KR20080111067A

KR20080111067A - 다-분지 폴리프로필렌

Info

Publication number: KR20080111067A
Application number: KR1020087025213A
Authority: KR
Inventors: 에베르하드 에른스트; 만프레드 스타들바우에르
Original assignee: 보레알리스 테크놀로지 오와이.
Priority date: 2006-04-18
Filing date: 2007-04-16
Publication date: 2008-12-22
Also published as: DE602007012067D1; EA015001B1; EP1847555A1; KR101009542B1; JP2009533540A; BRPI0710454A2; EP2007823A1; CA2649500A1; US20100168364A1; US8153745B2; WO2007118698A1; EP2007823B1; CN101415738A; ATE496069T1; EA200801959A1; AU2007237438A1; CN101415738B

Abstract

본 발명은 1.00 이하의 g'를 갖는 다-분지 폴리프로필렌이다.

Description

다-분지 폴리프로필렌{Multi-branched polypropylene}

본 발명은 신규한 종류의 폴리프로필렌에 관한 것이다.

상업적으로 잘 알려진 폴리프로필렌은 특별히 이소택틱의(isotactic), 부분결정성(semi-crystalline), 열가소성 중합체 혼합물이다. 비록 상업적인 폴리프로필렌이 많은 바람직하고 이로운 특성을 가질지라도, 이들은 또한, 블로운 필름(blown films), 압출 코팅(extrusion coating), 발포 압출(foam extrusion) 및 블로우-몰딩(blow-molding)과 같은 여러 응용에 부적합하도록 만드는 낮은 용융강도(melt strength)와 같은 몇몇의 중요한 결점을 아울러 가진다. 이들 결점은 선형 중합체 백본(backbone)에 분지(branchings)를 도입함으로써 부분적으로 극복되어 왔다. 이는 후반응기(post-reactor) 처리, 다이엔(dienes)과의 공중합, 및 고온에서의 특정 촉매와의 중합을 통해 수행될 수 있다. 비록 이들 분지된 중합체 타입이 개선된 특성을 가진다 할지라도, 이들은 여전히 신장흐름(extensional flow) 하에서 압출 공정 중 높은 용융 안정성을 가지지 않는다.

이러한 결점을 극복하고 진보된 폴리프로필렌 응용을 위해 적합한 폴리프로필렌을 개발하기 위하여, 공지의 폴리프로필렌의 특성들을 개선시키는 것이 여전히 요구된다.

본 발명의 발견은 다-분지된(multi-branched) 폴리프로필렌, 즉 폴리프로필렌 백본에 다수의 측쇄(side chains)를 가지고(분지된 폴리프로필렌) 있을 뿐만 아니라 상기 측쇄 중 일부도 그것들 자체가 추가적인 측쇄를 갖추고 있는 폴리프로필렌을 제공하는 것이다.

그러므로, 본 발명은, 신장속도(extension rates)에 따라 변형 경화(strain hardening)가 증가하는 것을 의미하는, 변형속도 농화(strain rate thickening)를 보이는 폴리프로필렌에 관한 것이다.

따라서, 본 발명에 따른 폴리프로필렌은 적어도 0.15, 더욱 바람직하기로는 적어도 0.20, 더욱더 바람직하기로는 적어도 0.30의 다분지 지수(multi- branching index (MBI))를 가지며, 상기 다분산 지수(MBI)는 헨키 변형속도(Hencky strain rate)의 10을 밑으로 하는 로그 함수(lg (dε/dt))로서 변형 경화지수(strain hardening index (SHI))의 기울기로 정의되고,

이때 dε/dt는 변형속도(deformation rate)이며,

ε는 헨키 변형도(Hencky strain)이고,

변형 경화지수(SHI)는 180 ℃에서 측정되며,

상기 변형 경화지수(SHI)는 1 내지 3의 헨키 변형도 범위에서 헨키 변형도의 10을 밑으로 하는 로그 함수(Ig (ε))로서, 인장응력 증가 함수(tensile stress growth function)의 10을 밑으로 하는 로그(lg (η _E ⁺)의 기울기로 정의된다.

변형 경화지수(SHI)는 다른 변형속도에서 측정될 수 있다. 변형 경화지수(SHI)는 180 ℃의 온도에서 1.00 내지 3.00의 로그 수치(logarithmic scale) 상의 헨키 변형도의 함수로서 인장응력 증가 함수 η _E ⁺의 기울기로서 정의되며, 이때 SHI@0.1 s^- ¹는 0.10 s^-1의 변형속도

로 측정되고, SHI@0.3 s^- ¹는 0.30 s^-1의 변형속도

로 측정되고, SHI@3 s^- ¹는 3.00 s^-1의 변형속도

로 측정되고, SHI@10 s^- ¹는 10.0 s^-1의 변형속도

로 측정된다. 0.10, 0.30, 1.00, 3.00 및 10.00 s^-1의 상기 다섯 변형속도

에서 변형 경화지수(SHI)를 비교하면,

의 10을 밑으로 하는 로그 함수 (lg (

))로서 변형 경화지수(SHI)의 기울기는 다-분지(multi-branching)를 위한 특징적인 측정법이다. 그러므로, 다-분지 지수(MBI)는 lg (

)의 함수로서 변형 경화지수(SHI)의 기울기, 즉 최소자승법을 적용하여 lg (

) 대(versus) 변형 경화지수(SHI)의 선형 접합 곡선(linear fitting curve)의 기울기로 정의되고, 바람직하기로는 변형 경화지수(SHI)는 0.05 s^-1 내지 20.00 s^-1, 더욱 바람직하기로는 0.10 s^-1 내지 10.00 s^-1, 더더욱 바람직하기로는 0.10, 0.30, 1.00, 3.00 및 10.00 s^-1의 변형속도에서 측정된다. 더욱더 바람직하기로는, 변형속도 0.10, 0.30, 1.00, 3.00 및 10.00 s^-1에서 측정된 SHI-값은 다-분지 지수(MBI)가 확립되었을 때 최소자승법에 따라 선형 접합(linear fit)에 사용된다.

놀랍게도, 이러한 특징을 가진 폴리프로필렌이 당업계에 알려져 있는 폴리프로필렌에 비하여 뛰어난 특성을 가지는 것으로 확인되었다. 특별히, 압출 공정 중 폴리프로필렌의 용융물이 높은 안정성을 가진다.

신규한 폴리프로필렌은 특히 신장 용융 흐름 특성(extensional melt flow properties)에 의해 특징지워진다. 신장 흐름, 또는 점성 물질의 신장(stretching)을 수반하는 변형은 전형적인 중합체 가공 작업 중에 일어나는 컨버징 및 스퀴징 흐름 내에서의 변형의 주요한 타입이다. 신장 용융 흐름 측정은 이들이 테스트되어지는 중합체 시스템의 분자 구조에 매우 민감하기 때문에, 중합체 특징 부여에 특히 유용하다. 헨키 변형속도로도 언급되는, 신장의 순 변형속도(true strain rate)가 일정할 때, 단순 신장(simple extension)은, 단순 전단(simple shear)에서의 흐름보다 훨씬 더 높은 정도의 분자배향(molecular orientation) 및 신장(stretching)이 일어날 수 있다는 점에서 "강한 흐름(strong flow)"이라 불린다. 그 결과로서, 신장 흐름은 결정도 및 장쇄 분지(long-chain branching)와 같은 마크로-구조적 효과(macro-structural effects)에 매우 민감하며, 이에 따라 전단 흐름을 적용하는 벌크한 유변학적 측정(bulk rheological measurement)의 다른 타입에 비하여 중합체 특징화에 관하여 훨씬 더 사실적일 수 있다.

따라서, 본 발명의 폴리프로필렌, 즉 다-분지 폴리프로필렌은 이들의 변형 경화지수(SHI)가 변형속도

에 따라 증가한다는 사실 즉, 다른 폴리프로필렌에서는 관찰되지 않는 현상에 의해 특징지워진다. 선형의 또는 단쇄의 분지 중합체 뿐만 아니라, 단일 분지 중합체 타입(이른바, 단일 장측쇄가 있는 백본과 "Y"를 닯은 구조를 가진 Y 중합체), 또는 H-분지 중합체 타입(브릿징 기(bridging group)로 결합된 두 개의 중합체 사슬로 "H"를 닯은 구조를 가진 것)은 이러한 관계를 보이지 않는다. 즉, 변형 경화지수(SHI)가 변형속도에 의해 영향을 받지 않는다(도 2 및 도 3 참조). 따라서, 알려진 중합체, 특별히 알려진 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌의 변형 경화지수(SHI)는 변형속도(dε/dt)의 증가에 따라 증가하지 않거나, 단지 무시해도 좋을 만큼만 증가한다. 신장 흐름(elongational flow)을 포함하는 산업적인 전환 과정은 매우 빠른 변형속도로 수행된다. 그러므로, 높은 변형속도에서 보다 현저한 변형 경화(변형 경화지수(SHI)에 의해 측정된)를 보이는 물질의 장점이 명백하게 된다. 더 빠르게 물질이 신장될수록, 변형 경화지수(SHI)가 더 높아지고, 이에 따라 전환 중에 있을 물질이 더욱 안정할 것이다. 특별히 빠른 압출 과정에서, 다-분지 폴리프로필렌의 용융물은 높은 안정성을 가진다.

더 나아가, 본 발명의 폴리프로필렌은 바람직하기로는 적어도 0.30, 더욱 바람직하기로는 적어도 0.40, 더더욱 바람직하기로는 적어도 0.50의 변형 경화지수(SHI@1s^-1)를 갖는다.

변형 경화지수(SHI)는 폴리프로필렌 용융물의 변형 경화 거동을 위한 측정법이다. 본 발명에서, 변형 경화지수(SHI@1s^-1)는 변형 경화 거동을 측정하기 위하여 180 ℃의 온도에서 1.00 s^-1의 변형속도(dε/dt)로 측정되어지며, 상기 변형 경화지수(SHI)는 1.00 내지 3.00의 로그 수치(logarithmic scale) 상의 헨키 변형도 ε의 함수로서 인장응력 증가 함수 η _E ⁺의 기울기로서 정의된다(도 1 참조).

이 때문에 헨키 변형도 ε는 하기 식으로 정의된다:

,

상기에서,

헨키 변형속도

는 하기 식으로 정의된다:

,

이때, "L₀"는 마스터(master) 및 슬레이브(slave) 드럼들(drums) 간의 중심 거리와 동일한, 신장되어진 표본 시료의 고정(fixed), 고정간(unsupported) 길이이고,

"R"은 동일-면적(equi-dimensional) 윈드업(windup) 드럼의 반경이며,

"Ω"은 동일한 구동축(drive shaft) 회전속도이다.

한편, 인장응력 증가 함수 η _E ⁺는 하기 식으로 정의된다:

,

, 및

상기에서,

헨키 변형속도

는 헨키 변형도 ε에서와 같이 정의되고,

"F"는 측정된 토크 신호(torque signal) "T"로부터 계산된, 접선의 신장력(tangential stretching force)이며,

"R"은 동일-면적(equi-dimensional) 윈드업(windup) 드럼의 반경이고,

"T"는 접선의 신장력 "F"와 관련된, 측정된 토크 신호이며,

"A"는 신장된 용융된 표본의 순간적인 횡단면 면적(area)이고,

"A₀"는 고체(즉, 용융 전)에서의 표본의 횡단면 면적이며,

"d_S"는 중합체의 고체 밀도(ISO 1183에 따라 측정된)이고,

"d_M"은 중합체의 용융밀도(ISO 1133; 과정(procedure) B에 따라 측정된)이다.

더 나아가, 본 발명 폴리프로필렌의 분지 지수(branching index) g'는 바람직하기로는 1.00 이하, 더욱 바람직하기로는 0.90 이하, 더더욱 바람직하기로는 0.80 이하이다. 바람직한 구현예에서, 분지 지수(branching index) g'는 0.70 이하이다. 분지 지수(branching index) g'는 분지 정도를 정의하며, 중합체의 분지량(amount of branches)과 관계된다. 분지 지수(branching index) g'는 식

으로 정의되며, 이때 g'는 분지 지수이고, [IV_br]는 분지 폴리프로필렌의 고유 점도이며, [IV]_lin은 분지 폴리프로필렌과 동일한 중량 평균 분자량(±10 %의 범위 내)을 가지는 선형 폴리프로필렌의 고유점도이다.

이 때문에, 낮은 g'-값은 고-분지(high branched) 중합체를 위한 지표이다. 다시 말해, 만일 g'-값이 감소한다면, 폴리프로필렌의 분지(branching)는 증가한다. 이와 관련하여 B.H. Zimm and W. H. Stockmeyer, J. Chem. Phys. 17,1301 (1949)를 참고한다. 상기 문헌은 참고 문헌으로서 여기에 포함된다.

분지 지수(branching index) g'를 측정하기 위해 필요한 고유 점도는 DIN ISO 1628/1, October 1999 (135 ℃, 데칼린(Decalin) 내에서)에 따라 측정된다.

다분지 지수 (MBI), 변형 경화지수 (SHI), 인장응력 증가 함수 η _E ⁺, 헨키 변형속도

, 헨키 변형도 ε 및 분지 지수 g'을 위한 관련 데이터를 얻기 위해 적용되는 측정 방법들과 관련된 추가적인 정보는 실시예 부분에서 언급되어졌다.

본 발명에 따른 폴리프로필렌은 1.00 이하의 분지 지수 g', 적어도 0.30의 변형 경화지수 (SHI@1s^-1), 및 적어도 0.15의 다분지 지수 (MBI)를 갖는 것이 특히 바람직하다. 더욱더 바람직하기로는, 본 발명에 따른 폴리프로필렌은 0.80 이하의 분지 지수 g', 적어도 0.40의 변형 경화지수 (SHI@1s^-1), 및 적어도 0.15의 다분지 지수 (MBI)를 갖는다. 다른 바람직한 구현예에서, 본 발명에 따른 폴리프로필렌은 1.00 이하의 분지 지수 g', 적어도 0.30의 변형 경화지수 (SHI@1s^-1), 및 적어도 0.20의 다분지 지수 (MBI)를 갖는다. 또 다른 바람직한 구현예에서, 본 발명에 따른 폴리프로필렌은 0.80 이하의 분지 지수 g', 적어도 0.40의 변형 경화지수 (SHI@1s^-1), 및 적어도 0.20의 다분지 지수 (MBI)를 갖는다. 또 다른 바람직한 구현예에서, 본 발명에 따른 폴리프로필렌은 0.80 이하의 분지 지수 g', 적어도 0.50의 변형 경화지수 (SHI@1s^-1), 및 적어도 0.30의 다분지 지수 (MBI)를 갖는다.

바람직하기로는, 본 발명의 폴리프로필렌은 보통 폴리프로필렌의 가공 특성을 향상시키기 위하여 수행되는 것과 같이 가교되지 않는다. 그러나, 가교는 많은 점에서 해롭다. 특히, 이의 제품 생산을 수행하는 것이 어렵다.

더 나아가, 폴리프로필렌은 특정 범위로 주어지는 용융 흐름 속도(melt flow rate)(MFR)을 갖는 것이 바람직하다. 용융 흐름 속도는 주로 평균 분자량에 의해 좌우된다. 이는 긴 분자가 짧은 분자에 비해 물질을 더 낮은 흐름 경향(flow tendency)을 갖도록 한다는 사실에 기인한다. 분자량에서의 증가는 MFR-값에서의 감소를 의미한다. 용융 흐름 속도 (MFR)는 특정 온도 및 압력 조건하에서 정해진 다이를 통해서 방출되는 중합체의 g/10 min으로 측정되며, 이는 각 중합체의 타입에 따라 주로 그것의 분자량은 물론 그것의 분지도(degree of branching)에 의해서 영향을 받는, 중합체의 점도 측정법이다. 230 ℃에서 2.16 kg의 하중 하에서(ISO 1133) 측정된 용융 흐름 속도는 MFR₂로서 나타낸다. 따라서, 본 발명에서 폴리프로필렌은 바람직하기로는 0.01 내지 1000.00 g/10 min, 더욱 바람직하기로는 0.01 내지 100.00 g/10 min, 더더욱 바람직하기로는 0.05 내지 50 g/10 min 범위의 MFR₂를 갖는다. 바람직한 구현예에서, MFR은 1.00 내지 11.00 g/10 min의 범위이다. 다른 바람직한 구현예에서, MFR은 3.00 내지 11.00 g/10 min의 범위이다.

수평균분자량(number average molecular weight) (Mn)은, 분자량에 대한 각 분자량 범위 내 분자 수의 플롯(plot)의 최고 지점(first moment)으로서 표현된 중합체의 평균 분자량이다. 사실상, 이는 분자 수로 나눈 모든 분자의 총 분자량이다. 한편, 중량평균분자량(weight average molecular weight (Mw))은 분자량에 대한 각 분자량 범위 내 중합체 중량의 플롯(plot)의 최고 지점(first moment)이다.

분자량 분포 뿐만 아니라 수평균분자량(Mn)과 중량평균분자량(Mw)도 온라인 점도계(online viscometer)가 구비된 와터스 알리안스 지피시비 2000(Waters Alliance GPCV 2000) 기기를 이용하여 크기 배제 크로마토그래피(size exclusion chromatography (SEC))에 의해 측정된다. 오븐 온도는 140 ℃이다. 트리클로로벤젠이 용매로 사용된다.

폴리프로필렌은 바람직하기로는 10,000 내지 2,000,000 g/mol, 더욱 바람직하기로는 20,000 내지 1,500,000 g/mol의 중량평균분자량(Mw)을 갖는다.

바람직하기로는, 본 발명의 폴리프로필렌은 이소택틱(isotactic)이다.

더욱 바람직하기로는, 본 발명에 따른 폴리프로필렌은 상당히 높은 펜타드(pentad) 농도, 즉 90% 이상, 더더욱 바람직하기로는 92% 이상, 가장 바람직하기로는 93% 이상의 농도를 갖는다. 다른 바람직한 구현예에서, 펜타드 농도는 95% 이상이다. 펜타드 농도는 폴리프로필렌의 규칙성(regularity) 분포 내 폭이 좁음에 대한 지표이다.

더 나아가, 바람직하기로는 폴리프로필렌은 125℃ 이상의 융점(melting temperature, Tm)을 갖는다. 상기 폴리프로필렌이 하기에서 정의된 바와 같은 폴리프로필렌 공중합체인 경우 융점은 125℃ 이상인 것이 특별히 바람직하다. 한편, 폴리프로필렌이 하기에서 정의된 바와 같은 폴리프로필렌 단일중합체(homopolymer)인 경우에는, 폴리프로필렌이 150℃ 이상, 더욱 바람직하기로는 155℃ 이상의 융점을 갖는 것이 바람직하다.

더욱 바람직하기로는, 본 발명에 따른 폴리프로필렌은 멀티모달(multimodal), 더욱 더 바람직하기로는 바이모달(bimodal)이다. "멀티모달" 또는 "멀티모달 분포"는 몇몇의 관련이 있는 최대값(maxima)을 가진 도수분포(frequency distribution)를 나타낸다. 특별히, "중합체의 모달리티(modality)"라는 표현은 분자량 분포(MWD) 곡선의 형태, 즉 분자량 함수로서 중합체 분자량 분획 그래프의 형상(appearance)을 언급한다. 만일 중합체가 순차적인 단계의 공정 즉, 일련의 결합된 반응기를 사용하고 각 반응기에서 다른 조건을 이용하는 공정으로 제조된다면, 각각 다른 반응기 내에서 제조된 다른 중합체 분획은, 다른 것과 상당히 다른 그들 자체의 분자량 분포를 갖는다. 결과적으로 얻은 최종 중합체의 분자량 분포 곡선은 중합체 분획 분자량 분포 곡선을 포개 놓은(super-imposing) 모습으로 보여질 수 있으며, 이에 따라 더 많은 별개의 최대값을 보이던지 아니면 최소한 각각의 분획을 위한 곡선에 비해 두드러지게 넓어지게 된다.

이러한 분자량 분포 곡선을 보이는 중합체는 각각 바이모달 또는 멀티모달이라 불린다.

상기 폴리프로필렌은 바람직하기로는 바이모달이다.

본 발명에 따른 폴리프로필렌은 단일중합체 또는 공중합체일 수 있다. 따라서, 공중합체는 물론 단일중합체도 멀티모달, 바람직하기로는 바이모달 중합체 조성물일 수 있다.

본 명세서에서 사용된 단일중합체라는 표현은, 실질적으로 즉, 적어도 97 wt%, 바람직하기로는 적어도 99 wt%, 가장 바람직하기로는 적어도 99.8 wt%의 프로필렌 단위(units)로 이루어진 폴리프로필렌을 나타낸다. 바람직한 구현예에서, 프로필렌 단일중합체 내에서 단지 프로필렌 단위만이 검출가능하다. 코모노머(comonomer) 함량은 하기 실시예에서 기술한 바와 같이 FT 적외선 분광법으로 측정될 수 있다.

본 발명에 따른 폴리프로필렌이 프로필렌 공중합체일 경우, 코모노머가 에틸렌인 것이 바람직하다. 그러나, 당업계에 알려진 다른 코모노머도 적합하다. 바람직하기로는, 프로필렌 공중합체 내에서 코모노머, 바람직하기로는 에틸렌의 총량은 30 wt%까지, 더욱 바람직하기로는 25 wt%까지이다.

바람직한 구현예에서, 폴리프로필렌은 폴리프로필렌 매트릭스 및 에틸렌-프로필렌 러버(EPR)를 포함하는 프로필렌 공중합체이다.

폴리프로필렌 매트릭스는 단일중합체 또는 공중합체, 더욱 바람직하기로는 멀티모달, 즉 바이모달의 단일중합체, 또는 멀티모달, 즉 바이모달의 공중합체일 수 있다. 폴리프로필렌 매트릭스가 프로필렌 공중합체인 경우에는, 코모노머가 에틸렌 또는 부텐인 것이 바람직하다. 그러나, 당업계에 알려진 다른 코모노머도 적합하다. 폴리프로필렌 매트릭스 내 코모노머의, 더욱 바람직하기로는 에틸렌의 바람직한 양은 8.00 Mol%까지이다. 프로필렌 공중합체 매트릭스가 코모노머 성분으로서 에틸렌을 가질 경우, 매트릭스 내 에틸렌의 양은 8.00 Mol%까지, 더욱 바람직하기로는 6.00 Mol% 이하인 것이 특히 바람직하다. 프로필렌 공중합체 매트릭스가 코모노머 성분으로서 부텐을 가질 경우, 매트릭스 내 부텐의 양은 6.00 Mol%까지, 더욱 바람직하기로는 4.00 Mol% 이하인 것이 특히 바람직하다.

바람직하기로는, 전체 프로필렌 공중합체 내 에틸렌-프로필렌 러버 (EPR)는 80 wt%까지이다. 더욱 바람직하기로는, 전체 프로필렌 공중합체 내 에틸렌-프로필렌 러버 (EPR)의 양은 20 내지 80 wt%의 범위, 더욱더 바람직하기로는 30 내지 60 wt%의 범위이다.

더 나아가, 폴리프로필렌은 폴리프로필렌 매트릭스 및, 50 wt%까지의 에틸렌-함량을 가진 에틸렌-프로필렌 러버(EPR)를 포함하는 공중합체인 것이 바람직하다.

더 나아가, 상기에서 정의된 폴리프로필렌은 하기에서 기재된 바와 같은 촉매의 존재하에 제조되는 것이 바람직하다. 또한, 상기에서 정의된 바와 같은 폴리프로필렌의 제조를 위하여, 바람직하기로는 하기에서 기술된 바와 같은 공정이 이용된다.

본 발명에 따른 폴리프로필렌은 새로운 촉매 시스템으로 제조 가능하다. 이러한 새로운 촉매 시스템은 비대칭 촉매(asymmetric catalyst)를 포함하며, 이에 따라 상기 촉매 시스템은 1.40 ml/g 이하, 더욱 바람직하기로는 1.30 ml/g 이하, 가장 바람직하기로는 1.00 ml/g 이하의 다공도(porosity)를 갖는다. 다공도는 DIN 66135 (N₂)에 따라 측정되어진다. 다른 바람직한 구현예에서, 다공도는 DIN 66135에 따라 적용된 방법으로 측정되었을 때 검출 한계 미만이다.

본 발명에 따른 비대칭 촉매는 바람직하기로는 그들의 화학적 구조면에서 다른 적어도 두 개의 유기 리간드를 포함하는 촉매이다. 더욱 바람직하기로는, 본 발명에 따른 비대칭 촉매는 그들의 화학적 구조면에서 다른 적어도 두 개의 유기 리간드를 포함하는 메탈로센 화합물이다. 더욱더 바람직하기로는, 본 발명에 따른 비대칭 촉매는 그들의 화학적 구조면에서 다른 적어도 두 개의 유기 리간드를 포함하는 메탈로센 화합물이며 상기 메탈로센 화합물은 C₂-대칭(symmetry) 및/또는 어떠한 더 높은 대칭이 없다. 바람직하기로는 비대칭 촉매, 더욱 바람직하기로는 비대칭 메탈로센 화합물은 두 개의 다른 유기 리간드만을, 더욱더 바람직하기로는 서로 다르며 브릿지에 의해 연결된, 두 개의 유기 리간드만을 포함한다.

상기 비대칭 촉매는 바람직하기로는 단일 활성점 촉매(single site catalyst (SSC))이다.

비대칭 촉매를 포함하는 매우 낮은 다공도를 가진 촉매 시스템을 사용함으로써, 상기에서 정의된 다-분지 폴리프로필렌의 제조가 가능하다.

더 나아가, 촉매 시스템은 바람직하기로는 25 ㎡/g 이하, 더욱 바람직하기로는 20 ㎡/g 이하, 더욱더 바람직하기로는 15 ㎡/g 이하, 더 더욱더 바람직하기로는 10 ㎡/g 이하, 가장 바람직하기로는 5 ㎡/g 이하의 표면적을 갖는다. 본 발명에 따른 표면적은 ISO 9277 (N₂)에 따라 측정된다.

특히 바람직하기로는, 본 발명에 따른 촉매 시스템은 비대칭 촉매, 즉 상기 및/또는 하기에서 정의된 바와 같은 촉매를 포함하고, DIN 66135 (N₂)에 따른 방법을 적용하였을 때 검출가능하지 않은 다공도를 가지며, 5 ㎡/g 이하의 ISO 9277 (N₂)에 따라 측정된 표면적을 갖는다.

바람직하기로는, 비대칭 촉매 화합물은 하기 화학식 1을 갖는다:

상기 식에서,

M은 Zr, Hf 또는 Ti, 바람직하기로는 Zr이고;

각각의 X는 독립적으로 σ-리간드와 같은 일가 음이온 리간드이며;

각각의 Cp는 독립적으로, M과 배위결합하는 불포화 유기 고리 리간드이고;

R은 두 개의 리간드 L을 연결하는 브릿징 기(bridging group)이며;

n은 0 또는 1, 더욱 바람직하기로는 1이고;

q는 1, 2 또는 3, 더욱 바람직하기로는 2이며;

m+q는 금속의 원자가와 동일하고;

적어도 하나의 Cp-리간드, 바람직하기로는 두 개의 Cp-리간드가 비치환된 시클로페나디에닐(cyclopenadienyl), 비치환된 인데닐(indenyl), 비치환된 테트라히드로인데닐(tetrahydroindenyl), 비치환된 플루오르에닐(fluorenyl), 치환된 시클로페나디에닐, 치환된 인데닐, 치환된 테트라히드로인데닐 및 치환된 플루오르에닐 로 이루어진 그룹으로부터 선택되며;

단, 두 개의 Cp-리간드가 상기 기재된 그룹으로부터 선택되는 경우 두 개의 Cp-리간드는 서로 화학적으로 달라야만, 즉 바람직하기로는 다른 화학적 구조를 가져야만 한다.

용어 "σ-리간드"는 전체 명세서 내에서 공지의 방식으로, 즉 시그마 결합을 통해 하나 이상의 지점에서 금속과 결합된 기(group)로 이해된다. 바람직한 일가 음이온 리간드는 할로겐, 특별히 염소(Cl)이다.

바람직하기로는, 비대칭 촉매는 상기에서 나타낸 화학식 1을 가지며,

상기 식에서,

M은 Zr이고,

각각의 X는 Cl이며,

n은 1이고,

q는 2이다.

바람직하기로는, 두 개의 Cp-리간드는 비대칭 구조를 형성하도록 다른 잔기를 갖는다.

바람직하기로는, 두 개의 Cp-리간드는 치환된 시클로페나디에닐-고리(ring), 치환된 인데닐-고리, 치환된 테트라히드로인데닐-고리 및 치환된 플루오르에닐-고리로 이루어진 그룹으로부터 선택되며, 이때 상기 Cp-리간드는 고리에 결합된 치환기와 다르다.

시클로페나디에닐, 인데닐, 테트라히드로인데닐, 또는 플루오르에닐에 결합 되는 선택적인 하나 이상의 치환기는, 각각 독립적으로, 할로겐; 히드로카빌(hydrocarbyl) [예를 들어, C₁-C₂₀-알킬, C₂-C₂₀-알케닐, C₂-C₂₀-알키닐(alkynyl), C₃-C₁₂-시클로알킬, C₆-C₂₀-아릴 또는 C₇-C₂₀-아릴알킬]; 고리 모이에티(moiety) 내에 1, 2, 3 또는 4개의 헤테로원자를 함유하는 C₃-C₁₂-시클로알킬; C₆-C₂₀-헤테로아릴; C₁-C₂₀-할로알킬; -SiR"₃; -OSiR"₃; -SR"; -PR"₂ 및 -NR"₂를 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있고, 이때 각각의 R"는 각각 독립적으로 수소; 또는 예를 들어 C₁-C₂₀-알킬, C₂-C₂₀-알케닐, C₂-C₂₀-알키닐, C₃-C₁₂-시클로알킬 또는 C₆-C₂₀-아릴 등의 히드로카빌이다.

더욱 바람직하기로는, 두 개의 Cp-리간드는 각각의 인데닐 모이에티가 상기에서 정의한 바와 같은 하나 이상의 치환기를 가지는, 인데닐 모이에티들이다. 더욱 바람직하기로는, 각각의 Cp-리간드는 상기에서 정의한 바와 같은 두 개의 치환기를 가지는 인데닐 모이에티이며, 단 이때 상기 치환기는 두 개의 Cp-리간드가 다른 화학적 구조이도록, 즉 두 개의 Cp-리간드가 인데닐 모이에티와 결합한 적어도 하나의 치환기 내에서 다르도록, 특별히 인데닐 모이에티의 5원 고리와 결합한 치환기와 다르도록 선택된다.

더욱더 바람직하기로는, 두 개의 Cp는, 인데닐 모이에티의 5원 고리에, 더욱 바람직하기로는 2번-위치(2-position)에, 예를 들어 메틸, 에틸, 이소프로필 등의 C₁-C₆ 알킬과 같은 알킬; 및 각각의 알킬이 각각 독립적으로 메틸 또는 에틸과 같은 C₁-C₆ 알킬로부터 선택되는 트리알킬옥시실록시(trialkyloxysiloxy)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 치환기를 적어도 하나 포함하는 인데닐 모이에티이고, 단 이때 두 개의 Cp의 인데닐 모이에티는 화학적으로 서로 달라야, 즉 두 개의 Cp의 인데닐 모이에티는 다른 치환기를 포함해야 한다.

더욱더 바람직하기로는, 두 개의 Cp는, 인데닐 모이에티의 6원 고리에, 더욱 바람직하기로는 4번-위치(4-position)에, 선택적으로 C₁-C₆ 알킬과 같은 하나 이상의 치환기로 치환된, 예를 들어 페닐 또는 나프틸, 바람직하기로는 페닐 등의 C₆-C₂₀ 방향족 고리 모이에티; 및 헤테로방향족 고리 모이에티로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 치환기를 적어도 하나 포함하는 인데닐 모이에티이고, 단 이때 두 개의 Cp의 인데닐 모이에티는 화학적으로 서로 달라야, 즉 두 개의 Cp의 인데닐 모이에티는 다른 치환기를 포함해야 한다.

더욱더 바람직하기로는, 두 개의 Cp는, 인데닐 모이에티의 5원 고리에, 더욱 바람직하기로는 2번-위치(2-position)에 적어도 하나의 치환기를, 인데닐 모이에티의 6원 고리에, 더욱 바람직하기로는 4번-위치(4-position)에 추가적인 치환기를 포함하는 인데닐 모이에티이고, 단 이때 상기 5원 고리의 치환기는 예를 들어 메틸, 에틸, 이소프로필 등의 C₁-C₆ 알킬과 같은 알킬; 및 각각의 알킬이 각각 독립적으로 메틸 또는 에틸과 같은 C₁-C₆ 알킬로부터 선택되는 트리알킬옥시실록시(trialkyloxysiloxy)로 이루어진 그룹으로부터 선택되며, 상기 6원 고리의 추가 적인 치환기는 선택적으로 C₁-C₆ 알킬과 같은 하나 이상의 치환기로 치환된, 예를 들어 페닐 또는 나프틸, 바람직하기로는 페닐 등의 C₆-C₂₀ 방향족 고리 모이에티; 및 헤테로방향족 고리 모이에티로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, 단 이때 두 개의 Cp의 인데닐 모이에티는 화학적으로 서로 달라야, 즉 두 개의 Cp의 인데닐 모이에티는 다른 치환기를 포함해야 한다. 특히 바람직하기로는, 두 개의 Cp는 각각 두 개의 치환기를 포함하는 인데닐 고리이며, 인데닐 고리의 5원 고리와 결합한 치환기가 다르다.

모이에티 "R"에 관하여, 바람직하기로는 "R"은 하기 화학식 2를 갖는다:

상기 식에서,

Y는 C, Si 또는 Ge이고;

R'는 C₁ 내지 C_2O 알킬, C₆-C₁₂ 아릴, C₇-C₁₂ 아릴알킬, 또는 트리메닐실릴(trimethylsilyl)이다.

상기에서 정의한 바와 같이 비대칭 촉매의 두 개의 Cp-리간드, 특별히 두 개의 인데닐 모이에티가 브릿지 멤버(bridge member) R과 연결된 경우, 브릿지 멤버 R은 전형적으로 1번-위치에 위치한다. 브릿지 멤버 R은 예를 들어 C, Si 및/또는 Ge, 바람직하기로는 C 및/또는 Si로부터 선택되는 하나 아싱의 브릿지 원소를 함유 할 수 있다. 하나의 바람직한 브릿지 R은 -Si(R')₂-이며, 이때 R'는 각각 독립적으로 예를 들어 C₁-C₁₀ 알킬, C₆-C₁₂ 아릴과 같은 C₁-C₂₀ 알킬 또는 C₇-C₁₂ 아릴알킬과 같은 C₇-C₄₀ 아릴알킬 중 하나 이상으로부터 선택되고, 상기에서 그 자체로서 또는 아릴알킬의 일부로서 알킬은 에틸 또는 메틸, 바람직하기로는 메틸과 같은 C₁-C₆ 알킬인 것이 바람직하고, 아릴은 바람직하기로는 페닐이다. 상기 브릿지 -Si(R')₂-은 바람직하기로는 예를 들어 -Si(Me)₂-과 같은 -Si(C₁-C₆ 알킬)₂-, -Si(페닐)₂- 또는 -Si(C₁-C₆ 알킬)(페닐)-이다.

바람직한 구현예에서, 비대칭 촉매는 하기 화학식 3으로 정의된다:

상기 식에서,

각각의 X는 독립적으로 σ-리간드와 같은 일가 음이온 리간드, 특히 할로겐이고;

두 개의 Cp는 M과 배위 결합하며, 비치환된 시클로페나디에닐(cyclopenadienyl), 비치환된 인데닐(indenyl), 비치환된 테트라히드로인데닐(tetrahydroindenyl), 비치환된 플루오르에닐(fluorenyl), 치환된 시클로페나디에닐, 치환된 인데닐, 치환된 테트라히드로인데닐 및 치환된 플루오르에닐로 이루어진 그룹으로부터 선택되며;

단 이때 두 개의 Cp-리간드는 화학적으로 서로 달라야 하고;

상기에서, R은 하기 화학식 2에 의해 정의된다:

[화학식 2]

상기 식에서,

Y는 C, Si 또는 Ge이고;

더욱 바람직하기로는, 비대칭 촉매는 화학식 3에 의해 정의되며, 이때 두 개의 Cp는 치환된 시클로페나디에닐, 치환된 인데닐, 치환된 테트라히드로인데닐 및 치환된 플루오르에닐로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.

더욱더 바람직하기로는, 비대칭 촉매는 화학식 3에 의해 정의되며, 이때 두 개의 Cp는 치환된 시클로페나디에닐, 치환된 인데닐, 치환된 테트라히드로인데닐 및 치환된 플루오르에닐로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, 단 이때 두 개의 Cp-리간드는, 치환기 즉, 상기에서 정의된 바와 같이 시클로페나디에닐, 인데닐, 테트라히드로인데닐 또는 플루오르에닐에 결합된 치환기가 다르다.

더욱더 바람직하기로는, 비대칭 촉매는 화학식 3에 의해 정의되며, 이때 두 개의 Cp는 인데닐이고, 두 개의 인데닐은 하나의 치환기, 즉 상기에서 정의된 바와 같이 인데닐의 5원 고리에 결합된 치환기가 다르다.

특히 바람직하기로는, 비대칭 촉매는 상기에서 정의된 바와 같은 비-실리카 지지 촉매(non-silica supported catalyst), 특별히 상기에서 정의된 바와 같은 메탈로센 촉매이다.

바람직한 구현예에서, 비대칭 촉매는 디메틸실란디일[(2-메틸-(4'-터트부틸)-4-페닐-인데닐)(2-이소프로필-(4'-터트부틸)-4-페닐-인데닐)]지르코늄 디클로라이드(dimethylsilandiyl [(2-methyl-(4'-tert.butyl)-4-phenyl-indenyl)(2-isopropyl-(4'-tert.butyl)-4-phenyl-indenyl)]zirkonium dichloride)이다. 더욱 바람직하기로는, 상기 비대칭 촉매는 실리카 지지되지 않는다.

상기에서 기술한 비대칭 촉매 성분은 WO 01/48034에서 기술한 방법에 따라 제조된다.

특히 바람직하기로는, 비대칭 촉매 시스템은 WO 03/051934에 기술된 에멀젼 응고 기술(emulsion solidification technology)에 의해 얻어진다. 상기 문헌은 참고문헌으로서 그 전부가 본 명세서에 포함된다. 이에 따라, 비대칭 촉매는 바람직하기로는 고형의 촉매 입자 형태이며, 하기 단계를 포함하는 공정에 의해 제조가능하다:

a) 하나 이상의 비대칭 촉매 성분 용액을 제조하는 단계;

b) 상기 하나 이상의 촉매 성분이 분산된 상(dispersed phase)의 드로플릿(droplets) 내에 존재하는 에멀젼을 형성하도록 상기 용액을 이와 혼화될 수 없는(immiscible) 용매 내에 분산시키는 단계; 및

c) 상기 드로플릿을 고형의 입자로 전환시키도록 상기 분산된 상을 고형화하고, 선택적으로 상기 촉매를 수득하기 위하여 상기 입자를 회수하는 단계.

바람직하기로 용매, 더욱 바람직하기로 유기 용매가 상기 용액을 형성하기 위하여 사용된다. 더욱더 바람직하기로는, 유기 용매는 선형 알칸, 고리형 알칸, 선형 알켄, 고리형 알켄, 방향족 탄화수소 및 할로겐-함유 탄화수소로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.

더 나아가, 연속상(continuous phase)를 형성하는 혼화될 수 없는 용매는 비활성 용매(inert solvent)이며, 더욱 바람직하기로는 상기 혼화될 수 없는 용매는 플루오르화(fluorinated) 유기 용매 및/또는 이의 기능기화(functionalized) 유도체를 포함하고, 더욱더 바람직하기로는, 상기 혼화될 수 없는 용매는 세미-(semi-), 고도로- 또는 과-플루오르화된 탄화수소 및/또는 이의 기능기화된 유도체이다. 특히 바람직하기로는, 상기 혼화될 수 없는 용매는 과플루오르화 탄화수소 또는 이의 기능기화 유도체, 바람직하기로는 C₃-C₃₀ 과플루오르화알칸, -알켄 또는 -시클로알칸, 더욱더 바람직하기로는 C₄-C₁₀ 과플루오르화-알칸, -알켄 또는 -시클로알칸, 특히 바람직하기로는 과플루오르화헥산, 과플루오르화헵탄, 과플루오르화옥탄 또는 과플루오르화(메틸시클로헥산) 또는 이들의 혼합이다.

더 나아가, 바람직하기로는 상기 연속상 및 상기 분산상을 포함하는 에멀젼은 당업계에 알려진 바와 같은 이중-(bi-) 또는 다중상(multiphasic) 시스템이다. 유화제가 에멀젼을 형성하기 위하여 사용될 수 있다. 에멀젼 시스템을 형성한 후 에, 상기 촉매는 상기 용액 내에서 촉매 성분으로부터 인시츄(in situ) 상으로 형성된다.

원칙적으로, 유화제는 에멀젼의 형성 및/또는 안정화에 기여하고, 촉매의 촉매적 활성 상에 어떠한 역효과를 주지 않는 적합한 작용제일 수 있다. 유화제는 예를 들어 선택적으로 헤테로원자로 중절된 탄화수소 기재 계면활성제; 바람직하기로는 선택적으로 작용기를 가지는 할로겐화 탄화수소, 바람직하기로는 당업계에 알져진 바와 같은 세미-, 고도로- 또는 과-플루오르화된 탄화수소일 수 있다. 양자택일적으로, 유화제는 에멀젼 제조과정 중, 예를 들어 계면활성제 전구체를 촉매 용액의 화합물과 반응시킴으로써 제조될 수 있다. 상기 계면활성제 전구체는 예를 들어 알루미녹산(aluminoxane)과 같은 공촉매 성분과 반응하는, 고도로 플루오르화된 C₁ 내지 C₃₀ 알코올과 같은, 적어도 하나의 작용기를 가지는 할로겐화 탄화수소일 수 있다.

원칙적으로, 어떠한 응고 방법이라도 분산된 드로플릿으로부터 고체 입자를 형성하기 위하여 사용될 수 있다. 하나의 바람직한 구현예에 따르면, 응고는 온도 변화 처리에 의해 이루어진다. 이에 따라, 에멀젼은 10 ℃/min까지, 바람직하기로는 0.5 내지 6 ℃/min, 더욱 바람직하기로는 1 내지 5 ℃/min의 점진적인 온도 변화를 겪게 한다. 더욱더 바람직하기로는, 에멀젼은 10 초 이하, 바람직하기로는 6 초 이하 이내에서 40 ℃ 이상, 바람직하기로는 50 ℃ 이상의 온도 변화를 겪게 한다.

회수된 입자는 바람직하기로는 5 내지 200 ㎛, 더욱 바람직하기로는 10 내지 100 ㎛의 평균 크기 범위를 갖는다.

또한, 응고된 입자의 형태는 바람직하기로는 구형이며, 일정한 입자 크기 분포를 가지고, 상기한 바와 같은 바람직하기로는 25 ㎡/g 이하, 더욱 바람직하기로는 20 ㎡/g 이하, 더욱더 바람직하기로는 15 ㎡/g 이하, 더더욱 바람직하기로는 10 ㎡/g 이하, 가장 바람직하기로는 5 ㎡/g 이하의 표면적을 가지며, 이때 상기 입자는 상기에서 기술한 바와 같은 공정에 의해 제조된다.

연속상 및 분산상 시스템, 에멀젼 형성 방법, 유화제 및 응고 방법의 추가적인 상세한 사항, 구현예 및 실시예에 대하여는, 예를 들어 상기에서 인용된 국제특허출원 WO 03/051934를 참고한다.

상기에서 언급한 바와 같이, 촉매 시스템은, 본 명세서에 참고문헌으로서 포함되는 WO 03/051934에 기술된 바와 같이, 공촉매로서 활성화제(activator)를 추가로 포함할 수 있다.

만일 요구된다면, 메탈로센 및 비-메탈로센을 위한 공촉매로서 알루미녹산, 특별히 C₁-C₁₀-알킬알루미녹산, 가장 특별하게는 메틸알루미녹산 (MAO)이 바람직하다. 이러한 알루미녹산은 단일의 공촉매로서 또는 다른 공촉매와 함께 사용될 수 있다. 따라서, 알루미녹산 이외에 또는 이에 더하여, 촉매 활성화제를 형성하는 다른 양이온 복합체가 사용될 수 있다. 상기 활성화제는 상업적으로 입수 가능하거나, 선행 문헌에 따라 제조될 수 있다.

더 나아가, 알루미녹산 공촉매는 특히, 참고문헌으로서 본 명세서에 포함되는 WO 94/28034에 기재되어 있다. 이들은 40 까지의, 바람직하기로는 3 내지 20의 -(Al(R"')O)- 반복 단위 (이때, R"'은 수소, C₁-C₁₀-알킬 (바람직하기로는 메틸) 또는 C₆-C₁₈-아릴 또는 이들의 혼합물임)를 가지는 선형 또는 고리형 올리고머이다.

이러한 활성화제의 이용과 양은 당업계에 알려진 것이다. 일 예로서, 붕소 활성화제의 경우, 5:1 내지 1:5, 바람직하기로는 2:1 내지 1:2, 이를 테면 1:1과 같은 붕소 활성화제에 대한 전이 금속의 비로 사용될 수 있다. 메틸알루미녹산 (MAO)과 같은, 바람직한 알루미녹산의 경우에, 알루미녹산에 의해 제공되는, Al의 양은, Al:전이금속의 몰비가 예를 들어 1 내지 10 000, 적합하기로는 5 내지 8000, 바람직하기로는 10 내지 7000, 예를 들어 100 내지 4000, 이를 테면 1000 내지 3000의 범위 내로 제공되도록 선택될 수 있다. 전형적으로, 고체[이종의(heterogeneous)] 촉매의 경우에, 그 비(ratio)는 바람직하기로는 500 이하이다.

그러므로, 본 발명의 촉매에서 사용되는 촉매의 양은 변화 가능하며, 당업자에게 잘 알려져 있는 선택된 조건 및 특별한 전이 금속 화합물에 의해 좌우된다.

유기전이 화합물을 포함하는 용액 내에 함유되기 위한 어떠한 추가적인 성분들이 상기 용액에 분산 단계 이전, 또는 양자택일적으로 이후에 첨가될 수 있다.

더 나아가, 본 발명은 본 발명에 따른 중합체, 특별히 폴리프로필렌의 제조를 위한 상기에서 정의된 촉매 시스템의 용도에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 상기에서 정의된 바와 같은 촉매 시스템을 사용함으로써 본 발명의 폴리프로필렌을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 더 나아가, 바람직하기로는 제조 온도는 60 ℃ 이상이다. 바람직하기로는, 상기 공정은 상기에서 정의된 바와 같은 멀티모달 폴리프로필렌을 얻기 위한 다-단계 공정이다.

다단계 공정은 또한 멀티모달 프로필렌 중합체를 제조하기 위한, 멀티존(multizone) 기체 상 반응기와 같은 알려진 벌크/기체 상 반응기를 포함한다.

바람직한 다단계 공정은 EP 0 887 379 또는 WO 92/12182에서와 같이 예를 들어 특허 문헌에서 기술된 덴마크의 보레알리스 에이/에스(Borealis A/S)에 의해 개발된[보르스타® 테크노로지(BORSTAR® technology)로서 알려진] 바와 같은, "루프-기체 상"-공정이다.

멀티모달 중합체는 예를 들어 WO 92/12182, EP 0 887 379 및 WO 97/22633에 기재된 몇몇의 공정들에 따라 제조될 수 있다.

본 발명에 따른 멀티모달 폴리프로필렌은 바람직하기로는 WO 92/12182에서 기재한 바와 같이 다-단계 반응 순서로 다-단계 공정을 이용하여 제조된다. 상기 문헌의 내용은 참고문헌으로서 본 명세서에 포함된다.

일련으로 연결된 두 개 이상의 반응기에서, 즉 다른 단계들 (a) 및 (b)에서 멀티모달, 특별히 바이모달의 폴리프로필렌이 제조되는 것은 이전에 알려져 있다.

바람직하기로는, 상기에서 정의된, 그리고 하기에서 추가적으로 정의되는 공정은 슬러리 중합, 더더욱 바람직하기로는 벌크 중합이다.

본 발명에 따라, 주요 중합 단계들은 슬러리 중합/기체 상 중합의 조합으로서 수행되는 것이 바람직하며, 더욱더 바람직하기로는 주요 중합 단계들은 벌크 중 합/기체 상 중합의 조합으로서 수행되는 것이 바람직하다.

벌크 중합은 바람직하기로는 이른바 루프 반응기 내에서 수행된다.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "슬러리 중합"은, 예를 들어 미립자의, 고형의 중합체(예를 들어 과립형의)가 액체 또는 중합 매질(polymerization medium) 내에서, 또는 액체/증기 중합 매질 내에서 형성되는, 적어도 두 개의 상을 수반하는 중합 공정을 의미한다. 본 명세서에서 기술하는 공정의 특정 구현예는 슬러리 중합, 예를 들어 중합 생성물이 고체인 공정이다. 이러한 공정에서의 중합 생성물(예를 들어 폴리프로필렌)은 바람직하기로는 중합 중 용융을 피하기에 충분히 높은 융점을 가져서, 이들은 많은 경우에 과립형 중합체로서 회수될 수 있다. 슬러리 중합은 용매(즉, 희석제로서 언급되어질 수도 있는)를 포함할 수 있거나, 또는 하기에서 언급되는 벌크 공정일 수 있다.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "벌크 공정"은, 중합 매질이 완전히 모노머로 이루어지거나 또는 본질적으로 모노머로 이루어지고, 예를 들어 마크로머(macromers) 및 중합체와 같은 발생된 중합의 어떠한 생성물이 용매를 포함하지 않거나(즉, 희석제가 존재하지 않는 것을 의미하기도 하는) 50 부피 퍼센트 이하, 바람직하기로는 훨씬 더 그 이하로 정의되는 소량의 용매를 포함하는, 중합 공정을 의미한다.

본 발명에 따른 멀티모달 폴리프로필렌을 제조하기 위하여, 가요성 모드(flexible mode)가 바람직하다. 이러한 이유로, 상기 조성물은 루프 반응기/기체 상 반응기의 조합을 이용하여 두 개의 주요 중합 단계로 제조되는 것이 바람직하 다.

선택적으로, 그리고 바람직하기로는, 상기 공정은 또한 중합 단계 (a)에 앞서 일어날 수 있는, 당업계에 알려진 전-중합 단계를 포함할 수 있다.

요구된다면, 추가적인 탄성중합체적(elastomeric) 코모노머 성분, 이른바 본 발명에서 정의된 바와 같은 에틸렌-프로필렌 러버 (EPR) 성분이, 상기에서 정의된 바와 같은 프로필렌 공중합체를 형성하기 위하여, 얻어진 프로필렌 중합체 안으로 혼합되어질 수 있다. 에틸렌-프로필렌 러버 (EPR) 성분은 바람직하기로는 기체 상 중합 단계 (b) 이후에 이어서 두 번째로 또는 하나 이상의 기체 상 반응기를 이용한 추가적인 기체 상 중합에서 제조될 수 있다.

공정은 바람직하기로는 연속적인 공정이다.

바람직하기로는, 상기에서 정의된 바와 같은 프로필렌 중합체를 제조하기 위한 공정에서, 단계 (a)의 벌크 반응기를 위한 조건은 하기와 같을 수 있다:

- 온도는 40 ℃ 내지 110 ℃, 바람직하기로는 60 ℃ 내지 100 ℃, 70 내지 90 ℃의 범위 내에 있고,

- 압력은 20 bar 내지 80 bar, 바람직하기로는 30 bar 내지 60 bar의 범위 내에 있으며,

- 수소가 알려진 바와 같이 몰질량(molar mass)을 조절하기 위하여 첨가될 수 있다.

이어서, 벌크 (bulk) 반응기(단계 a)로부터의 반응 혼합물은 기체 상 반응기, 즉 단계 (b)로 이동되며, 이에 따른 단계 (b)의 조건은 바람직하기로는 하기와 같다:

- 온도는 50 ℃ 내지 130 ℃, 바람직하기로는 60 ℃ 내지 100 ℃의 범위 내에 있고,

- 압력은 5 bar 내지 50 bar, 바람직하기로는 15 bar 내지 35 bar의 범위 내에 있으며,

체류 시간(residence time)은 두 반응기 영역(zones)에서 변화 가능하다. 프로필렌 중합체를 제조하기 위한 공정의 일 구현예에서, 벌크 반응기, 예를 들어 루프 내 체류 시간은 0.5 내지 5 시간, 예를 들어 0.5 내지 2 시간의 범위이고, 기체 상 반응기 내 체류 시간은 일반적으로 1 내지 8 시간이 될 것이다.

요구된다면, 중합은 벌크, 바람직하기로는 루프 반응기 내에서 초임계 조건 하에서 및/또는 기체 상 반응기 내 응축 모드(condensed mode)로서 공지의 방식으로 이루어질 수 있다.

상기의 본 발명의 공정 또는 이의 구현예는 본 발명 내에서 프로필렌 중합체 조성물을 제조하고 추가적으로 본 발명 내로 맞추기 위한, 예를 들어 중합체 조성물의 특성을 공지의 방식으로, 예를 들어 하기 공정 파라미터 중 하나 이상을 가지고, 조정하거나 제어할 수 있기 위한, 고도로 적합한 수단을 가능하게 한다: 온도, 수소 주입량, 코모노머 주입량, 예를 들어 기체 상 반응기 내 프로필렌 주입량, 촉매, 외부 공여체(external donor)의 타입 및 양(만일 사용된다면), 성분 간 스플 릿(split).

상기 공정은 상기에서 정의된 바와 같은 반응기-제조의(reactor-made) 프로필렌 중합체를 얻기 위한 매우 적합한 수단을 가능하게 한다.

이하, 본 발명을 실시예에 의하여 설명한다.

실시예

1. 정의/측정 방법

하기 용어의 정의 및 측정 방법은 달리 정의되지 않는 한, 상기 본 발명의 상세한 설명은 물론 이하 실시예에도 적용된다.

A. 펜타드 ( pentad ) 농도

본 명세서에서 펜타드 농도 분석으로도 언급되어지는, 메소(meso) 펜타드 농도 분석을 위하여, 어싸인먼트 분석(assignment analysis)이 T Hayashi, Pentad concentration, R. Chujo and T. Asakura, Polymer 29 138-43 (1988) 및 Chujo R, et al., Polymer 35 339 (1994)에 따라 수행된다.

B. 다-분지 지수

1. 실험 데이터 획득

중합체는 T=180 ℃에서 용융되고, 수반하는 실험에서 dε/dt=0.1, 0.3, 1.0, 3.0, 및 10 s^-1의 변형속도(deformation rate)로 이하에서 기술한 바와 같이 에스이알 유니버셜 테스팅 플랫폼(SER Universal Testing Platform)으로 신장시킨다(stretched). 미처리 데이터(raw data)를 획득하기 위한 방법은 Sentmanat et al., J. Rheol. 2005, Measuring the Transient Elongational Rheology of Polyethylene Melts Using the SER Universal Testing Platform 에 기재되어 있다.

실험 세트업( Experimental Setup )

티씨30 온도 제어 유닛(TC30 temperature control unit), 오븐 씨티티600(oven CTT600)(대류 및 방사 가열), 온도 센서를 갖춘 에스이알브이피01-025 신장 장치(SERVP01-025 extensional device) 및 소프트웨어 RHEO-PLUS/32 v2.66을 구비한, 파아르 피지카 엠씨알300(Paar Physica MCR300)이 사용된다.

시료 준비

안정화된 펠렛이 표본에 기포가 발생하지 않기 위한 충분한 압력에서 몰드(mould) 내에서 220 ℃로 압축 몰드되고(겔화 시간 3분, 압력 시간 3분, 총 몰딩 시간 3+3=6분), 실온으로 냉각된다. 이와 같이 준비된 0.7 mm 두께의 플레이트로부터, 10 mm의 너비 및 18 mm의 길이의 스트립(stripes)을 잘라낸다.

SER 장치의 체크

얇은 두께로 신장시킨 시료 상에 작용하는 작은 힘(low forces) 때문에, 장치의 어떠한 본질적인 마찰이 결과의 정확도를 저하시키므로 이를 피해야만 한다.

장치의 마찰을, 정확하고 올바른 측정에 요구되는, 5×10-3 mNm (밀리-뉴톤미터)의 역치 이하로 확실히 하기 위하여, 하기 체크 과정이 각 측정 전에 수행된다:

● 장치는 클램프(clamps) 존재 하에 시료 없이 최소 20 분 동안 테스트 온도 (180 ℃)로 조절되고,

● 0.3 s^-1에서의 표준 테스트가 테스트 온도 (180 ℃) 상에서 상기 장치를 이용하여 수행되며,

● 토크(torque)(mNm로 측정된)가 기록되고 시간에 대하여 플롯되며(plotted),

● 토크는 장치의 마찰이 허용가능한 낮은 범위 내에 있도록 확실히 하기 위하여 5×10^-3 mNm 의 값을 초과하여서는 안 된다.

실험 수행

장치는 클램프는 있으나 시료는 없이 테스트 온도(SER 장치에 부착된 서모커플(thermocouple)로 측정된 180 ℃)로 20 분 동안 가열된다. 이어서, 상기에서 기술한 바와 같이 준비된, 시료(0.7×10×18 mm)를 가열 장치(hot device) 안으로 클램프로 죄어 고정시킨다. 시료는, 실험이 시작되기 전, 2 분 +/- 20 초 동안 용융 되도록 한다.

비활성 대기 (질소) 하, 일정한 헨키 변형속도(Hencky strain rate)로 신장(stretching) 시험 중, 토크가 등온 조건에서(SER 장치에 부착된 서모커플로 측정되고 조절된) 시간의 함수로서 기록된다.

신장 후, 장치를 열고 신장된 필름(드럼 상에 감긴)을 검사한다. 균일한 신장(extension)이 요구된다. 시료의 신장이 균일한지 아닌지는 드럼 상에 신장된 필름의 형태로부터 시각적으로 판단될 수 있다. 테이프(tape)는 두 개의 드럼 상에 대칭적으로, 또한 표본의 상부 및 하부 절반이 대칭적으로 감겨야만 한다.

이로써 만일 대칭적인 신장이 확인된다면, 과도적 탄성중합체적 점도(transient elongational viscosity)가 하기에서 약술한 바와 같이 기록된 토크로부터 계산된다.

2. 평가

적용된 각각의 다른 변형속도(strain rate) dε/dt를 위하여, 결과적으로 얻은 인장응력 증가 함수(tensile stress growth function)η _E ⁺ (dε/dt, t)가 용융물의 변형 경화 거동(strain hardening behaviour)을 측정하기 위하여 전체 헨키 변형도(Hencky strain) ε에 대하여 플롯된다(도 1 참조).

1.0 내지 3.0의 헨키 변형도 범위에서, 인장응력 증가 함수η _E ⁺ 는 하기 함 수와 잘 일치될 수 있다:

상기 식에서, C₁ 및 C₂는 조정 변수(fitting variables)이다. 이러한 유도된 C₂는 용융물의 변형 경화 거동을 위한 측정법이며, 변형 경화지수(Strain Hardening Index SHI)라 불린다.

중합체 구조에 의존적으로, SHI는

- 변형 속도(strain rate)에 독립적일 수 있고(선형 물질, Y- 또는 H- 구조),

- 변형 속도(strain rate)에 따라 증가할 수 있다(단쇄-(short chain-), 고도-(hyper-) 또는 다-분지된(multi-branched) 구조).

이는 도 2에 도시하였다.

폴리에틸렌을 위하여, 선형 (HDPE), 단-쇄 분지 (LLDPE) 및 고도분지 구조 (LDPE)는 잘 알려져 있으며, 이에 따라 이들은 신장 점도(extensional viscosity) 상의 결과를 기반으로 구조적 분석을 도시하기 위하여 사용된다. 이들은, 변형 속도(strain rate)의 함수로서 이들의 변형-경화 거동의 변화에 관하여 Y 및 H-구조를 가진 폴리프로필렌과 비교된다(도 2 및 표 1 참조).

다른 변형 속도(strain rate)에서의 SHI의 측정은 물론, 알려진 중합체를 위한 다-분지 지수 (MBI)를 도시하기 위하여, 사슬 구조가 상기에서 기술한 분석 과정으로 조사된다.

첫 번째 중합체는, 부타디엔의 양으로 MFR을 조정함으로써 EP 879 830 ("A") 실시예 1에 따라 제조된 H- 및 Y-형의 폴리프로필렌 단일중합체이다. 이는 2.0 g/10min의 MFR230/2.16, 1950 MPa의 장력탄성률(tensile modulus) 및 0.7의 분지 지수(branching index) g'를 갖는다.

두 번째 중합체는, 당업계에 알려진 고압 공정으로 제조된, 상업적인 고도분지 LDPE, 보레알리스(Borealis) "B"이다. 이는 4.5의 MFR190/2.16 및 923 kg/m³의 밀도를 갖는다.

세 번째 중합체는, 당업계에 알려진 저압 공정으로 제조된, 단쇄 분지 LLDPE, 보레알리스(Borealis) "C"이다. 이는 1.2의 MFR190/2.16 및 919 kg/m³의 밀도를 갖는다.

네 번째 중합체는, 당업계에 알려진 저압 공정으로 제조된, 선형 HDPE, 보레알리스(Borealis) "D"이다. 이는 4.0의 MFR190/2.16 및 954 kg/m³의 밀도를 갖는다.

알려진 사슬 구조의 네 가지 물질은 0.10, 0.30, 1.0, 3.0 및 10 s^-1의 변형 속도(strain rate), 180 ℃에서 과도적 탄성중합체적 점도(transient elongational viscosity)의 측정 수단에 의하여 조사된다. 획득한 데이터(과도적 탄성중합체적 점도 대(versus) 헨키 변형도)를 언급된 변형 속도(strain rate) 각각에 대하여 하기 함수에 일치시킨다.

파라미터 c1 및 c2는, 헨키 변형도의 로그에 대한 과도적 탄성중합체적 점도의 로그를 플롯팅하고 최소자승법을 적용하여 상기 데이터의 선형 접합(linear fit)을 수행함으로써 얻어진다. 파라미터 c1은, 데이터 lg (η _E ⁺ ) 대(versus) lg (ε)의 선형 접합의 절편(intercept)으로부터 하기 식으로 계산되고,

c₂는 특정 변형 속도(strain rate)에서의 변형 경화지수 (SHI)이다.

이 과정은 모두 다섯 개의 변형 속도(strain rate)에서 수행되며, 이에 따라 SHI@0.1s^-1, SHI@0.3s^-1, SHI@1.0s^-1, SHI@3.0s^-1, SHI@10s^-1이 측정된다(도 1 및 표 1 참조).

SHI-값

dε/dt	Ig (dε/dt)	특성(Property )	Y 및 H 분지 PP	고도-분지 LDPE	단쇄 분지 LLDPE	선형 HDPE
dε/dt	Ig (dε/dt)	특성(Property )	A	B	C	D
0,1	-1,0	SHI@0.1s^-1	2,05	-	0,03	0,03
0,3	-0,5	SHI@0.3s^-1	-	1,36	0,08	0,03
1	0,0	SHI@1.0s^-1	2,19	1,65	0,12	0,11
3	0,5	SHI@3.0s^-1	-	1,82	0,18	0,01
10	1,0	SHI@10s^-1	2,14	2,06	-	-

SHI@1s ^-1 의 값에 의하여 측정된 변형 경화 거동으로부터, 두 그룹의 중합체 간에 이미 명확한 구별이 가능하다: 선형 및 단쇄 분지는 0.30보다 현저히 더 작은 SHI@1s ^-1 을 갖는다. 반면에, Y 및 H-분지는 물론 고도-(hyper-)분지된 물질은 0.30보다 현저히 더 큰 SHI@1s ^-1 을 갖는다.

0.10, 0.30, 1.0, 3.0 및 10 s^-1의 이들 다섯 변형 속도(strain rate)

에서의 변형 경화 지수 비교에서,

의 로그, lg(

)의 함수로서 SHI의 기울기는 다-분지를 위한 특징적인 측정법이다. 그러므로, 다-분지 지수 (MBI)는 SHI 대(versus) lg(

)의 선형 접합 커브의 기울기로부터 계산된다:

파라미터 c3 및 MBI는 헨키 변형 속도(strain rate)의 로그, lg(

)에 대한 SHI를 플롯팅하고 최소자승법을 적용하여 상기 데이터의 선형 접합을 수행함으로써 얻어진다. 도 2를 참조하라.

다-분지 지수 (MBI)

특성	Y 및 H 분지 PP	고도-분지 LDPE	단쇄 분지 LLDPE	선형 HDPE
특성	A	B	C	D
MBI	0,04	0,45	0,10	0,01

다-분지 지수 MBI는 이제, 0.05보다 작은 MBI를 보이는 Y- 또는 H-분지 중합체와, 0.15보다 큰 MBI를 보이는 고도-분지 중합체 간을 구별하게 한다. 더 나아가, 이는 0.10보다 더 큰 MBI를 갖는 단쇄 분지 중합체와 0.10보다 작은 MBI를 갖는 선형 물질 간을 구별하게 한다.

유사한 결과가 다른 폴리프로필렌을 비교할 때에도 관찰될 수 있다. 즉, 다소 고도로 분지된 구조를 갖는 폴리프로필렌은 각각 그들의 선형 대응물(counterparts)과 비교되는 더 높은 SHI 및 MBI-값을 갖는다. 고도-분지 폴리에틸렌과 유사하게, 새롭게 개발된 폴리프로필렌은 높은 정도의 분지(branching)를 보인다. 그러나, 본 발명에 따른 폴리프로필렌은, 알려진 고도-분지 폴리에틸렌과 비교하였을 때, SHI 및 MBI-값에서 명확히 구별된다. 이러한 이론에 제한됨이 없이, 다른 SHI 및 MBI-값은 다른 분지 구조의 결과라는 것으로 여겨진다. 이러한 이유로, 새롭게 발견된 본 발명에 따른 분지 폴리프로필렌은 다-분지로서 지명된다.

변형 경화 지수 (SHI) 및 다-분지 지수 (MBI) 모두를 비교하여, 사슬 구조는 표 3에 표시된 바와 같이 평가될 수 있다.

다양한 사슬 구조를 위한 변형 경화 지수 (SHI) 및 다-분지 지수 (MBI)

특성	Y 및 H 분지	고도-분지/다-분지	단쇄 분지	선형
SHI@1.0s^-1	>0.30	>0.30	≤0.30	≤0.30
MBI	≤0.10	>0.10	≤0.10	≤0.10

C. 추가적인 측정 방법

입자 크기 분포: 입자 크기 분포는 매질로서 n-헵탄을 이용하여 실온에서 코울터 카운터 엘에스 200(Coulter Counter LS 200)으로 측정된다.

NMR

NMR -분광법 측정:

폴리프로필렌의 ¹³C-NMR 스펙트럼이, 1,2,4-트리클로로벤젠(1,2,4-trichlorobenzene)/벤젠(benzene)-d6 (90/10 w/w)에 녹인 시료로부터 130 ℃에서 브루커 400메가헤르츠 분광기(Bruker 400MHz spectrometer) 상에서 기록되었다. 펜타드 분석을 위하여, 어싸인먼트(assignment)가 문헌에 기재된 방법에 따라 수행된다: (T. Hayashi, Y. Inoue, R. Chujo, and T. Asakura, Polymer 29 138-43 (1988) 및 Chujo R, et al, Polymer 35 339 (1994).

NMR-측정은 당업계에 알려진 방식으로 mmmm 펜타드 농도를 측정하기 위하여 사용되었다.

수평균 분자량 ( M _n ), 중량 평균 분자량 ( M _w ) 및 분자량 분포 ( MWD )는 온라인 점도계(online viscometer)가 구비된 와터스 알리안스 지피시비 2000(Waters Alliance GPCV 2000) 기기를 이용하여 크기 배제 크로마토그래피(size exclusion chromatography (SEC))에 의해 측정된다. 오븐 온도는 140 ℃이다. 트리클로로벤젠이 용매로 사용된다(ISO 16014).

융점( melting temperature ) Tm , 결정화 온도 Tc , 및 결정도( degree of crystallinity): 5-10 mg 시료 상에서 메틀러 티에이820(Mettler TA820) 시차주사열량측정법(differential scanning calorimetry)(DSC)으로 측정된다. 결정화 및 용융 커브 모두, 30 ℃ 내지 225 ℃ 사이에서 10 ℃/min으로 냉각 및 가열 스캔(scans) 중 얻어졌다. 용융 및 결정화 온도는 흡열(endotherms) 및 발열(exotherms) 피크로서 얻어졌다.

또한, 용융- 및 결정화 엔탈피 ( Hm 및 Hc)는 ISO 11357-3에 따른 DSC 방법에 의하여 측정되었다.

MFR ₂ : ISO 1133 (23O ℃, 2.16 kg 하중(load))에 따라 측정된다.

고유 점도: DIN ISO 1628/1, October 1999 (135 ℃, 데칼린(Decalin) 내에서)에 따라 측정된다.

코모노머 함량은 ¹³C-NMR으로 교정된, 푸리에 변환 적외선 분광법(Fourier transform infrared spectroscopy)(FTIR)으로 측정된다. 폴리프로필렌 내 에틸렌의 함량을 측정할 때, 시료의 얇은 필름(두께 대략 250 mm)을 열간 프레스(hot-pressing)를 통해 준비하였다. -CH₂- 흡수 피크의 영역(800-650 cm^-1)이 페르킨 엘머 FTIR 1600 분광기(Perkin Elmer FTIR 1600 spectrometer)로 측정되었다. 상기 방법은 ¹³C-NMR에 의해 측정된 에틸렌 함량 데이터에 의해 교정되었다.

다공도 ( Porosity ): DIN 66135에 따라 측정된다.

표면적: ISO 9277에 따라 측정된다.

3. 실시예

실시예 1 (비교)

실리카 지지(supported) 메탈로센 촉매 (I)를 WO 01/48034 (실시예 27)에 따라 준비하였다. 지지체의 다공도는 1.6 ml/g이다. 비대칭 메탈로센 디메틸실란디일 [(2-메틸-(4'-터트부틸)-4-페닐-인데닐)(2-이소프로필-(4'-터트부틸)-4-페닐-인데닐)]지르코늄 디클로라이드(asymmetric metallocene dimethylsilandiyl [(2-methyl-(4'-tert.butyl)-4-phenyl-indenyl)(2-isopropyl-(4'-tert.butyl)-4-phenyl-indenyl)]zirkonium dichloride)가 사용되었다.

5 리터 스테인리스 스틸 반응기가 프로필렌 중합을 위하여 사용되었다. 110 g의 액체 프로필렌[보레알리스 중합 등급(Borealis polymerization grade)]을 반응기에 주입하였다. 0.2 ml의 트리에틸알루미늄 (100 %, 크롬프톤(Crompton)으로부터 구입)을 스캐빈저(scavenger)로서 주입하고, 3.7 mmol의 수소[품질(quality) 6.0, 아가(Aga)에 의해 공급된)를 사슬이동제(chain transfer agent)로서 주입하였다. 반응기 온도는 30 ℃로 조정하였다. 21 mg의 촉매를 질소 과압(overpressure)으로 반응기 안으로 쏟아 넣었다. 반응기를 대략 14 분의 기간 내에 60 ℃까지 가열하였다. 중합은 60 ℃에서 30 분 동안 지속되었고, 그 다음 프로필렌을 흘러 내보내고, 중합체를 건조하고 무게를 재었다.

중합체 수율은 182 g으로 측량되었다.

SHI@1s^-1는 0.29이었다. MBI는 0.04이었다. g'는 1.00이었다. 이는 선형 구조를 나타낸다. MFR₂₃₀ _/2. ₁₆는 7.9 g/10min이었다. 융점은 155 ℃이었다.

실시예 2 (비교)

촉매 (II)가 WO 03/051934의 실시예 5에 기재된 바와 같이 제조되었다.

5 리터 스테인리스 스틸 반응기가 프로필렌 중합을 위하여 사용되었다. 1100 g의 액체 프로필렌[보레알리스 중합 등급(Borealis polymerization grade)]을 반응기에 주입하였다. 0.1 ml의 트리에틸알루미늄 (100 %, 크롬프톤(Crompton)으로부터 구입)을 스캐빈저(scavenger)로서 주입하고, 15 mmol의 수소[품질(quality) 6.0, 아가(Aga)에 의해 공급된)를 사슬이동제(chain transfer agent)로서 주입하였다. 반응기 온도는 30 ℃로 조정하였다. 21 mg의 촉매를 질소 과압(overpressure)으로 반응기 안으로 쏟아 넣었다. 반응기를 대략 14 분의 기간 내에 70 ℃까지 가열하였다. 중합은 70 ℃에서 50 분 동안 지속되었고, 그 다음 프로필렌을 흘러 내보내고, 5 mmol의 수소를 주입한 뒤, 반응기 압력을 (가스의-) 프로필렌을 주입함으로써 20 bars까지 증가시켰다. 중합이 210 분 동안 기체-상에서 지속되었고, 그 다음 반응기를 증발시키고(flashed), 중합체를 건조한 다음 무게를 재었다.

중합체 수율은, 36,9 kg_PP/g_catalyst의 생산성(productivity)과 동일한, 790 g으로 측량되었다.

SHI@1s^-1는 0.15이었다. MBI는 0.12이었다. g'는 0.95이었다. 이는 단쇄 분지 구조 (SCB)를 나타낸다.

실시예 3 (본 발명)

비대칭 메탈로센 디메틸실란디일 [(2-메틸-(4'-터트부틸)-4-페닐-인데닐)(2-이소프로필-(4'-터트부틸)-4-페닐-인데닐)]지르코늄 디클로라이드(asymmetric metallocene dimethylsilandiyl [(2-methyl-(4'-tert.butyl)-4-phenyl-indenyl)(2-isopropyl-(4'-tert.butyl)-4-phenyl-indenyl)]zirkonium dichloride)를 사용하면서, 비-지지(support-free) 촉매 (III)을 WO 03/051934의 실시예 5에 기재되어 있는 바와 같이 제조하였다.

5 리터 스테인리스 스틸 반응기가 프로필렌 중합을 위하여 사용되었다. 1100 g의 액체 프로필렌[보레알리스 중합 등급(Borealis polymerization grade)]을 반응기에 주입하였다. 0.1 ml의 트리에틸알루미늄 (100 %, 크롬프톤(Crompton)으로부터 구입)을 스캐빈저(scavenger)로서 주입하고, 3.7 mmol의 수소[품질(quality) 6.0, 아가(Aga)에 의해 공급된)를 사슬이동제(chain transfer agent)로서 주입하였다. 반응기 온도는 30 ℃로 조정하였다. 20 mg의 촉매를 질소 과압(overpressure)으로 반응기 안으로 쏟아 넣었다. 반응기를 대략 14 분의 기간 내에 70 ℃까지 가열하였다. 중합은 70 ℃에서 30 분 동안 지속되었고, 그 다음 프로필렌을 흘러 내보내고, 중합체를 건조한 다음 무게를 재었다.

중합체 수율은 =390 g으로 측량되었다.

SHI@1s^-1는 0.55이었다. MBI는 0.32이었다. g'는 0.70이었다. MFR은 10.7이었다. 이는 다-분지 구조를 나타낸다. 추가적인 데이터를 표 4 및 도 4에 나타내었다.

실시예 4 (본 발명)

실시예 3과 같이 동일한 촉매 (III)이 사용되었다.

5 리터 스테인리스 스틸 반응기가 프로필렌 중합을 위하여 사용되었다. 1100 g의 액체 프로필렌 + 50 g의 에틸렌 [보레알리스 중합 등급(Borealis polymerization grade)]을 반응기에 주입하였다. 0.1 ml의 트리에틸알루미늄 (100 %, 크롬프톤(Crompton)으로부터 구입)을 스캐빈저(scavenger)로서 주입하고, 7.5 mmol의 수소[품질(quality) 6.0, 아가(Aga)에 의해 공급된)를 사슬이동제(chain transfer agent)로서 주입하였다. 반응기 온도는 30 ℃로 조정하였다. 21 mg의 촉매를 질소 과압(overpressure)으로 반응기 안으로 쏟아 넣었다. 반응기를 대략 14 분의 기간 내에 70 ℃까지 가열하였다. 중합은 70 ℃에서 30 분 동안 지속되었고, 그 다음 프로필렌을 흘러 내보내고, 중합체를 건조한 다음 무게를 재었다. 전체 에틸렌 함량은 4.2 wt%이었다. 융점은 125.6 ℃이었다.

중합체 수율은 258 g으로 측량되었다.

SHI@1s^-1는 0.66이었다. MBI는 0.28이었다. g'는 0.70이었다. MFR은 8.6이었다. 이는 다-분지 구조를 나타낸다. 추가적인 데이터를 표 4 및 도 4에 나타내었다.

결과

특성	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4
촉매	I	II	III	III
다공도 [ml/g]	1.6	비다공성 (Non porous)	비다공성	비다공성
중합체 타입	단일중합체	단일중합체	단일중합체	공중합체
MFR₂₃₀ _/2.16 [g/1Omin]	7.9	2.8	10.7	8.6
g'	1.0	0.95	0.7	0.7
SHI@0.1s^-1	-	-	0,14	0,34
SHI@0.3s^-1	0.24	0.22	0.50	0.40
SHI@1.0s^-1	0.29	0.15	0.55	0.66
SHI@3.0s^-1	0.17	0.28	0.66	0.71
SHI@10s^-1	0.34	0.38	-	-
MBI	0.04	0.12	0.32	0.28
구조	선형	SCB	다분지	다분지
mmmm	0.96	0.95	0.96	-
Tm [℃]	155	151	155	125.6

Claims

적어도 0.15의 다분지 지수(multi- branching index (MBI))를 가지는 폴리프로필렌:

상기에서, 다분산 지수(MBI)는 헨키 변형속도(Hencky strain rate)의 10을 밑으로 하는 로그 함수(lg (dε/dt))로서 변형 경화지수(strain hardening index (SHI))의 기울기로 정의되고,

이때 dε/dt는 변형속도(deformation rate)이며,

ε는 헨키 변형도(Hencky strain)이고,

변형 경화지수(SHI)는 180 ℃에서 측정되며,

상기 변형 경화지수(SHI)는 1 내지 3의 헨키 변형도 범위에서 헨키 변형도의 10을 밑으로 하는 로그 함수(Ig (ε))로서, 인장응력 증가 함수(tensile stress growth function)의 10을 밑으로 하는 로그(lg (η _E ⁺)의 기울기로 정의된다.
제 1항에 있어서, 상기 폴리프로필렌은 1.00 이하의 분지 지수(branching index) g'를 갖는 폴리프로필렌.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 폴리프로필렌은, 180 ℃의 온도에서 1.00 s^-1의 변형속도(dε/dt)로 측정되어진, 적어도 0.30의 변형 경화지수(strain hardening index) (SHI@1s^-1)를 갖는 폴리프로필렌.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리프로필렌은 0.01 내지 1000.00 g/10 min의 범위의, 230 ℃에서 측정된, 용융 흐름 속도는 MFR₂를 갖는 폴리프로필렌.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리프로필렌은 90% 이상의 mmmm 펜타드 농도를 갖는 폴리프로필렌.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리프로필렌은 적어도 125 ℃의 융점 Tm을 갖는 폴리프로필렌.
제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리프로필렌은 멀티모달(multimodal)인 폴리프로필렌.
제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리프로필렌은 프로필렌 단일중합체인 폴리프로필렌.
제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리프로필렌은 프로필렌 공중합체인 폴리프로필렌.
제 9항에 있어서, 코모노머는 에틸렌인 폴리프로필렌.
제 9항 또는 제 10항에 있어서, 프로필렌 공중합체 내 코모노머의 전체 양은 30 wt%까지인 폴리프로필렌.
제 9항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로필렌 공중합체는 폴리프로필렌 매트릭스 및 에틸렌-프로필렌 러버 (EPR)을 포함하는 것인, 폴리프로필렌.
제 12항에 있어서, 프로필렌 공중합체 내 에틸렌-프로필렌 러버 (EPR)는 70 wt%까지인 폴리프로필렌.
제 12항 또는 제 13항에 있어서, 에틸렌-프로필렌 러버 (EPR)는 50 wt%까지의 에틸렌 함량을 갖는 것인, 폴리프로필렌.
제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리프로필렌은 비대칭 촉매를 포함하는 촉매 시스템의 존재 하에 제조되고, 상기 촉매 시스템은 1.40 ml/g 이하의 다공도를 갖는 것인, 폴리프로필렌.
제 15항에 있어서, 비대칭 촉매는, 디메틸실란디일 [(2-메틸-(4'-터트부틸)-4-페닐-인데닐)(2-이소프로필-(4'-터트부틸)-4-페닐-인데닐)]지르코늄 디클로라이드(dimethylsilandiyl [(2-methyl-(4'-tert.butyl)-4-phenyl-indenyl)(2-isopropyl-(4'-tert.butyl)-4-phenyl-indenyl)]zirkonium dichloride)인, 폴리프로필렌.