차 또는 삼차 탄소 원자를 갖는 3 내지 20개의 탄소 원자의 탄화수소기를 나타낸다. R22의 구체적인 예에는 다음의 것들이 있다: 가지가 있는 형의 알킬기들 이를 테면 이소프로필, s-부틸, t-부틸, t-아밀 등등; 시클로알킬기들 이를 테면 시클로펜틸, 시클로헥실 등등; 시클로알케닐기들 이를 테면 시클로펜테닐 등등; 그리고 아릴기들 이를 테면 페닐, 톨릴 등등. R23는 1 내지 20 개의 탄소 원자의 탄화수소기를 나타내고, R23의 구체적인 예에는 다음의 것들이 있다: 선형 알킬기들 이를 테면 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸 등등; 가지가 있는 형의 알킬기들 이를 테면 이소프로필, s-부틸, t-부틸, t-아밀 등등; 시클로알킬기들 이를 테면 시클로펜틸, 시클로헥실 등등; 시클로알케닐기들 이를 테면 시클로펜테닐 등등; 그리고 아릴기들 이를 테면 페닐, 톨릴 등등. R24는 1 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소기를 나타내며 바람직하게는 1 내지 5 개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소기인 것이 좋다.
전자-제공체 화합물로서 사용되는 유기규소 화합물의 구체적인 예에는 디이소프로필디메톡시 실란, 디이소부틸디메톡시실란, 디-t-부틸디메톡시실란, t-부틸메틸디메톡시실란, t-부틸에틸디 메톡시실란, t -부틸 -n-프로필디메톡시실란, t -부틸-n-부틸디메톡시실란, t -아밀메틸디메 톡시실란, t -아밀에틸디메톡시실란, t -아밀-n-프로필디메톡시실란, t -아밀-n-부틸디메톡시 실란, 이소부틸이소프로필디메톡시실란, t-부틸이소프로필디메톡시실란, 디시클로펜틸디메톡시 실란, 시클로펜틸이소프로필디메톡시실란, 시클로펜틸이소부틸디메톡시실란, 시클로펜틸-t-부틸 디메톡시실란, 디시클로헥실디메톡시실란, 시클로헥실메틸디메톡시실란, 시클로헥실에틸디메톡시실란 , 시클로헥실이소프로필디메톡시실란, 시클로헥실이소부틸디메톡시실란, 시클로헥실-t-부틸디메톡시실란, 시클로헥실시클로펜틸디메특시실란, 시클로헥실페닐디메톡시실란, 디폐닐디메톡시실란,폐닐메틸디메톡시실란,페닐이소프로필디메톡시실란, 페닐이소부틸디메톡시실란, 페 닐-t-부틸디메톡시실란, 페닐시클로펜틸디메톡시실란, 디이소프로필디에톡시실란, 디이소부틸 디에톡시실란, 디-t-부틸디에톡시실란, t-부틸메틸디에톡시실란, t -부틸에틸디에톡시실란, t -부 틸-n-프로필디에톡시실란, t-부 틸-n-프로필디에톡시실란, t-부틸-n-부틸디에톡시실란, t-아밀메틸디에톡시실란, t-아밀에틸디에톡시실란, t-아밀-n-프로필디에톡시실란, t-아밀-n-부틸디에톡시실란, 디시클로펜틸디에톡시실란, 디시클로헥실디에톡시실란, 시클로헥실메틸디에톡시실란, 시클로헥실에틸디에톡시실란, 디페닐디에톡시실란, 페닐메틸디에톡시실란, 그리고 2-노르보르난메틸디에톡시실란 등이 있다.
(j) 올레핀의 중합
본 발명에 사용할 수 있는 α-올레핀은 3 개 또는 그 이상, 바람직하게는 3내지 10 개의 탄소 원자를 갖는 α-올레핀들이다. 이 올레핀의 구체적인 예에는 다음의 것들이 있다: 선형 모노올레핀들 이를 테면 프로필렌,1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 1-헵텐, 1-옥텐, 1-데켄 등등; 가지가 있는 형의 모노올레핀들 이를 테면 3-메틸-1-부텐, 3-메틸-1-펜텐, 4-메틸-1-펜텐 등등; 비닐시클로헥산 등등. α-올레핀은 중합반응을 위해 단독으로 또는 2 종류 이상의 배합으로 사용할 수 있다. 이들 α-올레핀들 중에서도, 프로필렌 또는 1-부텐의 호모중합 또는 주성분으로 프로필렌 또는 1-부텐올 함유하는 올레핀 혼합물의 공중합이 바랍직하다. 특히 바람직한 것은 프로필렌의 호모중합과 프로필렌올 주성분으로 함유하는 올레핀 혼합물의 공중합이다. 에틸렌과 상기 α-올레핀들에서 선택된 둘 또는 그 이상의 올레핀들과의 혼합물도 본 발명에서의 공중합에 사용될 수 있다. 공액 디엔 및 비공액 디엔 등의 폴리엔 화합물도 또한 공중합에 사용될 수 있다. 중합반응이 둘 또는 그 이상의 단계들로 수행되는, 헤테로-블록 공중합은 용이하게 실핼될 수가 있다.
중합기에의 각각의 촉매 성분들의 공급은, 이들 촉매 셩분들이 질소 또는 아르곤 등의 비활성 가스 중에 둘이 없는 조건하에서 공급되어야 하는 것을 제의하고는, 특별히 제한되어 있는 것은 아니다.
고체 촉매 성분, 유기알루미늄 화합물 그리고 전자-제공체 화합물은 독립적으로 제공될 수 있으며, 또는 이와 달리로는 그 중 어느 둘을 같이 혼합한 후에 공급할 수도 있다.
올레핀의 중합은 상기 촉매의 존재하에서 수행될 수가 있다. 상기 중합(메인 중합)에 앞서 아래에 기술되는 예비 중합을 수행할 수도 있다.
예비 중합은 고체 촉매 성분과 유기알루미늄 화합물의 존재하에서 소량의 올레핀을 공급함으로써 수행된다. 예비 중합은 슬러리의 상태로 수행하는 것이 좋다. 슬러리의 제조를 위해 이용가능한 용매는 프로판, 부탄, 이소부탄, 펜탄, 이소펜탄, 헥산, 헵탄, 옥탄, 시클로헥산, 벤젠, 톨루엔 등등의 비활성 탄화수소들이다. 슬러리의 제조에 사용되는 비활성 탄화수소 용매의 일부 혹은 전부를 액체 올레핀으로 대체할 수도 있다.
예비 중합에 사용되는 유기알루미늄 화합물의 양은 고체 촉매 성-분에 함유된 티타늄 원자 1 몰당 0.5 내지 700몰의 넓은 범위에 있는 것이 일반적이나, 바람직하게는 0.8 내지 500몰 그리고 더욱 바람직하게는 1 내지 200몰의 범위가 좋다.
예비 중합시키고자 하는 올레핀의 양은 고체 촉매 성분 1g 당 0.01 내지 1000g 이 일반적이고, 바람직하게는 0.05 내지 500g 그리고 더욱 바람직하게는 0.1 내지 200g 이 좋다.
예비 중합을 위한 슬러리의 농도는 바람직하게는 (용매) 1 리터당 (고체 촉매 성분) 1 내지 500g, 그리고 더욱 바람직하게는 (용매) 1 리터당 (고체 촉매 성분) 3 내지 300g이 좋다. 예비 중합의 온도는 바람직하게는 -20 내지 100℃의 범위, 그리고 더욱 바람직하게는 0 내지 80℃ 의 범위에 있는 것이 좋다. 예비 중합시의 기체상 중의 올레핀의 부분 압력은 바람직하게는 0.01 내지 20㎏/㎠, 그리고 더욱 바람직하게는 0.1 내지 10kg/㎠ 인 것이 좋다; 그러나, 이는 예비 중합의 온도와 압력에서 액체상태인 올레핀에는 적용되지 않는다. 예비중합 시간은 특별히 제한되어 있지는 아니하나 일반적으로 2 분 내지 15 시간이다.
예비 중합에서 고체 촉매 성분, 유기알루미늄 화합물 및 올레핀의 공급은 고체 촉매 성분을 유기알루미늄 화합물과 접촉시킨 후에 올레핀을 공급하는 방법 또는 고체 촉매 성분을 올레핀과 접촉시킨 후에 유기알루미늄 화합물을 공급하는 방법의 어느 것에 의해서 실행될 수 있다. 올레핀의 공급은 연속적으로 이루어질 수 있고, 중합기내의 압력은 미리 정해진 수준으로 유지된다. 이와 달리로는 올레핀의 전부 또는 미리 정해진 양을 초기에 공급될 수도 있다. 그 결과로서 얻어지는 중합체의 분자량을 조절하기 위한 목적에서, 수소 등의 사슬 전이제 첨가할 수 있다.
전자-제공체 화합물도, 필요하다면, 첨가할 수 있고, 소량의 올레핀이 고체촉매 성분과 유기알루미늄 화합물의 존재하에 예비 중합된다. 상기한 전자-제공체 화합물의 일부 혹은 전부가 여기서 전자-제공체 화합물로 사용될 수 있다. 전자-제공체 화합물의 사용량은 고체 촉매 화합물에 함유된 티타늄 원자 1 몰당 일반적으로 0.01 내지 400몰, 바람직하게는 0.02 내지 200몰, 그리고 더욱 바람직하게는 0.03 내지 100몰인 것이 좋으며, 유기알루미늄 화합물 1 몰당 일반적으로 0.003 내지 5 몰, 바람직하게는 0.005 내지 3 몰, 그리고 더욱 바람직하게는 0.01 내지 2 몰인 것이 좋다.
예비 중합을 위해 전자-제공체 화합물올 공급하는 방법은 특별히 제한되어 있는 것은 아니다. 전자-제공체 화합물은 유기알루미늄 화합물과 따로따로 공급 되거나 또는 유기알루미늄 화합물과 미리 접촉시킨 다음에 공급될 수 있다. 예비 중합에 사용되는 올레핀은 메인 중합에서 사용될 올레핀과 동일하거나 혹은 서로 다를 수 있다.
예비 중합 후 혹은 예비 중합없이,α-올레핀의 메인 중합을 상기한 고체 촉매 성분, 유기알루미늄 화합물 및 전자-제공체 화합물을 함유하는,α-올레핀 중합용 촉매의 존재하에서 수행할 수가 있다.
메인 중합에 사용되는 유기알루미늄 화합물의 양은 고체 촉매 성분에 함유된 티타늄 원자 1 몰당 1 내지 1000몰의 넓은 범위에 있는 것이 일반적이나, 바람직하게는 5 내지 600몰의 범위가 좋다.
메인 중합에 사용되는 전자-제공체 화합물의 양은 고체 촉매 성분에 함유된 티타늄 원자 1 몰당 일반적으로 0.1 내지 2000몰, 바람직하게는 0.3 내지 1000몰 그리고 더욱 바람직하게는 0.5 내지 800몰이 좋으며, 유기알루미늄 화합물 1몰당 일반적으로 0.001 내지 5몰, 바람직하게는 0.005 내지 3몰, 그리고 더욱 바람직하게는 0.01 내지 1 몰이 좋다.
메인 중합 온도는 일반적으로 -30 내지 300℃ 의 범위 그리고 바람직하게 20 내지 180℃의 범위에 있는 것이 좋다. 중합 압력은 특별히 제한되어 있는 것은 아니나. 일반적으로 통상 압력 내지 100 kg/㎠ 이며 또는 바람직하게는 공업적, 경제적 관점에서 2 내지 50 kg/㎠ 의 압력을 채택하는 것이 좋다. 배치 및 유동 시스템들은 둘 다 중합에 사용될 수 있다. 또한, 프로판, 부탄, 이소부탄, 펜탄, 헥산, 헵탄, 옥탄 등의 비활성 탄화수소 용매를 사용하는 슬러리 중합, 용액 중합, 중합 온도에서 액체상태인 올레핀을 매질로서 사용하는 벌크 중합, 및 가스상 중합도 이용가능하다.
메인 중합에서는, 제조되는 중합체의 분자량을 조절하기 위하여 수소 등등의 사슬 전이제를 첨가할 수 있다.
[실시예]
본 발명은 실시예 및 비교예들로 상세하게 더 기술되나, 그것들에 한정되는 것은 아니다. 실시예들에서, 중합체들의 물리적 특성은 아래에 기술된 바와 같이 평가되었다.
(1) 20℃ 에서 자일렌에 녹는 부분 (이하 CXS 라고 부름)
일 그람의 중합체 분말을 200 m1의 끓인 자일렌에 용해시킨다. 이 용액을 50℃까지 서서히 냉각시키고 얼음으로 차게 한 물 속에서 휘저어 주면서 20℃까지 더 냉각시킨다. 이 용액을 20℃ 에서 3 시간 그대로 둔 후, 침전된 중합체를 걸러낸다. 여과액은 증발시켜 자일렌을 제거한다. 잔류물은 감압하 60℃에서 말리고, 20℃ 자일렌에 녹는 중합체를 모아서 무게를 단다. 20℃ 의 자일렌에 녹는 중합체 대 전체 중합체의 중량비가 계산된다 (중량%). 보다 작은 CXS는 보다 적은 무정형 중합체와 보다 높은 입체규칙성을 나타낸다.
(2) 고유 점성도 (이하 [η] 라고 부름)
고유 점성도는 우벨로데(Ubbelohde) 점도계로 135℃의 테트랄린에서 측정 된다.
(3) 입자 크기 분포의 로진-래믈러 함수의 N
입자 크기의 분포는 [호리바사(Horiba Ltd.) 제조의] 초원심분리형 자동 입자 크기 분포 분석장치 CAPA-700 으로 측정된다. 얻어진 자료들은 아래에 주어진 입자 크기 분포의 로진-래믈러 함수에 의하여 처리된다 (로진 피. 와 래믈러 이.: J.Inst. Fuel, 제 7 권, 제 29 페이지 (1933 년) 와 화학 공학 핸드북, 제 3 판, 제 361 - 362 페이지를 보라):
R(Dp) = 100exp{-(Dp/De)N}
(여기서 R(Dp) 는 잔류비의 분포를 나타내며 잔류비 곡선으로서 주어지는데, 그것은 입자 직경에 대하여 도면에 나타낸, 미리 결정된 입자 직경보다 더 큰 입자들의 총 중량 대 전체 중량의 비를 보여줌; 그리고 De 는 R(Dp) = 36.8% 때의 입자 직경을 나타냄). 보다 큰 N 은 입자 크기 분포를 좁게 하는 경향이 있다. 큰 N의 고체 촉매 성분은 좁은 입자 크기 분포를 가지며 공업상 유리한 높은 벌크 밀도를 갖는 중합체를 준다.
[실시예 1]
(a) 환원형 고체 생성물의 합성
교반기와 드롭핑 깔때기를 갖춘 500 ml 플라스크 속의 분위기를 질소로 바꾸었고, 헥산 290 ml, 테트라부톡시티타늄 8.9 ml (8.9 g: 26.1 mmol), 프탈산 디이소부틸 3.1 ml (3.3 g: 11.8 mmol), 그리고 테트라에톡시실란 87.4 ml (81.6 g: 392 mmol) 을 플라스크 속에서 혼합하여 균질 용액을 얻었다. 플라스크 내의 온도를 6℃에서 유지하면서, 염화 부틸마그네슘 [유끼고세이 야꾸힌사 (Yukigosei Yakuhin K.K.) 제조, 염화 부틸마그네슘 농축액: 2.l mmol/ml] 의 디부틸 에테르 용액 199 ml 을 드롭핑 깔때기로부터 5 시간에 걸쳐 한 방울씩 첨가하있다. 한방울씩의 첨가를 끝낸 후, 이 용액을 6℃ 에서 한 시간 그리고 실온에서 한 시간 더 계속 휘저어 주었다. 이 용액을 고체-액체 분리시켰으며 톨루엔 260 ml 로 세차례 씻어 주었다. 그 다음에는 그리하여 얻어진 고체 생성물에 적당량의 톨루엔을 첨가하여 0.176g/ml 의 농도를 갖는 슬러리를 형셩시켰다. 조성 분석을 위해 고체 생성물 슬러리의 일부를 샘플로 조사하였다. 조성 분석의 결과, 고체 생성물은 티타늄 원자 1.96 중량%, 프탈레이트 0.12 중량%, 에톡시기 37.2 중량% 그리고 부톡시기 2.8 중량% 를 함유함이 밝혀졌다.
(b) 고체 촉매 성분의 합성
교반기, 드롭핑 깔때기 및 온도계를 갖춘 100ml 플라스크 속의 분위기를 질소로 바꾸었다. 단계 (a) 에서 얻은 고체 생성물-함유 슬러리 52 m1 올 플라스크에 넣은 후, 이 슬러리로부터 상청액 25.5 ml 을 덜어냈다. 이 슬러리에 부틸 에테르 0.80 ml (6.45 mmol) 과 사염화 티타늄 16.0 ml (0.146 mole) 의 혼합물을 그리고 이어서 염화 프탈로일 1.6 ml (11.1 mmol: 고체 생성물 1 g 당 0.20 ml) 을 첨가하였다. 이 슬러리를 115℃까지 가열하고 세 시간 동안 휘저어 주었다. 반응 완결 후, 이 슬러리를 고체-액체 분리시켰으며 같은 온도에서 톨루엔 40 ml로 두 번 씻어 주었다. 이 생성물에 톨루엔 10.0 ml, 프탈산 디이소부틸 0.45 ml (1.68 mmol), 부틸 에테르 0.80 ml (6.45 mmol), 그리고 사염화 티타늄 8.0 m1 (0.073 mole) 의 혼합물을 첨가하여 115℃ 에서 한-시간 처리하였다. 반응 완결후, 이 생성물을 같은 온도에서 고체-액체 분리시켰고, 실온에서 톨루엔 40 ml 로 세 번 그리고 헥산 40 m1 로 또 세 번 씻어 주었고, 감압하 건조시켜 고체 촉매 성분 7.36 g 을 얻었다. 그리하여 얻어진 고체 촉매 성분은 티타늄 원자 2.18 중량%, 프탈레이트 11.37 중량%, 에톡시기 0.3 중량%, 그리고 부톡시기 0.1 중량% 를 함유하였다. 고체 촉매 성분은 물질 현미경으로 관찰되었으며 미세 분말이 없는 바람직한 입자 특성을 보여 주었다. N 의 값은 표 1 에 나타나 있다.
(c) 프로필렌의 중합
3 리터짜리 교반형 스테인리스강 오토클레이브의 분위기를 아르곤으로 바꾸었고, 트리에틸알루미늄 2.6 mmol, 시클로헥실에틸디메톡시실란 0.26 mmol 그리고 단계 (b) 에서 합성된 고체 촉매 성분 5.7㎎을 오토클레이브에 넣었으며, 거기에 부분 압력 0.33 ㎏/㎠ 에 상당하는 수소를 첨가하였다. 액화 프로필렌 780g 을 첨가한 후, 오토클레이브를 온도 80℃ 까지 가열하였으며 80℃ 에서 한 시간 동안 중합반응을 수행하였다. 중합반응 완결 후, 미반응 단량체를 제거하였다. 얻어진 중합체는 60℃ 에서 두 시간 동안 감압하에 건조시켰고, 그 결과 폴리프로필렌 분말 231g 을 얻었다. 중합반응의 조건과 결과들은 표 1 에 나타나 있다.
[비교예 1]
(a) 고체 생성물의 합성
반응은 반응시약들의 양에 차이가 있는 것을 제외하고는 실시예 1 의 단계 (a) 에서와 똑같은 방식으로 수행되었다: 테트라부톡시티타늄 7.5 ml (7.5 g: 22 mmol), 프탈산 디이소부틸 2.5ml (2.6 g: 9.3 mmol), 테트라에톡시실린 /4.8 m1 (70.3 g:338 mmol), 및 유기마그네슘 화합물 용액 173 m1. 고체-액체 분리로 얻어진 고체 생성물을 헥산 300 ml 로 세 번 그리고 톨루엔 300 ml 로 또 세 번 씻어 주었으며, 그 다음에는 이 씻어준 고체 생성물에 톨루엔 270 ml 을 첨가하여 슬러리를 형성시켰다. 조성 분석을 위해 고체 생성물 슬러리의 일부를 샘플로 조사하였다. 조성 분석의 결과, 고체 생성물은 티타늄 원자 1.80 중량%, 프탈레이트 0.1 중량%, 에톡시기 35.0 중량%, 그리고 부톡시기 3.2 중량% 를 함유함이 밝혀졌다.
(b) 고체 촉매 성분의 합성
교반기, 드롭핑 깔때기, 및 온도계를 갖춘 200 ml 플라스크 속의 분위기를 아르곤으로 바꾸었다. 단계 (a) 에서 얻은 고체 생성물-함유 슬러리 84 m1 을 플라스크에 넣은 후, 이 슬러리로부터 상청액 12.1 m1 을 덜어냈고, 이 슬러리에 프탈산 디이소부틸 7.8 ml (29 mmol) 을 첨가하였다. 반응은 95℃ 에서 30 분 동안 진행되었다. 반응 생성물을 고체-액체 분리시켰으며 톨루엔 59 ml 로 두 번 씻어 주었다. 다음에는, 플라스크 속의 고체 생성물에 그 다음에 톨루엔 15.3ml, 프탈산 디이소부틸 0.66 ml (2.5 mmo1), 부틸 에테르 1.2 ml (6.9 mmo1) 그리고 사염화 티타늄 23.4 ml (0.213 mo1e) 의 혼합물을 첨가하여 105℃ 에서 세-시간 처리하였다. 처리 완결 후, 이 반응 생성물을 같은 온도에서 고체-액체 분리시겼으며 톨루엔 59 ml 로 두 번 씻어 주었다. 그 다음에 플라스크 속의 고체 생성물에 톨루엔 12.0 ml, 부틸 에테르 1.2 ml (6.9 mmol), 그리고 사염화 티타늄 11.7 ml (0.106 mole) 의 혼합물을 첨가하여 105℃ 에서 한-시간 처리하였다. 처리 완결 후, 이 반응 생성물을 같은 온도에서 고체-액체 분리시켰고, 실온에서 톨루엔 59 m1 로 세 번 그리고 헥산 59 m1 로 또 세 번 씻어 주었으며, 감압하 건조시켜 고체 촉매 성분 8.1 g 을 얻었다. 그리하여 얻어진 고체 촉매 성분은 티타늄 원자 1.5 중량%, 프탈레이트 8.9 중량%, 에톡시기 0.4 중량%, 그리고 부톡시기 0.1 중량% 를 함유하였다. N 의 값은 표 1 에 나타나 있다.
(c) 프로필렌의 중합
비교예 1 의 단계 (b) 에서 얻은 고체 촉매 성분 4.0㎎ 을 중합반응에 사용한 것을 제외하고는 실시예 1 의 단계 (c) 에서와 똑같은 방식으로 프로필렌을 중합시켰다. 중합반응의 조건과 결과들은 표 1 에 나타나 있다.
[실시예 2]
(c) 프로필렌의 중합
시클로헥실에틸디메톡시실란 대신에 t-부틸-n-프로필디메톡시실란을 사용한 것을 제의하고는, 실시예 1 의 단계 (c) 에서와 똑같은 방식으로 실시에 1 의 단계 (b) 에서 제조된 고체 촉매 성분을 사용하여 프로필렌을 중합시켰다. 중합반응의 조건과 결과들은 표 1 에 나타나 있다.
[실시예 3]
(b) 고체 촉매 성분의 합성
실시예 1 의 단계 (a) 에서 제조된 고체 생성물-함유 슬러리 46 m1 로부터 상청액 22.5 m1 을 덜어낸 후, 이 슬러리에 부틸 에테르 0.71 ml (5.73 nnnol) 과사염화 티타늄 11.4 ml (0.104 mole) 의 혼합물을 그리고 이어서 염화 프탈로일 1.42 ml (9.86 mmol: 고체 생성물 1 g 당 0.20 ml) 을 첨가하였다. 이 슬러리를 115℃까지 가열하고 세 시간 동안 휘저어 주었다. 반응 완결 후, 이 슬러리를 고체-액체 분리시켰으며 같은 온도에서 톨루엔 36 m1 로 두 번 씻어 주었다. 이 생성물에 톨루엔 9.0 ml, 프탈산 디이소부틸 0.40 ml (1.49 mmol), 부틸 에테르 0.71 ml (5.73 mmo1), 그리고 사염화 티타늄 5.7 ml (0.052 mole) 의 혼합물올 첨가하여 115℃ 에서 한-시간 처리하였다. 반응 완결 후, 이 생성물을 같은 온도에서 고체-액체 분리시켰고, 실온에서 톨루엔 36 m1 로 세 번 그리고 헥산 36 m1로 또 세 번 씻어 주었고, 감압하 건조시켜 고체 촉매 성분 6.53 g 을 얻었다. 그리하여 얻어진 고체 촉매 성분은 티타늄 원자 2.34 중량%, 프탈레이트 10.57 중량%, 에톡시기 0.4 중량%, 그리고 부톡시기 0.1 중량% 를 함유하였다. 고체 촉매 성분은 물질 현미경으로 관찰되었으며 미세 분말이 없는 바람직한 입자 특성을 보여 주었다. N 의 값은 표 1 에 나타나 있다.
(c) 프로필렌의 중합
실시예 3 의 단계 (b) 에서 제조된 고체 촉매 성분을 사용한 것을 제의하고는, 실시예 1 의 단계 (c) 에서와 똑같은 방식으로 프로필렌을 중합시켰다. 중합 반응의 조건과 결과들은 표 1 에 나타나 있다.
[실시예 4]
(b) 고체 촉매 성분의 합성
프탈산 디이소부틸 0.22 ml 을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1 의 단계(b) 에와 같은 방식으로 고체 촉매 성분을 합성하였다. 그리하여 얻어진 고체 촉매 성분은 티타늄 원자 2.22 중량%, 프탈레이트 10.20 중량%, 에톡시기 0.37 중량%, 그리고 부톡시기 0.14 중량% 를 함유하였다. 고체 촉매 성분은 물질 현미경으로 관찰되었으며 미세 분말이 없는 바람직한 입자 특성을 보여 주었다. N 의 값은 표 1 에 나타나 있다.
(c) 프로필렌의 중합
실시예 4 의 단계 (b) 에서 얻어진 고체 촉매 성분을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1 의 단계 (c) 와 유사한 방식으로 프로필렌을 중합시켰다. 중합반응의 조건과 결과들은 표 1 에 나타나 있다.
[실시예 5]
(c) 프로필렌의 중합
시클로헥실에틸디메톡시실란 대신에 t-부틸-n-프로필디메톡시실란을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 4 의 단계 (c) 와 유사한 방식으로 프로필렌을 중합시켰다. 중합반응의 조건과 결과들은 표 1 에 나타나 있다.
[실시예 6]
(a) 환원형 고체 생성물의 합성
실시예 1 의 단계 (a) 에서와 똑같은 방식으로 고체 생성물을 합성하였다. 그리하여 얻어진 고체 생성물의 슬러리 농도는 0.184 g/ml 이었다. 조성 분석을 위해 고체 생성물 슬러리의 일부를 샘플로 조사하였다. 조성 분석의 결과, 고체생성물은 티타늄 원자 1.94 중량%, 프탈레이트 0.18 중량%, 에톡시기 34.6 중량%, 그리고 부톡시기 3.2 중량% 를 함유함이 밝혀졌다.
(b) 고체 촉매 성분의 합성
위의 단계 (a) 에서 얻은 고체 생성물-함유 슬러리 50 ml 로부터 상청액 23.5 ml 을 덜어낸 후, 그 슬러리에 부틸 에테르 0.80 ml (6.45 mmol) 과 사염화티타늄 16.0 ml (Q.146 mole) 의 혼합물 그리고 이어서 염화 프탈로일 1.60 m1(11.1 mmo1: 고체 생성물 1 g 당 0.20 ml) 을 첨가하였다. 이 슬러리를 115 ℃까지 가열하고 세 시간 동안 휘저어 주었다. 반응 완결 후, 이 슬러리를 같은 온도에서 고체-액체 분리시켰으며 톨루엔 40 m1 로 두 번 씻어 주었다. 이 생성물에 톨루엔 10 ml, 프탈산 디이소부틸 0.45 ml (1.68 mIno1), 부틸 에테르 0.80 m1 (6.45 mmol) 및 사염화 티타늄 8.0 ml (0.073 mole) 의 혼합물을 첨가하여 115℃에서 한-시간 처리하였다. 처리 완결 후, 이 반응 생성물을 같은 온도애서 고체-액체 분리시켰으며 톨루엔 40 m1 로 두 번 씻어 주었다. 그리고 나서 이 생성물에 톨루엔 10 ml, 프탈산 디이소부틸 0.45 ml (1.68 mmol), 부틸 에테르 0.80 m1(6.45 mmol), 및 사염화 티타늄 8.0 ml (0.073 mole) 의 혼합물을 첨가하여 115℃에서 한-시간 처리하였다. 처리 완결 후, 이 생성물을 같은 온도에서 고체-액체 분리시켰고, 실온에서 톨루엔 40 m1 로 세 번 그리고 헥산 40 m1 로 또 세 번 씻어 주었으며, 감압하 건조시켜 고체 촉매 성분 7.07g 을 얻었다. 그리하여 얻어진 고체 촉매 성분은 티타늄 원자 2.13 중량%, 프탈레이트 12.37 중량%, 에톡시기 0.1중량%, 그리고 부톡시기 0.1 중량% 를 함유하였다. 고체 촉매 셩분은 물질 현미경으로 관찰되었으며 미세 분말이 없는 바람직한 입자 특성을 보여 주었다. N 의 값은 표 1 에 나타나 있다.
(c) 프로필렌의 중합
실시예 6 의 단계 (b) 에서 얻은 고체 촉매 성분을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1 의 단계 (c) 와 유사한 방식으로 프로필렌을 중합시켰다. 중합반응의 조건과 결과들은 표 1 에 나타나 있다.
[실시예 7]
(b) 고체 촉매 성분의 합성
실시예 6 의 단계 (a) 에서 얻은 고체 생성물-함유 슬러리 50 ml 로부터 상청액 23.5ml 을 덜어낸 후, 그 슬러리에 부틸 에테르 0.80 ml (6.45 mmol) 과 사염학 티타늄 16.0 ml (0.146 mole) 의 혼합물 그리고 이어서 염화 프탈로일 1.60ml (11.1 mmol: 고체 생성물 1 g 당 0.20 ml) 을 첨가하였다. 이 슬러리를 115℃ 까지 가열하고 세 시간 동안 휘저어 주었다. 반응 완결 후, 이 슬러리를 같은 온도에서 고체-액체 분리시켰으며 톨루엔 40 m1 로 두 번 씻어 주었다. 이 생성물에 톨루엔 10 ml, 프탈산 디이소부틸 0.45 ml (1.68 mmol), 부틸 에테르 0.80 ml (6.45 mmol) 및 사염화 티타늄 8.0 ml (0.073 mole) 의 혼합물을 첨가하여 115 ℃에서 한-시간 처리하였다. 처리 완결 후, 이 반응 생성물을 같은 온도에서 고체-액체 분리시켰으며 톨루엔 40ml 로 두 번 씻어 주있다. 그리고 나서 이 생성물에 톨루엔 10 ml, 부틸 에테르 0.80 ml (6.45 mmol) 및 사염화 티타늄 6.4 ml (0.058 mole) 의 혼합물을 첨가하여 115℃ 에서 한-시간 처리하였다. 처리 완결후, 이 생성물을 같은 온도에서 고체-액체 분리시켰으며 톨루엔 40 ml 로 두 번 씻어 주었다. 이 생성물에 톨루엔 10 ml, 부틸 에테르 0.80 ml (6.45 mmol), 및 사염화 티타늄 6.4 ml (0.058 mmol) 의 혼합물을 더 첨가하여 115℃ 에서 한-시간 처리하였다. 반응 완결 후, 이 생성물을 같은 온도에서 고체-액체 분리시켰고, 실온에서 톨루엔 40 ml로 세 번 그리고 헥산 40 ml 로 또 세 번 씻어 주었으며, 감압하 건조시켜 고체 촉매 성분 6.58g 을 얻었다. 그리하여 얻어진 고체 촉매성분은 티타늄 원자 1.78 중량%, 프탈레이트 8.66 중량%, 에톡시기 0.1 중량%, 그리고 부톡시기 0.2 중량% 를 함유하였다. 고체 촉매 성분은 물길 현미경으로 관찰되었으며 미세 분말이 없는 바람직한 입자 특성을 보여 주었다. N 의 값은 표1에 나타나 있다.
(c) 프로필렌의 중합
실시예 7 의 단계 (b) 에서 얻은 고체 촉매 성분을 사용한 것을 제의하고는, 실시예 1 의 단계 (c) 에서와 같은 방식으로 프로필렌올 중합시켰다. 중합반응의 조건과 결과들은 표 1 에 나타나 있다.
[비교예 2]
(b) 고체 촉매 성분의 합성
교반기, 드롭핑 깔때기 및 온도계를 갖춘 100 ml 플라스크 속의 분위기를 아르곤으로 바꾸었다. 실시예 6 의 단계 (a) 에서 얻은 고체 생성물-함유 슬러리 50 ml 을 플라스크에 넣은 후, 이 슬러리로부터 상청액 23.5 m1 을 덜어냈고, 이 슬러리에 염화 프탈로일 1.6 ml (11.1 mmol) 을 첨가하였다. 반응은 110℃ 에서 30분 동안 진행되었다. 반응 생성물을 고체-액체 분리시켰으며 톨루엔 40 ml 로 두 번 씻어 주었다. 그 다음에 플라스크 속의 고체 생성물에 톨루엔 10 ml, 프탈산 디이소부틸 0.45 ml (1.7 mmol), 부틸 에테르 0.8 ml (6.5 mmol) 그리고 사염화 티타늄 16.0 ml (0.146 mole) 의 혼합물을 첨가하여 115℃ 에서 세-시간 처리하였다. 이 반응 생성물을 같은 온도에서 고체-액체 분리시켰으며 톨루엔 40 ml 로 두번 씻어 주었다. 그 다음에 플라스크 속의 고체 생성물에 톨루엔 10 ml, 부틸에테르 0.8 ml (6.5 mmol) 및 사염화 티타늄 8.0 ml (0.073 mole) 의 혼합물을 첨가하여 115℃ 에서 한-시간 처리하였다. 이 반응 생성물을 같은 온도에서 고체-액체 분리시켰고, 실온에서 톨루엔 40 m1 로 세 번 그리고 헥산 40 ml 로 또 세번 씻어 주었으며, 감압하 건조시켜 고체 촉매 성분 5.8 g 을 얻었다. 그리하여 얻어진 고체 촉매 성분은 티타늄 원자 1.28 중량%, 프탈레이트 5.75 중량%, 에톡시기 1.2 중량%, 그리고 부톡시기 0.2 중량% 를 함유하였다. N의 값은 표 1 에 나타나 있다.
(c) 프로필렌의 중합
비교예 2 의 단계 (b) 에서 얻은 고체 촉매 성분 3.9㎎을 중합반응에 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1 의 단계 (c) 에서와 똑같은 방식으로 프로필렌을 중합시켰다. 중합반응의 조건과 결과들은 표 1 에 나타나 있다.
[비교예 3]
(b) 고체 촉매 성분의 합성
실시예 6 의 단계 (a) 에서 얻은 고체 생성물-함유 슬러리 50 ml 로부터 상청액 23.5 ml 을 덜어낸 후, 이 슬러리에 염화 프탈로일 1.60 ml (11.1 mmol:고체 생성물 1 g 당 0.20 ml) 그리고 이어서 부틸 에테르 0.80 ml (6.45 mmol) 과 사염화 티타늄 16.0 ml (0.146 mole)의 혼합물을 첨가하였다. 이 슬러리를 115 ℃ 까지 가열하여 세 시간 동안 휘저어 주있다. 반응 완결 후, 그 슬러리를 같은 온도에서 고체-액체 분리시켰으며 톨루엔 40 ml로 두 번 씻어 주었다. 그 다음에 이 생성물에 톨루엔 10 ml, 프탈산 디이소부틸 0.45 ml (1.68 mmol), 부틸 에테르 0.80 ml (6.45 mmol), 및 사염화 티타늄 8.0 ml (0.073 mole) 의 혼합물을 첨가하여 115℃ 에서 한-시간 처리하였다. 이 반응 생성물을 같은 온도에서 고체-액체 분리시켰고, 실온에서 톨루엔 40 ml로 세 번 그리고 헥산 40 ml 로 또 세 번 씻어 주었으며, 감압하 건조시켜 고체 촉매 성분 7.27 g 을 얻었다. 그리하여 얻어진 고체 촉매 성분은 티타늄 원자 2.29 중량%, 프탈레이트 11.03 중량%, 에톡시기 0.2 중량%, 그리고 부톡시기 0.1 중량% 를 함유하였다. N 의 값은 표 1 에 나타나 있다.
(c) 프로필렌의 중합
비교예 3 의 단계 (b) 에서 얻은 고체 촉매 성분을 중합반웅에 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1 의 단계 (c) 에서와 똑같은 방식으로 프로필렌을 중합시켰다. 중합반응의 조건과 결과들은 표 1 에 나타나 있다.
cHEDMS : 시클로헥실에틸디메톡시실란
tBnPDMS ; t-부틸-n-프로필디메톡시실란
상기한 바와 같이, 본 발명은 좁은 입자 크기 분포를 갖는 α-올레핀 중합용 고체 촉매 성분을 제공한다. 조(助)촉매 성분들과 배합하여 사용하는 고체 촉매성분은 높은 중합 활성을 가지며 높은 벌크 밀도와 바람직한 입자 특성을 갖는 폴리-α-올레핀을 준다.

Claims (12)

  1. 입자 크기 분포의 로진-래믈러 함수의 N 의 값으로 환산하여 6.0 이상의 입자 크기 분포를 가지며 중합반응에서 10,000 ((생성 g-중합체/g-고체 촉매 성분)/시간) 이상의 촉매 활성을 주는 α-올레핀 중합용 고체 촉매 성분.
  2. 제 1 항에 있어서, N 의 값이 6.2 이상임을 특징으로 하는 고체 촉매 성분.
  3. 제 1 항에 있어서, N 의 값이 6.4 이상임을 특징으로 하는 고체 촉매 성분.
  4. Si-0 결합을 갖는 유기규소 화합물과 에스테르의 존재하에 유기마그네슘 화합물로 일반 화학식 Ti(OR1)aX4-a(여기서 R1은 1 내지 2O 개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소기를 나타냄; X는 할로겐 원자를 나타냄; 0≤a≤4)로 표시되는 티타늄 화합물을 환원시켜 고체 생성물을 얻는 단계, 에테르와 사염화 티타늄의 혼합물과 할로겐화 유기산을 이 순서로 그 처리대상의 고체 생성물에 연속적으로 첨가하는 단계, 그리고 이 처리된 고체 생성물을 에테르와 사염화 티타늄의 혼합물 또는 에테르, 사염화 티타늄과 에스테르의 혼합물로 더 처리하는 단계를 포함하는 방법에 의해서 얻어진, 삼가 티타늄 화합물을 함유하는 α-올레핀 중합용 고체 촉매 성분.
  5. 제 4 항에 있어서, 입자 크기 분포는 입자 크기 분포의 로진-래믈러 함수의 N 의 값으로 환산하여 6.0 이상임을 특징으로 하는 고체 촉매 성분.
  6. 제 4 항에 있어서, 티타늄 화합물이 Ti(OR1)4임을 특징으로 하는 고체 촉매 성분.
  7. 제 4 항에 있어서, 에스테르가 유기산 에스테르임을 특징으로 하는 고체 촉매 성분.
  8. 제 7 항에 있어서, 유기산 에스테르는 일- 또는 다-가 카르복실산 에스테르임을 특징으로 하는 고체 촉매 성분.
  9. 제 4 항에 있어서, 할로겐화 유기산은 일- 또는 다-가 할로겐화 카르복실산임을 특징으로 하는 고체 촉매 성분.
  10. 다음을 함유하는 α-올레핀 중합용 촉매:
    (A) Si-0 결합을 갖는 유기규소 화합물과 에스테르의 존재하에 유기마그네슘 화합물로 일반 화학식 Ti(OR1)aX4-a(여기서 R1은 1 내지 20 개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소기를 나타냄; X 는 할로겐 원자를 나타냄; 0≤a≤4) 로 표시되는 티타늄 화합물을 환원시켜 고체 생성물을 얻는 단계, 에테르와 사염화 티타늄의 혼합물과 할로겐화 유기산을 이 순서로 그 처리대상의 고체 생성물에 연속적으로 첨가하는 단계, 그리고 이 처리된 고체 생성물을 에테르와 사염화 티타늄의 혼합물 또는 에테르, 사염화 티타늄과 에스테르의 혼합물로 더 처리하는 단계를 포함하는 방법에 의해서 얻어진, 삼가 티타늄 화합물을 함유하는 고체 촉매 성분;
    (B) 유기알루미늄 화합물; 그리고
    (C) 전자-제공체 화합물.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 고체 촉매 성분 (A) 의 입자 크기 분포는 입자 크기 분포의 로진-래믈러 함수의 N 의 값으로 환산하여 6.0 이상임을 특징으로 하는 촉매.
  12. 다음을 함유하는 촉매로 α-올레핀을 중합시키는 단계를 포함하는, 폴리-α-올레핀의 제조 방법:
    (A) Si-0. 결합을 갖는 유기규소 화합물과 에스테르의 존재하에 유기마그네슘 화합물로 일반 화학식 Ti(OR1)aX4-a(여기서 R1은 1 내지 2O 개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소기를 나타냄; X 는 할로겐 원자를 나타냄; 0≤a≤4) 로 표시되는 티타늄 화합물을 환원시켜 고체 생성물을 얻는 단계, 에테르와 사염화 티타늄의 혼합물과 할로겐화 유기산을 이 순서로 그 처리대상의 고체 생성물에 연속적으로 첨가하는 단계, 그리고 이 처리된 고체 생성물을 에테르와 사염화 티타늄의 혼합물 또
    는 에테르, 사염화 티타늄과 에스테르의 혼합물로 더 처리하는 단계를 포함하는 방법에 의해서 얻어진, 삼가 티타늄 화합물을 함유하는 고체 촉매 성분;
    (B) 유기알루미늄 화합물; 그리고
    (C) 전자-제공체 화합물.
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