KR20090063799A - Supported hybrid metallocene catalyst, method for preparing the same, and the method for preparing polyolefin using the supported hybrid metallocene catalyst - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 혼성 담지 메탈로센 촉매, 이의 제조방법 및 상기 혼성 담지 메탈로센 촉매를 이용한 폴리올레핀의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a hybrid supported metallocene catalyst, a method for preparing the same, and a method for producing a polyolefin using the hybrid supported metallocene catalyst.
메탈로센 촉매계는 4족 금속을 중심으로 한 전이금속 화합물이 주성분인 주촉매와 알루미늄이 주성분인 유기금속 화합물인 조촉매의 조합으로 이루어진다. 이와 같은 촉매의 단일 활성점 특성에 따라 분자량 분포가 좁은 고분자가 제조될 수 있다. The metallocene catalyst system comprises a combination of a main catalyst composed mainly of a transition metal compound centered on a Group 4 metal and a cocatalyst composed of an organometallic compound composed mainly of aluminum. A polymer having a narrow molecular weight distribution can be prepared according to the single active site characteristic of such a catalyst.
폴리올레핀의 분자량 및 분자량 분포는 고분자의 물리적 특성, 고분자의 가공성에 영향을 미치는 유동 및 기계적 특성을 결정하는데 중요한 인자가 된다. 다양한 폴리올레핀 제품을 만들기 위해서는 분자량 분포 조절을 통하여 용융가공성을 향상시키는 것이 중요한 인자이다(C.A. Sperat, W.A. Franta, H.W. Starkweather Jr., J. Am. Chem. Soc., 75, 1953, 6127). 특히 폴리에틸렌의 경우에 있어서는 질 김성(enhanced toughness), 강도(strength), 내환경응력저항특성(environmental stress cracking resistance, ESCR) 등이 매우 중요하게 적용된다. 따라서 이정 또는 넓은 분자량 분포를 가지는 폴리올레핀을 제조함으로써 고분자량의 수지에서 가지는 기계적인 물성과 저분자량 부분에서의 가공성을 향상시키는 방법이 제시되고 있다.The molecular weight and molecular weight distribution of polyolefins are important factors in determining the physical properties of polymers and the flow and mechanical properties that affect their processability. In order to make various polyolefin products, it is important to improve melt processability by controlling molecular weight distribution (C.A. Sperat, W. A. Franta, H. W. Starkweather Jr., J. Am. Chem. Soc., 75, 1953, 6127). Especially in the case of polyethylene, enhanced toughness, strength, environmental stress cracking resistance (ESCR) are very important. Therefore, a method of improving the mechanical properties and high processability in the low molecular weight portion of a high molecular weight resin by preparing a polyolefin having bimodal or broad molecular weight distribution has been proposed.
이정 및 넓은 분자량 분포를 가지는 폴리올레핀은 저분자량과 고분자량의 두 종류의 평균분자량을 함께 함유하는 고분자이다. 종래에는 이러한 분자량 분포를 가지는 고분자를 합성하기 위하여 많은 시도가 있었는데 대체적으로 세 가지로 요약할 수 있다.Polyolefins having bimodal and broad molecular weight distributions are polymers containing both average molecular weights of low molecular weight and high molecular weight. In the past, many attempts have been made to synthesize a polymer having such a molecular weight distribution.
첫째의 예는 후 반응을 시키거나 용융혼합을 통하여 분자량이 서로 다른 폴리올레핀을 제조하는 방법이 고안되었다(미국특허 제4,461,873호). 그러나 이와 같은 물리적인 혼합은 추가 생산 비용이 많이 소요될 뿐만 아니라 혼합하는 두 고분자의 상용성의 문제로 많은 양의 겔을 함유하기 때문에 용기를 비롯한 필름 등과 같은 용도로는 사용이 불가능하다.In the first example, a method of preparing polyolefins having different molecular weights through post-reaction or melt mixing has been devised (US Pat. No. 4,461,873). However, such physical mixing is not only expensive to produce additional production costs, but also contains a large amount of gel due to the compatibility of the two polymers to be mixed, it is impossible to use for applications such as film and container.
둘째의 예는 두 개 이상의 다단 반응기를 도입하여 각 반응기에서 수소, 공단량체 주입량 등의 반응 조건을 변화시켜 서로 다른 분자량을 유도하여 원하는 정도의 넓은 분자량 분포 또는 이정 분자량 분포를 갖는 폴리에틸렌을 제조하는 방법이다(C.A. Sperat, W.A. Franta, H.W. Starkweather Jr., J. Am. Chem. Soc., 75, 1953 6127, N. Kurod a, Y. Miyazaki, K. Matsumura, K. Jubo, M. Miyashi and T. Horie, 1979 Ger. 28,856,548). 이와 같은 방법은 상기에서 설명한 겔 발생 등과 같은 문제를 해결할 수는 있으나, 공정 운전의 어려움과 운전단가가 높아 경제적인 측면에서 바람직하지 못하다.In the second example, two or more multistage reactors are introduced to change the reaction conditions such as hydrogen and comonomer injection amount in each reactor to induce different molecular weights to produce polyethylene having a broad molecular weight distribution or bimodal molecular weight distribution as desired. (CA Sperat, WA Franta, HW Starkweather Jr., J. Am. Chem. Soc., 75, 1953 6127, N. Kurod a, Y. Miyazaki, K. Matsumura, K. Jubo, M. Miyashi and T. Horie, 1979 Ger. 28,856,548). Such a method can solve problems such as gel generation as described above, but it is not preferable in terms of economics because of difficulty in operation and high operation cost.
셋째의 예는 상기 두 가지 예보다 더 유용한 전략으로서, 단일 반응기내에서 서로 다른 두 가지 촉매를 혼합하거나 하나의 담체에 두 가지 이상의 촉매를 도입하여 중합하는 방법이다. The third example is a more useful strategy than the two examples above, in which two different catalysts are mixed in a single reactor or two or more catalysts are introduced into one carrier to polymerize.
고분자의 분자량 분포를 조절하기 위한 종래의 방법들은 대체적으로 촉매를 제조할 때 두 가지 이상의 여러 가지 금속을 사용하여 다중 금속의 착물을 형성하고, 각각의 금속 촉매 성분의 활성점 조작에 의해 분자량 분포를 개선하는 것이다. 대부분의 특허 및 문헌에서는 하나의 담체에 메탈로센 화합물과 지글러-나타 계열의 티타늄금속 화합물의 혼성담지에 관하여 언급하고 있다(미국특허 제6,444,605 B1호, 미국특허 제6,399,531 B1호, 미국특허 제6,417,129 B2호, 미국특허 제6,399,723 B1호, 미국특허 제5,614,456호, 한국 공개특허공보 제1988-045993호, 한국 공개특허공보 제1998-045994호, 한국 공개특허공보 제1999-022334호, 한국 공개특허공보 제2000-0042620호).Conventional methods for controlling the molecular weight distribution of polymers generally form complexes of multiple metals using two or more different metals when preparing a catalyst, and the molecular weight distribution is controlled by manipulating the active site of each metal catalyst component. To improve. Most patents and documents refer to the hybrid support of a metallocene compound and a Ziegler-Natta series of titanium metal compounds in one carrier (US Pat. No. 6,444,605 B1, US Pat. No. 6,399,531 B1, US Pat. No. 6,417,129). B2, US Pat. No. 6,399,723 B1, US Pat. No. 5,614,456, Korean Unexamined Patent Publication No. 1988-045993, Korean Unexamined Patent Publication No. 1998-045994, Korean Unexamined Patent Publication No. 1999-022334 2000-0042620).
이러한 방법에 의해 제조된 폴리올레핀은 지글러-나타와 메탈로센 촉매의 특 이한 중합특성에 의해 고분자의 물성에 한계가 있다. 예를 들면 메탈로센 촉매는 지글러-나타 촉매에 비해 촉매의 리간드 구조를 변형시키거나, 중합조건에 조절하여 최종적으로 생성되는 고분자의 입체규칙도, 공중합 특성, 분자량, 결정화도 등을 여러 가지로 변화시킬 수 있는 특성을 가지고 있다.The polyolefin prepared by this method has a limitation in the physical properties of the polymer due to the specific polymerization characteristics of Ziegler-Natta and metallocene catalyst. For example, metallocene catalysts have various modifications to the stereoregularity, copolymerization properties, molecular weight, crystallinity, etc. of the resulting polymer by modifying the ligand structure of the catalyst or controlling the polymerization conditions compared to the Ziegler-Natta catalyst. It has the characteristics to make it possible.
따라서, 서로 특이한 성질을 가지는 메탈로센 촉매를 혼합하여 사용함으로써 분자량 분포, 입체규칙성, 공중합특성 등의 원하는 성질을 가지는 폴리올레핀을 생산 할 수 있다. Therefore, it is possible to produce a polyolefin having desired properties such as molecular weight distribution, stereoregularity, copolymerization properties by using a mixture of metallocene catalysts having specific properties with each other.
이와 같이 메탈로센 촉매를 이용해서 이정 또는 넓은 분자량 분포를 가지는 폴리올레핀의 제조는 일반적으로 각각의 다른 성장속도와 중합정지속도 상수를 가지는 서로 다른 두 개의 메탈로센 촉매계를 이용하는 방법이 제안되고 있다(J. A. Ewen, Stud., Surf. Sci. amp; Catal. vol. 1986 25, 미국특허 제6,384,161 B1호). As described above, the production of polyolefins having bimodal or broad molecular weight distributions using metallocene catalysts is generally proposed using two different metallocene catalyst systems having different growth rates and polymerization stop rate constants. JA Ewen, Stud., Surf.Sci.amp; Catal. Vol. 1986 25, US Pat. No. 6,384,161 B1).
또한 독일의 카민스키(Kaminsky) 교수 그룹은 Cp2ZrCl2-Cp2HfCl2-MAO 촉매계를 비롯한 서로 다른 두 가지 균일계 메탈로센 촉매 하에서 에틸렌 중합을 수행한 결과 분자량 분포도(Mw/Mn)가 균일계의 1.9 내지 2.3 정도에 비해서 4.1 내지 10.0 정도로 넓어졌음을 보고하였다(A. Ahlers, W. Kaminsky, Makromol. Chem., Rapid Commun., 9, 1988 457). In addition, the Kaminsky group of professors in Germany carried out ethylene polymerization under two different homogeneous metallocene catalysts, including the Cp 2 ZrCl 2 -Cp 2 HfCl 2 -MAO catalyst system, resulting in a uniform molecular weight distribution (Mw / Mn). It has been reported to be 4.1 to 10.0 wider than the 1.9 to 2.3 of the system (A. Ahlers, W. Kaminsky, Makromol. Chem., Rapid Commun., 9, 1988 457).
한편, 폴리올레핀을 생산하는 상업공정은 고압공정, 용액공정, 슬러리공정, 기상공정 등으로 분류할 수 있다. 메탈로센 촉매의 개발에 따라 이러한 공정을 그대로 사용하고 촉매만 바꾸어 새로운 제품을 생산하고자 하는 노력이 다방면에서 이루어지고 있다. 현재까지 메탈로센 촉매에 가장 많이 적용되고 있는 공정으로는 용액 공정, 기상 공정, 슬러리 공정 등을 들 수 있다. 이중에서 기상 공정이나 슬러리 공정에서는 반응기의 단위 부피당 생산량을 증대시키기 위해 중합체의 겉보기 밀도를 조절해야 하며, 지속적인 운전을 위해 중합체가 반응기의 벽면에 엉겨 붙어 일어나는 파울링(fouling) 문제를 해결해야 하는 과제를 안고 있다. 겉보기 밀도를 증가시키고 파울링 문제를 해결하기 위한 방법으로 가장 많이 적용되는 것이 균일계 메탈로센 촉매를 실리카, 알루미나 등과 금속산화물과 같은 고체 담체에 고정화하는 방법이다.Meanwhile, commercial processes for producing polyolefins may be classified into high pressure processes, solution processes, slurry processes, and gas phase processes. With the development of metallocene catalysts, efforts are being made to produce new products using these processes as they are and changing only catalysts. Processes most commonly applied to metallocene catalysts to date include solution processes, gas phase processes, slurry processes, and the like. In the gas phase process or slurry process, the apparent density of the polymer must be controlled to increase the yield per unit volume of the reactor, and the problem of fouling caused by the polymer being entangled on the wall of the reactor for continuous operation is to be solved. Is holding. The most widely used method for increasing the apparent density and solving the fouling problem is to immobilize a homogeneous metallocene catalyst on a solid carrier such as silica, alumina and the like.
이들 담체 중에서 가장 많이 사용되고 있는 실리카의 경우, 고온에서 건조하면 표면의 하이드록실기가 물로 제거되면서 하기 반응식 1과 같은 실록산기가 생성된다. 건조 온도가 200 내지 500 ℃ 인 경우는 쉽게 제거될 수 있는 하이드록실기(-OH)가 물로 가역적으로 제거되어 반응성이 작은 실록산기가 생성되나, 건조 온도가 600 ℃ 이상일 경우는 제거되기 어려운 하이드록실기까지 강제적으로 물로 제거되면서 링 스트레인이 크고 반응성이 매우 큰 실록산기가 생성된다는 사실이 보고되었다(I-S. Chuang and G. E. Maciel, Journal of American Chemical Society, 118, 1996, 401). 이와 같이 600 ℃ 이상에서 건조되어 생성된 반응성이 큰 실록산기는 하기 반응식 1과 같이 알콕시 실란기와 반응하다는 것이 보고되었다(J. Blmel, Journal of American Chemical Society, 117, 1995, 2112; L. H. Dubois, Journal of American Chemical Society, 115, 1993, 1190). In the case of silica, which is most used among these carriers, drying at a high temperature removes the hydroxyl groups on the surface with water to produce siloxane groups as shown in Scheme 1 below. When the drying temperature is 200 to 500 ° C, hydroxyl group (-OH) which can be easily removed is reversibly removed with water to form a less reactive siloxane group, but when the drying temperature is above 600 ° C, the hydroxyl group is difficult to remove. It has been reported that until the removal to the water by force, the ring strain is large and highly reactive siloxane groups (IS. Chuang and GE Maciel, Journal of American Chemical Society, 118, 1996, 401). As such, highly reactive siloxane groups formed by drying at 600 ° C. or higher have been reported to react with alkoxy silane groups as in Scheme 1 (J. Blmel, Journal of American Chemical Society, 117, 1995, 2112; LH Dubois, Journal of American Chemical Society, 115, 1993, 1190).
(반응식 1) (Scheme 1)
상기 반응식에서 좌측은 일반 실리카이며, 중앙은 600 ℃ 이상에서 건조되어 생성된 반응성이 큰 실록산기를 가지고 있는 실리카이며, 우측은 알콕시 실란기가 반응되어 연결된 실리카이다.In the reaction scheme, the left side is general silica, the center is silica having a highly reactive siloxane group formed by drying at 600 ° C. or higher, and the right side is silica to which an alkoxy silane group is reacted and connected.
그러나 상기 문헌 및 특허에서는 단지 두 가지 촉매의 혼성에 의한 중합만이 제시되고 있으며, 분자량 분포와 고분자의 성질 등을 조절하기 위한 유기금속 화합물 선정, 및 균일계 촉매시스템에 대한 언급만 했을 뿐 기상 및 슬러리 공정에 적용 가능한 담지 촉매의 제조 등에서는 특이성을 찾아볼 수가 없다.However, in the above documents and patents, only polymerization by hybridization of two catalysts is proposed, and only mention of organometallic compounds selection and homogeneous catalyst system for controlling molecular weight distribution, polymer properties, etc. There is no specificity in the production of the supported catalyst applicable to the slurry process.
본 발명은 서로 다른 두 가지 메탈로센 화합물을 순차적으로 부가하여 제조한 혼성 담지 메탈로센 촉매, 이의 제조방법 및 상기 혼성 담지 메탈로센 촉매를 단일 중합반응기에 적용하여 용도별 가공성 및 물성이 향상된 폴리올레핀을 만들 수 있는 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention is a hybrid supported metallocene catalyst prepared by sequentially adding two different metallocene compounds, a preparation method thereof, and a polyolefin having improved processability and physical properties by applying the hybrid supported metallocene catalyst to a single polymerization reactor. Its purpose is to provide a manufacturing method that can be made.
본 발명은 (a) 제 1 메탈로센 화합물, (b) 제 2 메탈로센 화합물, (c) 조촉매 및 (d) 담체를 포함하는 혼성 담지 메탈로센 촉매를 제공한다.The present invention provides a hybrid supported metallocene catalyst comprising (a) a first metallocene compound, (b) a second metallocene compound, (c) a promoter and (d) a carrier.
또한, 본 발명은 (A) 담체에 제 1 메탈로센 화합물을 담지시켜 제 1 담지촉매를 제조하는 단계; (B) 상기 (A) 단계의 제 1 담지촉매에 조촉매를 접촉 반응시켜 활성화된 제 1 담지촉매를 제조하는 단계; 및 (C) 상기 B) 단계의 활성화된 제 1 담지촉매에 제 2 메탈로센 화합물을 담지시켜 제 1 메탈로센 화합물과 제 2 메탈로센 화합물이 담체에 담지된 폴리올레핀 중합용 담지촉매를 제조하는 단계를 포함하는 혼성 담지 메탈로센 촉매의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of (A) supporting the first metallocene compound on the carrier to prepare a first supported catalyst; (B) contacting the cocatalyst to the first supported catalyst of step (A) to prepare an activated first supported catalyst; And (C) supporting a second metallocene compound on the activated first supported catalyst of step B) to prepare a supported catalyst for polyolefin polymerization in which the first metallocene compound and the second metallocene compound are supported on a carrier. It provides a method for producing a hybrid supported metallocene catalyst comprising the step of.
또한, 본 발명은 상기 혼성 담지 메탈로센 촉매를 이용하여 올레핀계 단량체를 중합시키는 단계를 포함하는 폴리올레핀의 중합방법을 제공한다. In addition, the present invention provides a polymerization method of a polyolefin comprising the step of polymerizing an olefin monomer using the hybrid supported metallocene catalyst.
본 발명에 따른 혼성 담지 메탈로센 촉매는 서로 다른 두 가지 메탈로센 화합물이 순차적으로 부가되어 제조된 후, 단일 중합반응기에 적용되어 용도별 가공 성 및 물성이 향상된 폴리올레핀을 중합시키는데 사용될 수 있다.The hybrid supported metallocene catalyst according to the present invention may be prepared by adding two different metallocene compounds sequentially and then applying a single polymerization reactor to polymerize a polyolefin having improved processability and physical properties for each application.
본 발명에 따른 혼성 담지 메탈로센 촉매는 (a) 하기 화학식 1로 표시되는 제 1 메탈로센 화합물, (b) 하기 화학식 2로 표시되는 제 2 메탈로센 화합물, (c) 조촉매 및 (d) 담체를 포함하는 것을 특징으로 한다:The hybrid supported metallocene catalyst according to the present invention includes (a) a first metallocene compound represented by the following Chemical Formula 1, (b) a second metallocene compound represented by the following Chemical Formula 2, (c) a cocatalyst and ( d) comprising a carrier:
상기 화학식 1에서,In Chemical Formula 1,
M은 4족 전이 금속이고;M is a Group 4 transition metal;
(C5Ra)과 (C5Rb)은 서로 같거나 다를 수 있으며, 각각 독립적으로 수소, 알킬, 씨클로알킬, 아릴, 알케닐, 알킬아릴, 아릴알킬, 아릴알케닐 및 하이드로카빌 중에서 선택된 하나 이상으로 치환된 14 족 금속의 메탈로이드인 씨클로펜타디에닐 리간드, 또는 C5의 이웃하는 두 탄소원자가 하이드로카빌에 의해 연결되어 탄소수 4∼16의 고리를 하나 이상 만드는 씨클로펜타디에닐 리간드이며;(C 5 R a ) and (C 5 R b ) may be the same as or different from each other, and each independently selected from hydrogen, alkyl, cycloalkyl, aryl, alkenyl, alkylaryl, arylalkyl, arylalkenyl and hydrocarbyl Cyclopentadienyl ligand, which is a metalloid of a group 14 metal substituted with one or more, or a cyclopentadienyl ligand, in which two adjacent carbon atoms of C 5 are connected by hydrocarbyl to form one or more rings having 4 to 16 carbon atoms;
Q는 할로겐, 알킬, 알케닐, 아릴, 알킬아릴, 아릴알킬 및 알킬리덴 중에서 선택되고;Q is selected from halogen, alkyl, alkenyl, aryl, alkylaryl, arylalkyl and alkylidene;
p는 0 또는 1 이며; p is 0 or 1;
상기 화학식 2에 있어서, In Chemical Formula 2,
R1 내지 R7은 서로 같거나 다를 수 있고, 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 탄소수 1 내지 20의 알킬, 탄소수 6 내지 20의 아릴, 탄소수 2 내지 20의 알케닐, 탄소수 7 내지 20의 알킬아릴 또는 아릴알킬 및 하이드로카르빌 중에서 선택된 하나 이상으로 치환된 14족 금속의 메탈로이드 라디칼, 탄소수 1 내지 20의 알콕시 라디칼, 탄소수 6 내지 20의 아릴옥시 라디칼, 실릴 라디칼 및 아미노 라디칼로 이루어진 군으로부터 선택되며; R1 to R7 may be the same or different from each other, and each independently hydrogen, halogen, alkyl having 1 to 20 carbon atoms, aryl having 6 to 20 carbon atoms, alkenyl having 2 to 20 carbon atoms, alkylaryl or arylalkyl having 7 to 20 carbon atoms And a metalloid radical of a Group 14 metal substituted with at least one selected from hydrocarbyl, an alkoxy radical having 1 to 20 carbon atoms, an aryloxy radical having 6 to 20 carbon atoms, a silyl radical and an amino radical;
이들 중 2 이상은 탄소수 1 내지 20의 알킬 또는 탄소수 6 내지 20의 아릴을 포함하는 알킬리덴에 의하여 서로 연결되어 지방족 또는 방향족 고리를 형성할 수 있고; Two or more of them may be connected to each other by alkylidene including alkyl having 1 to 20 carbon atoms or aryl having 6 to 20 carbon atoms to form an aliphatic or aromatic ring;
CY1은 치환 또는 비치환된 지방족 또는 방향족 고리이며; CY1 is a substituted or unsubstituted aliphatic or aromatic ring;
상기 CY1에서 치환되는 치환기는 수소, 할로겐 라디칼, 탄소수 1 내지 20의 알킬 라디칼 및 탄소수 6 내지 20의 아릴 라디칼로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 치환기가 복수 개일 경우에는 상기 치환기 중에서 2개 이상의 치환기가 서로 연결되어 지방족 또는 방향족 고리를 형성할 수 있으며;The substituent substituted at CY1 is selected from the group consisting of hydrogen, a halogen radical, an alkyl radical having 1 to 20 carbon atoms and an aryl radical having 6 to 20 carbon atoms, and when there are a plurality of substituents, at least two substituents from each other are substituted with each other. Can be joined to form an aliphatic or aromatic ring;
M은 4족 전이금속이고;M is a Group 4 transition metal;
N은 질소이며;N is nitrogen;
Q1 및 Q2 는 서로 같거나 상이하고, 독립적으로 할로겐 라디칼, 탄소수 1 내지 20의 알킬 아미도 라디칼, 탄소수 6 내지 20의 아릴 아미도 라디칼, 탄소수 1 내지 20의 알킬 라디칼, 탄소수 2 내지 20의 알케닐 라디칼, 탄소수 6 내지 20의 아릴 라디칼, 탄소수 7 내지 20의 알킬아릴 또는 아릴알킬 라디칼, 및 탄소수 1 내지 20의 알킬리덴 라디칼로 이루어진 군으로부터 선택된다.Q1 and Q2 are the same as or different from each other, and are independently a halogen radical, an alkyl amido radical having 1 to 20 carbon atoms, an aryl amido radical having 6 to 20 carbon atoms, an alkyl radical having 1 to 20 carbon atoms, and an alkenyl having 2 to 20 carbon atoms. Radical, an aryl radical having 6 to 20 carbon atoms, an alkylaryl or arylalkyl radical having 7 to 20 carbon atoms, and an alkylidene radical having 1 to 20 carbon atoms.
이때, 상기 화학식 1로 표시되는 제 1 메탈로센 화합물의 Ra 및 Rb 중에 존재하는 적어도 어느 하나의 수소는 하기 화학식 a, 화학식 b 및 화학식 c로 표시되는 라디칼 중에서 어느 하나 이상으로 치환될 수 있다:In this case, at least one hydrogen present in R a and R b of the first metallocene compound represented by Chemical Formula 1 may be substituted with any one or more of radicals represented by Chemical Formula a, Chemical Formula b, and Chemical Formula c. have:
[화학식 a][Formula a]
상기 화학식 a에서, In Chemical Formula a,
Z는 산소 또는 황이고; Z is oxygen or sulfur;
R 및 R′는 서로 같거나 다를 수 있으며, 각각 독립적으로 수소, 알킬, 씨클로알킬, 아릴, 알케닐, 알킬아릴, 아릴알킬 및 아릴알케닐 중에서 선택되며, 두 개의 R′는 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있고; R and R ′ may be the same or different from each other, and each independently selected from hydrogen, alkyl, cycloalkyl, aryl, alkenyl, alkylaryl, arylalkyl and arylalkenyl, and two R ′ are linked to each other to form a ring Can form;
G는 알콕시, 아릴옥시, 알킬티오, 아릴티오, 페닐 및 치환된 페닐이며, R′와 연결되어 고리를 형성할 수 있으며; G is alkoxy, aryloxy, alkylthio, arylthio, phenyl and substituted phenyl and can be linked to R 'to form a ring;
Z가 황이면, G는 반드시 알콕시 또는 아릴옥시이고; If Z is sulfur, G is necessarily alkoxy or aryloxy;
G가 알킬티오, 아릴티오, 페닐, 또는 치환된 페닐이면, Z는 반드시 산소이고; If G is alkylthio, arylthio, phenyl, or substituted phenyl, Z is necessarily oxygen;
[화학식 b][Formula b]
상기 화학식 b에서, In Chemical Formula b,
Z는 산소 또는 황이고, 두 개의 Z 중 적어도 어느 하나는 산소 원자이며; Z is oxygen or sulfur and at least one of the two Z is an oxygen atom;
R 및 R″는 서로 같거나 다를 수 있으며, 각각 독립적으로 수소, 알킬, 씨클로알킬, 아릴, 알케닐, 알킬아릴, 아릴알킬 또는 아릴알케닐이며; R and R '' may be the same or different from each other, and are each independently hydrogen, alkyl, cycloalkyl, aryl, alkenyl, alkylaryl, arylalkyl or arylalkenyl;
R은 R″와 연결되어 고리를 형성할 수 있고; R may be linked to R ″ to form a ring;
두 개의 R″는 수소 라디칼이 아니면 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있으며; Two R ″ may be linked to each other to form a ring unless they are a hydrogen radical;
[화학식 c][Formula c]
상기 화학식 c에서,In Chemical Formula c,
R 및 R'''는 서로 같거나 다를 수 있으며, 각각 독립적으로 수소, 알킬, 씨클로알킬, 아릴, 알케닐, 알킬아릴, 아릴알킬, 또는 아릴알케닐이며;R and R '' ', which may be the same or different from each other, are each independently hydrogen, alkyl, cycloalkyl, aryl, alkenyl, alkylaryl, arylalkyl, or arylalkenyl;
인접한 두 개의 R'''는 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있고;Two adjacent R ′'s may be linked to each other to form a ring;
R 중에서 적어도 하나가 수소 라디칼이면, R'''는 모두 수소가 아니며, R''' 중에서 적어도 하나가 수소이면, R은 모두 수소가 아니다.If at least one of R is a hydrogen radical, then R '' 'are not all hydrogen, and if at least one of R' '' is hydrogen, then R is not all hydrogen.
구체적으로, 상기 화학식 2로 표시되는 제 2 메탈로센 화합물은 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 포함한다:Specifically, the second metallocene compound represented by Formula 2 includes a compound represented by Formula 3 below:
상기 화학식 3에서,In Chemical Formula 3,
R1 내지 R13은 상기 화학식 1의 R1 내지 R7의 정의와 같고, R1 to R13 is the same as the definition of R1 to R7 of Formula 1,
M, N, Q1 및 Q2는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같다.M, N, Q1 and Q2 are the same as defined in Chemical Formula 1.
구체적으로, 상기 화학식 2로 표시되는 제 2 메탈로센 화합물은 하기 구조들을 포함한다.Specifically, the second metallocene compound represented by Chemical Formula 2 includes the following structures.
상기 식들에서,In the above formulas,
R1 내지 R14 및 Q1과 Q2는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같다.R1 to R14 and Q1 and Q2 are as defined in the formula (1).
상기 화학식 2의 제 2 메탈로센 화합물은 페닐렌 브릿지에 고리 형태로 연결되어 있는 아미도 그룹이 도입된 시클로펜타디에닐 리간드에 의해 금속 자리가 연결되어 있어 구조적으로 Cp-M-N 각도는 좁고, 단량체가 접근하는 Q1-M-Q2 각도는 넓게 유지하는 특징을 가진다. 또한, 실리콘 브릿지에 의해 연결된 CGC 구조와는 달리 상기 화학식 2로 표시되는 화합물 구조에서는 고리 형태의 결합에 의해 Cp, 페닐렌 브릿지, 및 질소가 금속 자리와 함께 더욱 안정하고 단단한 5 각형의 링 구조로 이루어져 있다. 즉, 아미도기의 질소 원자가 페닐렌 브릿지와 고리 형태로 2개의 결합에 의해 연결되어 보다 견고한 착화합물 구조를 가지게 된다. In the second metallocene compound of Chemical Formula 2, the metal site is connected by a cyclopentadienyl ligand in which an amido group is linked to a phenylene bridge in a ring form, thereby structurally having a narrow Cp-MN angle, and a monomer. The Q1-M-Q2 angle approaching is characterized by keeping wide. In addition, unlike the CGC structure connected by the silicon bridge, in the compound structure represented by Formula 2, Cp, phenylene bridge, and nitrogen are more stable and rigid five-membered ring structure together with metal sites by ring-shaped bonds. consist of. That is, the nitrogen atom of the amido group is connected to the phenylene bridge by two bonds in the form of a ring to have a more complex complex structure.
따라서 이러한 제 2 메탈로센 화합물을 메틸알루미녹산 등과 같은 조촉매와 반응시켜 활성화한 다음에 올레핀 중합에 적용시, 높은 중합 온도에서도 고활성, 고분자량 및 고공중합성 등의 특징을 갖는 폴리올레핀을 생성하는 것이 가능하다. 특히, 촉매의 구조적인 특징상 비담지시 밀도 0.910 ~ 0.930 g/cc 수준의 선형 저밀도 폴리에틸렌뿐만 아니라 많은 양의 알파-올레핀이 도입 가능하기 때문에 밀도 0.910 g/cc 미만의 초저밀도 폴리올레핀 공중합체도 제조할 수 있다. Therefore, when the second metallocene compound is activated by reacting with a promoter such as methylaluminoxane and then applied to olefin polymerization, a polyolefin having characteristics such as high activity, high molecular weight and high copolymerization even at high polymerization temperature is produced. It is possible to. In particular, due to the structural characteristics of the catalyst, it is possible to prepare ultra low density polyolefin copolymers having a density of less than 0.910 g / cc because not only unsupported linear low density polyethylene having a density of 0.910 to 0.930 g / cc but also a large amount of alpha-olefin can be introduced. Can be.
또한, 시클로펜타디에닐 고리 및 퀴놀린계 고리에 다양한 치환체를 도입할 수 있는데, 이는 궁극적으로 금속 주위의 전자적, 입체적 환경을 쉽게 제어함으로써 생성되는 폴리올레핀의 구조 및 물성 등을 조절할 수 있다. 상기 화학식 2의 화합물은 올레핀 단량체의 중합용 촉매를 제조하는데 사용되는 것이 바람직하나 이에 한정되지는 않으며 기타 상기 전이 금속 화합물이 사용될 수 있는 모든 분야에 적용이 가능하다.In addition, various substituents may be introduced into the cyclopentadienyl ring and the quinoline ring, which ultimately control the structure and physical properties of the polyolefin produced by easily controlling the electronic and three-dimensional environment around the metal. The compound of Formula 2 is preferably used to prepare a catalyst for polymerization of olefin monomers, but is not limited thereto. In addition, the compound of Formula 2 may be applied to any field in which the transition metal compound may be used.
본 발명에 따른 혼성 담지 메탈로센 촉매에 포함되는 상기 (c) 조촉매는 주기율표에서 13족 금속, 예를 들어 Al, Ga, In, Tl 등을 포함하는 금속 화합물을 포함하는 것이 바람직하고, 하기 화학식 4로 표시되는 화합물을 포함하는 것이 더 바람직하다. 상기 (c) 조촉매로는 일반적인 메탈로센 촉매 하에 올레핀을 중합할 때 사용되는 조촉매를 사용할 수 있다. 이러한 조촉매를 담체에 담지시키면, 담체에 있는 하이드록시기와 상기 13족 금속 간에 결합이 생성되게 된다.The (c) promoter included in the hybrid supported metallocene catalyst according to the present invention preferably includes a metal compound containing a Group 13 metal, for example, Al, Ga, In, Tl, etc. in the periodic table. More preferably, the compound represented by the formula (4) is included. As the cocatalyst (c), a cocatalyst used when polymerizing an olefin under a general metallocene catalyst may be used. When the promoter is supported on the carrier, a bond is generated between the hydroxyl group on the carrier and the Group 13 metal.
상기 화학식 4에서, In Chemical Formula 4,
R15는 서로 같거나 다를 수 있으며, 각각 독립적으로 할로겐, 또는 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 하이드로카르빌이고, a는 2 이상의 정수이다.R 15 may be the same as or different from each other, and each independently represent a halogen or a hydrocarbyl having 1 to 20 carbon atoms unsubstituted or substituted with halogen, and a is an integer of 2 or more.
구체적으로, 상기 화학식 4로 표시되는 화합물은 메틸알루미녹산(MAO), 에틸알루미녹산, 이소부틸알루미녹산 및 부틸알루미녹산을 포함한다.Specifically, the compound represented by Chemical Formula 4 includes methyl aluminoxane (MAO), ethyl aluminoxane, isobutyl aluminoxane and butyl aluminoxane.
본 발명에 따른 혼성 담지 메탈로센 촉매에 포함되는 상기 (d) 담체는 표면에 하이드록시기를 함유하며, 상기 (d) 담체 표면의 하이드록시기 양은 0.1 내지 10 mmol/g이 바람직하며, 0.5 내지 1 mmol/g일 때 더욱 바람직하다. 상기 (d) 담체 표면에 있는 하이드록시기의 양은 담체의 제조방법 및 조건 또는 건조조건, 예컨대 온도, 시간, 진공 또는 스프레이 건조 등에 의해 조절될 수 있다.The carrier (d) included in the hybrid supported metallocene catalyst according to the present invention contains a hydroxyl group on the surface, and the amount of the hydroxyl group on the surface of the carrier (d) is preferably 0.1 to 10 mmol / g, and 0.5 to More preferred is 1 mmol / g. The amount of the hydroxyl group on the surface of the (d) carrier may be controlled by the method and conditions for preparing the carrier or by drying conditions such as temperature, time, vacuum or spray drying.
상기 하이드록시기의 양이 0.1 mmol/g 미만이면 조촉매와의 반응자리가 감소 하고, 10 mmol/g을 초과하면 실리카 입자 표면에 존재하는 하이드록시기 이외에 수분에서 기인한 것일 가능성이 있기 때문에 바람직하지 않다.If the amount of the hydroxy group is less than 0.1 mmol / g, the reaction site with the promoter decreases, and if the amount of the hydroxy group exceeds 10 mmol / g, it may be due to moisture other than the hydroxy group present on the surface of the silica particles. Not.
또한, 상기 d) 담체는 표면에 반응성이 큰 하이드록시기 및 실록산기를 함유하는 것이 바람직하다. 예컨대, 고온에서 건조된 실리카, 실리카-알루미나, 및 실리카-마그네시아 등이 담체로 사용될 수 있고, 이들은 통상적으로 Na2O, K2CO3, BaSO4, 및 Mg(NO3)2 등의 산화물, 탄산염, 황산염, 및 질산염 성분을 함유할 수 있다.In addition, the d) carrier preferably contains a highly reactive hydroxyl group and siloxane group on the surface. For example, silica, silica-alumina, silica-magnesia, etc., dried at a high temperature may be used as the carrier, and these are usually oxides such as Na 2 O, K 2 CO 3 , BaSO 4 , and Mg (NO 3 ) 2 , Carbonate, sulfate, and nitrate components.
상기 담체의 건조 온도는 200 내지 800℃가 바람직하고, 300 내지 600℃가 더욱 바람직하며, 300 내지 400℃가 가장 바람직하다. 상기 담체의 건조 온도가 200℃ 미만인 경우 수분이 너무 많아서 표면의 수분과 조촉매가 반응하게 되고, 800℃를 초과하는 경우에는 담체 표면의 기공들이 합쳐지면서 표면적이 줄어들며, 또한 표면에 하이드록시기가 많이 없어지고 실록산기만 남게 되어 조촉매와의 반응자리가 감소하기 때문에 바람직하지 않다.The drying temperature of the carrier is preferably 200 to 800 ° C, more preferably 300 to 600 ° C, and most preferably 300 to 400 ° C. When the drying temperature of the carrier is less than 200 ° C., the moisture is too much to react with the surface of the carrier and the promoter reacts. When the carrier temperature exceeds 800 ° C., the pores on the surface of the carrier are combined to reduce the surface area, and more hydroxyl groups are present on the surface. It is not preferable because it disappears and only siloxane groups remain and the reaction site with the promoter decreases.
또한 본 발명의 상기 혼성 담지 메탈로센 촉매는 [13족 금속]/[전이금속]이 1 내지 10,000의 몰비로 포함되는 것이 바람직하고, 1 내지 1,000이 더욱 바람직하며, 10 내지 100일 때 가장 바람직하다. 상기 몰비가 1 미만이면 13족 금속의 함량이 너무 적어서 촉매 활성종이 거의 만들어지지 않아 활성이 매우 낮으며, 상기 몰비가 10,000을 초과하면 13족 금속이 오히려 촉매독으로 작용할 우려가 있다.In addition, the hybrid supported metallocene catalyst of the present invention preferably contains [group 13 metal] / [transition metal] in a molar ratio of 1 to 10,000, more preferably 1 to 1,000, and most preferably 10 to 100. Do. If the molar ratio is less than 1, the content of the Group 13 metal is too small, so that almost no catalytically active species is made, and the activity is very low. If the molar ratio exceeds 10,000, the Group 13 metal may act as a catalyst poison.
본 발명에 따른 혼성 담지 메탈로센 촉매의 제조방법은 (A) 담체에 제 1 메 탈로센 화합물을 담지시켜 제 1 담지촉매를 제조하는 단계; (B) 상기 (A) 단계의 제 1 담지촉매에 조촉매를 접촉 반응시켜 제 2 담지촉매를 제조하는 단계; 및 (C) 상기 (B) 단계의 제 2 담지촉매에 제 2 메탈로센 화합물을 담지시켜 제 1 메탈로센 화합물과 제 2 메탈로센 화합물이 담체에 담지된 폴리올레핀 중합용 담지촉매를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. The method for preparing a mixed supported metallocene catalyst according to the present invention includes the steps of (A) supporting a first metallocene compound on a carrier to prepare a first supported catalyst; (B) preparing a second supported catalyst by contacting a cocatalyst to the first supported catalyst of step (A); And (C) supporting a second metallocene compound on the second supported catalyst of step (B) to prepare a supported catalyst for polyolefin polymerization in which the first metallocene compound and the second metallocene compound are supported on a carrier. Characterized in that it comprises a step.
상기 제 1 메탈로센 화합물과 담체의 접촉 반응은 용매가 사용될 수도 있으며, 용매 없이 반응시킬 수도 있다. 사용될 수 있는 용매는 헥산, 펜탄과 같은 지방족 탄화 수소 용매, 톨루엔, 벤젠과 같은 방향족 탄화 수소 용매, 디클로로메탄과 같은 염소원자로 치환된 탄화수소 용매, 디에틸에테르, THF와 같은 에테르계 용매, 아세톤, 에틸아세테이트 등의 대부분 유기 용매이며, 헥산, 헵탄, 톨루엔, 또는 디클로로메탄이 바람직하다.A solvent may be used as the contact reaction between the first metallocene compound and the carrier, or may be reacted without a solvent. Solvents that can be used include aliphatic hydrocarbon solvents such as hexane and pentane, aromatic hydrocarbon solvents such as toluene and benzene, hydrocarbon solvents substituted with chlorine atoms such as dichloromethane, ether solvents such as diethyl ether and THF, acetone and ethyl Mostly organic solvents such as acetate, and hexane, heptane, toluene, or dichloromethane are preferred.
상기 반응 온도는 -30 내지 150 ℃까지 가능하며, 바람직하게는 상온 내지 100 ℃ 이며, 더욱 바람직하게는 70 내지 90 ℃ 이다. 반응시킨 담지 촉매는 반응 용매를 여과하거나 감압 증류시켜 제거하여 그대로 사용할 수 있고, 필요하면 톨루엔과 같은 방향족 탄화수소로 속실렛 필터하여 사용할 수 있다.The reaction temperature is possible up to -30 to 150 ℃, preferably from room temperature to 100 ℃, more preferably 70 to 90 ℃. The reacted supported catalyst can be used by filtering or removing the reaction solvent by distillation under reduced pressure, and, if necessary, by using a Soxhlet filter with an aromatic hydrocarbon such as toluene.
본 발명의 제 1 담지촉매는 올레핀을 중합할 때 그대로 사용될 수 있는 담지 촉매이다. 본 발명의 혼성 담지 메탈로센 촉매는 이러한 제 1 담지촉매에 고분자량의 올레핀으로 유도할 수 있는 유기금속 화합물인 제 2 메탈로센 화합물을 더욱 담지시킨 것이다. The first supported catalyst of the present invention is a supported catalyst which can be used as it is when polymerizing olefins. The hybrid supported metallocene catalyst of the present invention further supports a second metallocene compound, which is an organometallic compound which can be derived from a high molecular weight olefin, on the first supported catalyst.
제 2 메탈로센 화합물을 제 1 담지촉매에 담지하여 혼성 담지 메탈로센 촉매 를 만드는 방법은 2 가지로 나눌 수 있다.The method of preparing the hybrid supported metallocene catalyst by supporting the second metallocene compound on the first supported catalyst can be divided into two methods.
첫 번째 방법은 제 1 담지촉매를 조촉매로 활성화시켜서 제 2 담지촉매를 제조한 후, 제 2 담지촉매와 제 2 메탈로센 화합물을 용매 하에 접촉 반응시켜 제 2 메탈로센 화합물을 제 2 담지촉매에 담지시키는 것이다.The first method is to prepare a second supported catalyst by activating the first supported catalyst as a cocatalyst, and then contacting the second supported catalyst with the second metallocene compound in a solvent to carry out the second supported metallocene compound. It is supported on the catalyst.
두 번째 방법은 제 2 메탈로센 화합물을 조촉매로 활성화시켜서 활성화된 제 2 메탈로센 화합물을 제조한 후, 활성화된 제 2 메탈로센 화합물과 제 1 담지촉매를 용매 하에 접촉 반응시켜 제 2 메탈로센 화합물을 제 1 담지촉매에 담지시키는 것이다.In the second method, the activated second metallocene compound is prepared by activating the second metallocene compound with a cocatalyst, and then the activated second metallocene compound and the first supported catalyst are brought into contact with each other under a solvent. The metallocene compound is supported on the first supported catalyst.
본 발명에 따른 폴리올레핀의 중합방법은 상기 혼성 담지 메탈로센 촉매를 이용하여 올레핀계 단량체를 중합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. Polymerization method of the polyolefin according to the invention is characterized in that it comprises the step of polymerizing the olefin monomer using the hybrid supported metallocene catalyst.
본 발명의 또 다른 하나의 실시 상태로서, 폴리올레핀의 제조방법은 본 발명에 따른 혼성 담지 메탈로센 촉매를 제조하는 단계; 및 상기 혼성 담지 메탈로센 촉매 하에서, 올레핀계 단량체를 중합시키는 단계를 포함한다.As another exemplary embodiment of the present invention, a method for preparing a polyolefin may include preparing a hybrid supported metallocene catalyst according to the present invention; And polymerizing an olefinic monomer under the hybrid supported metallocene catalyst.
본 발명에 따른 폴리올레핀의 제조방법에 있어서, 상기 올레핀계 단량체 중합을 위해 사용되는 상기 혼성 담지 메탈로센 촉매는 그 자체로서 올레핀계 단량체 중합에 사용될 수 있다. 또한, 상기 올레핀계 단량체와 접촉 반응되어 예비 중합된 촉매로 제조하여 사용할 수도 있으며, 예컨대 별도로 촉매를 에틸렌, 프로필렌, 1-부텐, 1-헥센, 1-옥텐 등과 같은 올레핀계 단량체와 접촉시켜 예비 중합된 촉매로 제조하여 사용할 수도 있다.In the method for producing a polyolefin according to the present invention, the hybrid supported metallocene catalyst used for the polymerization of the olefinic monomer may be used as the olefinic monomer polymerization. In addition, the catalyst may be prepared by using a prepolymerized catalyst by contact reaction with the olefinic monomer. For example, the catalyst may be separately contacted with an olefinic monomer such as ethylene, propylene, 1-butene, 1-hexene, 1-octene, and the like. It can also be prepared and used as a catalyst.
상기 혼성 담지 메탈로센 촉매를 사용하여 중합 가능한 올레핀계 단량체는 에틸렌, 알파-올레핀, 사이클릭 올레핀, 이중 결합을 2개 이상 가지고 있는 디엔 올레핀 또는 트리엔 올레핀일 수 있다.The olefinic monomer polymerizable using the hybrid supported metallocene catalyst may be ethylene, alpha-olefin, cyclic olefin, diene olefin or triene olefin having two or more double bonds.
상기 올레핀계 단량체의 구체적인 예로서, 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-아이토센, 노보넨, 노보나디엔, 에틸리덴노보넨, 페닐노보넨, 비닐노보넨, 디사이클로펜타디엔, 1,4-부타디엔, 1,5-펜타디엔, 1,6-헥사디엔, 스티렌, 알파-메틸스티렌, 디비닐벤젠, 3-클로로메틸스티렌 등을 들 수 있으며, 이들 단량체를 2종 이상 혼합하여 공중합할 수도 있다.Specific examples of the olefin monomers include ethylene, propylene, 1-butene, 1-pentene, 4-methyl-1-pentene, 1-hexene, 1-heptene, 1-octene, 1-decene, 1-undecene, 1-dodecene, 1-tetradecene, 1-hexadecene, 1-itocene, norbornene, norbonadiene, ethylidenenorbornene, phenylnorbornene, vinylnorbornene, dicyclopentadiene, 1,4-butadiene And 1,5-pentadiene, 1,6-hexadiene, styrene, alpha-methylstyrene, divinylbenzene, 3-chloromethylstyrene, and the like, and these monomers may be mixed and copolymerized.
상기 혼성 담지 메탈로센 촉매 하에서, 올레핀계 단량체를 중합시키는 단계에서는 50 내지 150℃의 온도에서 올레핀계 단량체를 중합하는 것이 바람직하다.Under the hybrid supported metallocene catalyst, in the step of polymerizing the olefinic monomer, it is preferable to polymerize the olefinic monomer at a temperature of 50 to 150 ° C.
상기 올레핀 중합용 담지 촉매를 이용한 올레핀 중합공정은 슬러리, 기상공정, 및 슬러리와 기상의 혼합 공정 등을 모두 사용할 수 있으며, 슬러리 또는 기상공정이 바람직하다.The olefin polymerization process using the supported catalyst for olefin polymerization can use all of a slurry, a gas phase process, and a mixing process of a slurry and a gas phase, and a slurry or a gas phase process is preferable.
본 발명에 따른 폴리올레핀의 제조방법에 있어서, 상기 혼성 담지 메탈로센 촉매는 탄소수 5 내지 12의 지방족 탄화수소 용매 예를 들면 펜탄, 헥산, 헵탄, 노난, 데칸, 및 이들의 이성질체와 톨루엔, 벤젠과 같은 방향족 탄화수소 용매, 디클로로메탄, 클로로벤젠과 같은 염소원자로 치환된 탄화수소 용매 등에 용해하거나 희석하여 주입할 수 있다. 여기에 사용되는 용매는 소량의 알킬 알루미늄 처리함으로써 촉매 독으로 작용하는 소량의 물 또는 공기 등을 제거하여 사용하는 것이 바람직하며, 조촉매를 더 사용하여 실시하는 것도 가능하다.In the method for preparing polyolefin according to the present invention, the hybrid supported metallocene catalyst is an aliphatic hydrocarbon solvent having 5 to 12 carbon atoms, for example, pentane, hexane, heptane, nonane, decane, and isomers thereof, such as toluene and benzene. It may be dissolved or diluted in an aromatic hydrocarbon solvent, a hydrocarbon solvent substituted with a chlorine atom such as dichloromethane, or chlorobenzene. The solvent used herein is preferably used by removing a small amount of water or air that acts as a catalyst poison by treating a small amount of alkyl aluminum, and may be carried out by further using a promoter.
이하, 본 발명의 실시예를 통해 본 발명에 대해 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인하여 한정되는 식으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through embodiments of the present invention. However, embodiments of the present invention may be modified in various forms, the scope of the present invention should not be construed in a way that is limited by the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to more fully explain the present invention to those skilled in the art.
<제조예 1> 제 1 메탈로센 촉매의 제조 - [tBu-O-(CH2)6-C5H4]2ZrCl2의 합성)Preparation Example 1 Preparation of First Metallocene Catalyst-Synthesis of [tBu-O- (CH 2 ) 6 -C 5 H 4 ] 2 ZrCl 2 )
6-클로로헥사놀(6-chlorohexanol)을 사용하여 문헌(Tetrahedron Lett. 2951 (1988))에 제시된 방법으로 tBu-O-(CH2)6-Cl을 제조하고, 여기에 NaCp를 반응시켜 tBu-O-(CH2)6-C5H5 얻었다 (수율 60 %, b.p. 80 ℃ / 0.1 mmHg). 상기와 동일한 방법으로 지르코늄을 붙여 tBu-O-(CH2)6-C5H4]2ZrCl2을 얻었다(수율 92 %).Using 6-chlorohexanol, tBu-O- (CH 2 ) 6 -Cl was prepared by the method shown in Tetrahedron Lett. 2951 (1988), and NaCp was reacted to tBu- O- (CH 2 ) 6 -C 5 H 5 was obtained (yield 60%, bp 80 ° C./0.1 mmHg). Zirconium was added in the same manner to the above to obtain tBu-O- (CH 2 ) 6 -C 5 H 4 ] 2 ZrCl 2 (yield 92%).
1H NMR (300 MHz, CDCl3): 6.28 (t, J = 2.6 Hz, 2H), 6.19 (t, J = 2.6 Hz, 2H), 3.31 (t, 6.6Hz, 2H), 2.62 (t, J = 8Hz), 1.7 - 1.3 (m, 8H), 1.17 (s, 9H); 1 H NMR (300 MHz, CDCl 3 ): 6.28 (t, J = 2.6 Hz, 2H), 6.19 (t, J = 2.6 Hz, 2H), 3.31 (t, 6.6 Hz, 2H), 2.62 (t, J = 8 Hz), 1.7-1.3 (m, 8H), 1.17 (s, 9H);
13C NMR (CDCl3): 135.09, 116.66, 112.28, 72.42, 61.52, 30.66, 30.61, 30.14, 29.18, 27.58, 26.00.13 C NMR (CDCl 3 ): 135.09, 116.66, 112.28, 72.42, 61.52, 30.66, 30.61, 30.14, 29.18, 27.58, 26.00.
<제조예 2> 제 2 메탈로센 촉매의 제조 - [(6-methyl-1,2,3,4-tetrahydroquinolin-8-yl) trimethylcyclopentadienyl--η5,κ-N] titanium dichloride 화합물Preparation Example 2 Preparation of Second Metallocene Catalyst-[(6-methyl-1,2,3,4-tetrahydroquinolin-8-yl) trimethylcyclopentadienyl--η 5 , κ-N] titanium dichloride compound
6-메틸-1,2,3,4-테트라히드로퀴놀린 (1.16 g, 7.90 mmol) 을 사염화탄소 (4 mL) 에 녹인 용액을 -20 ℃ 로 냉각시켰다. 여기에 N-브로모석신이미드(N-bromosuccinimide) (1.41 g, 7.90 mml) 고체를 천천히 가하여 반응 온도를 실온으로 올려 5 시간 더 반응시켰다. 생성된 화합물을 MC 및 헥산 (v:v = 1:1) 용매를 사용하여 컬럼크로마토그래피 방법으로 분리하여 엷은 노란색 오일인 8-브로모-1,2,3,4-테트라히드로-6-메틸퀴놀린을 얻었다.(0.71g, 40%).A solution of 6-methyl-1,2,3,4-tetrahydroquinoline (1.16 g, 7.90 mmol) in carbon tetrachloride (4 mL) was cooled to -20 ° C. N-bromosuccinimide (1.41 g, 7.90 mml) solid was slowly added thereto, and the reaction temperature was raised to room temperature for 5 hours. The resulting compound was separated by column chromatography using MC and hexane (v: v = 1: 1) solvent to obtain a pale yellow oil, 8-bromo-1,2,3,4-tetrahydro-6-methyl. Quinoline was obtained (0.71 g, 40%).
2,3-디메틸-5-옥소시클로펜트-1-에닐보론산 (1.27 g, 8.26 mmol), Na2CO3 (1.25 g, 11.8 mmol), Pd(PPh3)4 (0.182 g, 0.157 mmol) 및 상기 합성된 8-브로모-1,2,3,4-테트라히드로-6-메틸퀴놀린 (7.87 mmol)을 혼합한 혼합물에 탈기된(degassed) DME(디메틸에테르) (21 mL) 및 증류수(water)(7 mL) 를 가하여 얻어진 용액을 95℃ 에서 밤새 가열하였다. 반응 용액을 실온으로 낮추고, 에틸아세테이트 용매 (50 mL) 로 2 회 정도 추출하였다. 얻어진 화합물을 헥산 및 에틸아세테이트 (2:1) 용매를 사용하여 컬럼크로마토그래피 방법으로 분리하여 엷은 노란색 고체인 5-(3,4-디메틸-2-시클로펜텐-1-온)-7-메틸-1,2,3,4-테트라히드로퀴놀린을 얻었다. (90%).2,3-dimethyl-5-oxocyclopent-1-enylboronic acid (1.27 g, 8.26 mmol), Na 2 CO 3 (1.25 g, 11.8 mmol), Pd (PPh 3 ) 4 (0.182 g, 0.157 mmol) And degassed DME (dimethylether) (21 mL) and distilled water in a mixture of the above-described synthesized 8-bromo-1,2,3,4-tetrahydro-6-methylquinoline (7.87 mmol). water) (7 mL) was added and the solution obtained was heated at 95 ° C. overnight. The reaction solution was cooled to room temperature and extracted twice with ethyl acetate solvent (50 mL). The obtained compound was separated by column chromatography using hexane and ethyl acetate (2: 1) solvent to give a pale yellow solid, 5- (3,4-dimethyl-2-cyclopenten-l-one) -7-methyl-. 1,2,3,4-tetrahydroquinoline was obtained. (90%).
무수 La(OTf)3 (21.4 mmol) 및 TFH (24 mL) 용액을 -78 ℃ 로 냉각시킨 다음 MeLi (13.4 mL, 21.4 mmol) 가하여 1 시간 정도 반응시켰다. 여기에 상기 합성된 5-(3,4-디메틸-2-시클로펜텐-1-온)-7-메틸-1,2,3,4-테트라히드로퀴놀린(7.13mmol) 화합물을 가하여 -78 ℃ 에서 2 시간 반응시키고, 물과 아세테이트 용매를 사용하여 추출하였다. 얻어진 유기층을 HCl (2 N, 20 mL) 로 2 분간 흔들어 주고, NaHCO3 수용액 (20 mL) 으로 중화시킨 다음 MgSO4 로 건조하였다. 얻어진 화합물을 헥산 및 에틸아세테이트 용매(10:1)를 사용하여 컬럼크로마토그래피 방법으로 분리하여 엷은 노란색 고체인 1,2,3,4-테트라히드로-6-메틸-8-(2,3,5-트리메틸시클로펜타-1,3-디에닐) 퀴놀린 리간드를 얻었다.(40%).Anhydrous La (OTf) 3 (21.4 mmol) and TFH (24 mL) solutions were cooled to −78 ° C., followed by addition of MeLi (13.4 mL, 21.4 mmol) for 1 hour. To the synthesized 5- (3,4-dimethyl-2-cyclopenten-l-one) -7-methyl-1,2,3,4-tetrahydroquinoline (7.13 mmol) compound was added thereto at -78 deg. The reaction was carried out for 2 hours, and extracted with water and an acetate solvent. The organic layer obtained was shaken with HCl (2 N, 20 mL) for 2 minutes, neutralized with aqueous NaHCO 3 solution (20 mL) and dried over MgSO 4 . The obtained compound was separated by column chromatography using hexane and ethyl acetate solvent (10: 1) to give pale yellow solid 1,2,3,4-tetrahydro-6-methyl-8- (2,3,5 -Trimethylcyclopenta-1,3-dienyl) quinoline ligand (40%).
상기 얻어진 1,2,3,4-테트라히드로-6-메틸-8-(2,3,5-트리메틸시클로펜타-1,3-디에닐) 퀴놀린 리간드 (0.696 mmol) 및 Ti(NMe2)4 화합물 (0.156 g, 0.696 mmol) 을 톨루엔 (2 mL) 에 녹인 다음 반응 용액을 80 ℃ 에서 2 일 동안 반응시키고, 모든 용매들을 제거하여 빨간색 고체 화합물이 얻었다. (100%)1,2,3,4-tetrahydro-6-methyl-8- (2,3,5-trimethylcyclopenta-1,3-dienyl) quinoline ligand (0.696 mmol) and Ti (NMe 2 ) 4 obtained above The compound (0.156 g, 0.696 mmol) was dissolved in toluene (2 mL), and the reaction solution was reacted at 80 ° C. for 2 days, and all the solvents were removed to obtain a red solid compound. (100%)
위에서 얻어진 빨간색 고체 화합물에 다시 톨루엔 (2 mL) 을 가한 후, Me2SiCl2 (0.269 g, 2.09 mmol) 를 실온에서 추가하여 반응 용액을 4 시간 정도 반응시켰다. 얻어진 화합물을 헥산하에서 -30 ℃ 에서 재결정하여 순수한 빨간색 고체가 얻어졌다 (0.183 g, 66%).Toluene (2 mL) was added to the red solid compound obtained above, Me 2 SiCl 2 (0.269 g, 2.09 mmol) was added at room temperature, and the reaction solution was reacted for about 4 hours. The obtained compound was recrystallized at -30 ° C under hexanes to give a pure red solid (0.183 g, 66%).
1H NMR (C6D6): δ 1.36 - 1.44 (m, 2H, CH2 CH 2 CH2), 1.76 (s, 3H, CH3), 1.85 (s, 3H, CH3), 2.07 (s, 3H, CH3), 2.18 (s, 3H, CH3), 2.12 (t, J = 4Hz, 2H, CH2), 4.50-4.70 (m, 2H, N-CH2), 6.02 (s, 1H, Cp-H), 6.59 (s, 1H, C6H2), 6.78 (s, 1H, C6H2) ppm. 1 H NMR (C 6 D 6 ): δ 1.36-1.44 (m, 2H, CH 2 CH 2 CH 2 ), 1.76 (s, 3H, CH 3 ), 1.85 (s, 3H, CH 3 ), 2.07 (s , 3H, CH 3 ), 2.18 (s, 3H, CH 3 ), 2.12 (t, J = 4 Hz, 2H, CH 2 ), 4.50-4.70 (m, 2H, N-CH 2 ), 6.02 (s, 1H , Cp-H), 6.59 (s, 1H, C 6 H 2 ), 6.78 (s, 1H, C 6 H 2 ) ppm.
13C{1H} NMR (C6D6): δ 12.76, 14.87, 15.06, 21.14, 22.39, 26.32, 54.18, 117.49, 120.40, 126.98, 129.53, 130.96, 131.05, 133.19, 143.22, 143.60, 160.82 ppm. Anal. Calc. (C18H21Cl2NTi): C, 58.41; H, 5.72; N, 3.78%. Found: C, 58.19; H, 5.93; N, 3.89 %. 13 C { 1 H} NMR (C 6 D 6 ): δ 12.76, 14.87, 15.06, 21.14, 22.39, 26.32, 54.18, 117.49, 120.40, 126.98, 129.53, 130.96, 131.05, 133.19, 143.22, 143.60, 160.82 ppm. Anal. Calc. (C 18 H 21 Cl 2 NTi): C, 58.41; H, 5.72; N, 3.78%. Found: C, 58.19; H, 5.93; N, 3.89%.
<비교 제조예 1> 제 2 메탈로센 촉매의 제조 - (tBu-O-(CH2)6)(CH3)Si(C 5H4)(9-C13H9)ZrCl2의 합성)Comparative Preparation Example 1 Preparation of Second Metallocene Catalyst-(Synthesis of tBu-O- (CH 2 ) 6 ) (CH 3 ) Si (C 5 H 4 ) (9-C 13 H 9 ) ZrCl 2 )
디에틸에테르(Et2O) 용매하에서 tBu-O-(CH2)6Cl 화합물과 Mg(0) 간의 반응으로부터 그리냐드(Grignard) 시약인 tBu-O-(CH2)6MgCl 용액(0.14 ㏖) 을 얻었다. 여기에 -100 ℃의 상태에서 MeSiCl3 화합물(24.7 ㎖, 0.21 ㏖)을 가하고, 상온에서 3 시간 이상 교반시킨 후, 걸러낸 용액을 진공 건조하여 tBu-O-(CH2)6SiMeCl2 의 화합물을 얻었다(수율 84 %). -78 ℃에서 헥산(50 ㎖)에 녹아있는 tBu-O-(CH2)6SiMeCl2 (7.7 g, 0.028 mol) 용액에 플루오렌일리튬 (fluorenyllithium) (4.82 g, 0.028 ㏖)/헥산 (150 ㎖) 용액을 2 시간에 걸쳐 천천히 가하였다. 흰색 침전물(LiCl)을 걸러내고 헥산으로 원하는 생성물을 추출하여 모든 휘발성 물질을 진공 건조하여 엷은 노란색 오일 형태의 (tBu-O-(CH2)6)SiMe(9-C13H10)의 화합물을 얻었다(수율 99 %).Solution of tBu-O- (CH 2 ) 6 MgCl (Grignard) reagent (0.14 mol) from reaction between tBu-O- (CH 2 ) 6 Cl compound and Mg (0) in diethyl ether (Et 2 O) solvent ) To this was added MeSiCl 3 compound (24.7 mL, 0.21 mol) at -100 ° C, and stirred at room temperature for 3 hours or more, and the filtered solution was dried in vacuo to give a compound of tBu-O- (CH 2 ) 6 SiMeCl 2 . Was obtained (yield 84%). Fluorenyllithium (4.82 g, 0.028 mol) / hexane (150 in a solution of tBu-O- (CH 2 ) 6 SiMeCl 2 (7.7 g, 0.028 mol) dissolved in hexane (50 mL) at -78 ° C. Ml) solution was added slowly over 2 hours. The white precipitate (LiCl) was filtered off and the desired product was extracted with hexane to vacuum dry all volatiles to give (tBu-O- (CH 2 ) 6 ) SiMe (9-C 13 H 10 ) as a pale yellow oil. Obtained (yield 99%).
여기에 THF 용매(50 ㎖)를 가하고, 상온에서 C5H5Li(2.0 g, 0.028 ㏖) /THF (50 ㎖) 용액과 3 시간 이상 반응시킨 후, 모든 휘발성 물질들을 진공 건조하고 헥산으로 추출하여 최종 리간드인 오렌지 오일 형태의 (tBu-O-(CH2)6)(CH3)Si(C5H5)(9-C13H10) 화합물을 얻었다(수율 95 %). 리간드의 구조는 1H NMR 을 통해 확인되었다.THF solvent (50 mL) was added thereto, and reacted with a C 5 H 5 Li (2.0 g, 0.028 mol) / THF (50 mL) solution at room temperature for 3 hours or more, and all volatiles were vacuum dried and extracted with hexane. (TBu-O- (CH 2 ) 6 ) (CH 3 ) Si (C 5 H 5 ) (9-C 13 H 10 ) compound was obtained as a final ligand (yield 95%). The structure of the ligand was confirmed by 1 H NMR.
1H NMR(400MHz, CDCl3): 1.17, 1.15(t-BuO, 9H, s), -0.15, -0.36(MeSi, 3H, s), 0.35, 0.27(CH2, 2H, m), 0.60, 0.70(CH2, 2H, m), 1.40, 1.26(CH2 , 4H, m), 1.16, 1.12(CH2, 2H, m), 3.26(tBuOCH2, 2H, t, 3JH-H=7Hz), 2.68 (methyleneCpH, 2H, brs), 6.60, 6.52, 6.10(CpH, 3H, brs), 4.10, 4.00(FluH, 1H, s), 7.86(FluH, 2H, m), 7.78(FluH,1H, m), 7.53(FluH, 1H, m), 7.43-7.22(FluH, 4H, m)1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ): 1.17, 1.15 (t-BuO, 9H, s), -0.15, -0.36 (MeSi, 3H, s), 0.35, 0.27 (CH 2 , 2H, m), 0.60, 0.70 (CH 2 , 2H, m), 1.40, 1.26 (CH 2 , 4H, m), 1.16, 1.12 (CH 2 , 2H, m), 3.26 (tBuOCH 2 , 2H, t, 3JH-H = 7 Hz), 2.68 (methyleneCpH, 2H, brs), 6.60, 6.52, 6.10 (CpH, 3H, brs), 4.10, 4.00 (FluH, 1H, s), 7.86 (FluH, 2H, m), 7.78 (FluH, 1H, m), 7.53 (FluH, 1H, m), 7.43-7.22 (FluH, 4H, m)
또한 -78 ℃에서 (tBu-O-(CH2)6)(CH3)Si(C5H5)(9-C13H10)(12 g, 0.028 mol)/THF (100 ㏖) 용액에 2 당량의 n-BuLi을 가해 실온으로 올리면서 4 시간 이상 반응시켜서 오렌지 고체 형태의 (tBu-O-(CH2)6)(CH3)Si(C5H5Li)(9-C13H10Li)의 화합물을 얻었다(수율 81 %). 또한 -78 ℃에서 ZrCl4(1.05 g, 4.50 m㏖)/에테르(ether, 30 ㎖)의 서스펜젼(suspension) 용액에 디리튬염(dilithium salt; 2.0 g, 4.5 m㏖)/에테르(ether, 30 ㎖) 용액을 천천히 가하고 실온에서 3 시간 동안 더 반응시켰다. 모 든 휘발성 물질을 진공 건조하고, 얻어진 오일성 액체 물질에 디클로로메탄(dichloromethane) 용매를 가하여 걸러내었다. 걸러낸 용액을 진공 건조한 후, 헥산을 가해 침전물을 유도하였다. 얻어진 침전물을 여러 번 헥산으로 씻어내어 붉은색 고체 형태의 racemic-(tBu-O-(CH2)6)(CH3)Si(C5H4)(9-C13H9)ZrCl2 화합물을 얻었다(수율 54 %). In addition, the solution was added to a solution of (tBu-O- (CH 2 ) 6 ) (CH 3 ) Si (C 5 H 5 ) (9-C 13 H 10 ) (12 g, 0.028 mol) / THF (100 mol) at -78 ° C. Add 2 equivalents of n-BuLi and react for at least 4 hours while raising to room temperature to form (tBu-O- (CH 2 ) 6 ) (CH 3 ) Si (C 5 H 5 Li) (9-C 13 H) in the form of an orange solid. 10 Li) was obtained (yield 81%). In addition, a dilithium salt (2.0 g, 4.5 mmol) / ether was added to a suspension solution of ZrCl 4 (1.05 g, 4.50 mmol) / ether (30 mL) at -78 ° C. , 30 ml) was added slowly and further reacted at room temperature for 3 hours. All volatiles were dried in vacuo and filtered off by adding dichloromethane solvent to the oily liquid material obtained. The filtered solution was dried in vacuo and hexane was added to induce a precipitate. The obtained precipitate was washed several times with hexane to give racemic- (tBu-O- (CH 2 ) 6 ) (CH 3 ) Si (C 5 H 4 ) (9-C 13 H 9 ) ZrCl 2 compound as a red solid. Obtained (yield 54%).
1H NMR (400MHz, CDCl3): 1.19(t-BuO, 9H, s), 1.13(MeSi, 3H, s), 1.79(CH2 , 4H, m), 1.60(CH2, 4H, m), 1.48 (CH2, 2H, m), 3.35(tBuOCH2, 2H, t, 3JH-H=7Hz), 6.61(CpH, 2H, t, 3JH-H=3Hz), 5.76(CpH, 2H, d, 3JH-H=3Hz), 8.13(FluH, 1H, m), 7.83(FluH, 1H, m), 7.78(FluH, 1H, m), 7.65(FluH, 1H, m), 7.54(FluH, 1H, m), 7.30(FluH, 2H, m), 7.06(FluH, 1H, m) 1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ): 1.19 (t-BuO, 9H, s), 1.13 (MeSi, 3H, s), 1.79 (CH 2 , 4H, m), 1.60 (CH 2 , 4H, m), 1.48 (CH 2 , 2H, m), 3.35 (tBuOCH 2 , 2H, t, 3JH-H = 7 Hz), 6.61 (CpH, 2H, t, 3JH-H = 3 Hz), 5.76 (CpH, 2H, d, 3JH- H = 3 Hz), 8.13 (FluH, 1H, m), 7.83 (FluH, 1H, m), 7.78 (FluH, 1H, m), 7.65 (FluH, 1H, m), 7.54 (FluH, 1H, m), 7.30 (FluH, 2H, m), 7.06 (FluH, 1H, m)
13C NMR (400MHz, CDCl3): 27.5(Me3CO, q, 1JC-H=124Hz), -3.3(MeSi, q, 1JC-H=121Hz), 64.6, 66.7, 72.4, 103.3, 127.6, 128.4, 129.0 (7C, s), 61.4(Me3COCH 2, t, 1JC-H=135Hz), 14.5(ipsoSiCH2, t, 1JC-H=122Hz), 33.1, 30.4, 25.9, 22.7(4C, t, 1JC-H=119Hz), 110.7, 111.4, 125.0, 125.1, 128.8, 128.1, 126.5, 125.9, 125.3, 125.1, 125.0, 123.8 (FluC and CpC, 12C, d, 1JC-H=171Hz, 3JC-H=10Hz)13 C NMR (400 MHz, CDCl 3 ): 27.5 (Me 3 CO, q, 1 JC-H = 124 Hz), -3.3 (MeSi, q, 1 JC-H = 121 Hz), 64.6, 66.7, 72.4, 103.3, 127.6, 128.4, 129.0 (7C, s), 61.4 (Me 3 COCH 2, t, 1JC-H = 135 Hz), 14.5 (ipsoSiCH 2 , t, 1JC-H = 122 Hz), 33.1, 30.4, 25.9, 22.7 (4C, t, 1JC -H = 119 Hz), 110.7, 111.4, 125.0, 125.1, 128.8, 128.1, 126.5, 125.9, 125.3, 125.1, 125.0, 123.8 (FluC and CpC, 12C, d, 1JC-H = 171 Hz, 3JC-H = 10 Hz)
<실시예 1 ∼ 6> 혼성 담지 촉매의 제조Examples 1 to 6 Preparation of Hybrid Supported Catalysts
(담체 제조)(Carrier manufacturing)
실리카(Grace Davison사 제조 SYLOPOL 948)를 800 ℃의 온도에서 15 시간 동안 진공을 가한 상태에서 탈수하였다.Silica (SYLOPOL 948 from Grace Davison) was dehydrated under vacuum at a temperature of 800 ° C. for 15 hours.
(제 1 담지촉매의 제조)(Production of the First Supported Catalyst)
상기 제조된 실리카 1.0 g를 유리 반응기에 넣고 여기에 톨루엔 10 ㎖를 넣고, 상기 제조예 1에서 합성된 제 1 메탈로센 화합물이 하기 표 1에 기재된 양으로 녹아 있는 헥산 용액 10 ㎖씩 넣은 후, 90 ℃에서 2 시간 교반하며 반응을 시켰다. 반응이 끝난 후 교반을 멈추고 톨루엔을 층 분리하여 제거한 후 20 ㎖의 톨루엔 용액으로 세 차례 세척한 후 감압하여 톨루엔을 제거하여 고체 분말인 제 1 담지촉매를 얻었다.1.0 g of the prepared silica was put in a glass reactor, 10 ml of toluene was added thereto, and 10 ml of a hexane solution in which the first metallocene compound synthesized in Preparation Example 1 was dissolved in the amount shown in Table 1 below was added thereto. The reaction was stirred at 90 ° C. for 2 hours. After the reaction was completed, the stirring was stopped, the toluene was separated and removed, and then washed three times with 20 ml of toluene solution, and then the pressure was removed to remove the toluene to obtain a first supported catalyst as a solid powder.
(제 2 담지촉매의 제조 - 제 1 담지 촉매의 활성화)(Preparation of Second Supported Catalyst-Activation of First Supported Catalyst)
상기 제 1 메탈로센 화합물이 담지된 각각의 제 1 담지 촉매에 톨루엔 용액 속에 12 m㏖ 알루미늄이 들어 있는 메틸알루미녹산(MAO) 용액을 가하여 40 ℃에서 교반하며 천천히 반응시킨 후 충분한 양의 톨루엔으로 세척하여 반응하지 않은 알루미늄 화합물을 제거한 후 50 ℃ 에서 감압하여 남아 있는 톨루엔을 제거하여 고체인 제 2 담지촉매를 제조하였다. 이렇게 제조한 고체를 더 이상 처리하지 않고 올레핀 중합용 촉매로 사용할 수도 있다.A methylaluminoxane (MAO) solution containing 12 mmol aluminum in a toluene solution was added to each of the first supported catalysts on which the first metallocene compound was loaded, stirred at 40 ° C., and reacted slowly to a sufficient amount of toluene. After washing to remove the unreacted aluminum compound, toluene was removed under reduced pressure at 50 ℃ to prepare a second supported catalyst as a solid. The solid thus prepared may be used as a catalyst for olefin polymerization without further treatment.
(혼성 담지 메탈로센 촉매의 제조)(Production of Hybrid Supported Metallocene Catalyst)
혼성 담지 메탈로센 촉매를 제조하기 위하여 상기 제 1 의 메탈로센 화합물 및 조촉매가 담지된 상기 제 2 담지촉매에 상기 제조예 2 에서 제조한 제 2 메탈로 센 화합물이 하기 표 1에 기재된 양으로 녹아 있는 톨루엔 용액을 가하여 40 ℃ 에서 교반하여 반응시킨 후 충분한 양의 톨루엔으로 세척한 후 진공 건조하고 고체 분말인 혼성 담지 메탈로센 촉매를 얻었다.In order to prepare a hybrid supported metallocene catalyst, the amount of the second metallocene compound prepared in Preparation Example 2 in the second supported catalyst on which the first metallocene compound and the promoter are supported is shown in Table 1 below. Toluene solution dissolved in was added thereto, stirred at 40 ° C. for reaction, washed with a sufficient amount of toluene, dried under vacuum, and a mixed supported metallocene catalyst as a solid powder was obtained.
이와 같이 제조된 혼성 담지 메탈로센 촉매는 최종 촉매로 사용할 수도 있으며, 별도로 30 psig의 에틸렌을 2 분간 가하고 1 시간 동안 상온에서 예비중합을 수행한 후에 촉매로 사용할 수도 있다. 보다 더 효과적인 담지 촉매임을 보이기 위하여 본 실시예에서는 이와 같은 예비중합을 실시하지 않았다. The hybrid supported metallocene catalyst prepared as described above may be used as a final catalyst. Alternatively, 30 psig of ethylene may be added for 2 minutes and prepolymerized at room temperature for 1 hour before use. In order to show a more effective supported catalyst, this prepolymerization was not performed in this embodiment.
<비교예 1 및 2><Comparative Examples 1 and 2>
상기 제조된 실리카 1.0 g를 유리 반응기에 넣고 여기에 톨루엔 10 ㎖를 넣고, 상기 제조예 1에서 합성된 제 1 메탈로센 화합물이 하기 표 1에 기재된 양으로 녹아 있는 헥산 용액 10 ㎖씩 넣은 후, 90 ℃에서 2 시간 교반하며 반응을 시켰다. 반응이 끝난 후 교반을 멈추고 톨루엔을 층 분리하여 제거한 후 20 ㎖의 톨루엔 용액으로 세 차례 세척한 후 감압하여 톨루엔을 제거하여 고체 분말인 촉매를 얻었다.1.0 g of the prepared silica was put in a glass reactor, 10 ml of toluene was added thereto, and 10 ml of a hexane solution in which the first metallocene compound synthesized in Preparation Example 1 was dissolved in the amount shown in Table 1 below was added thereto. The reaction was stirred at 90 ° C. for 2 hours. After the reaction was completed, the stirring was stopped, the toluene was separated by layers, and then washed three times with 20 ml of toluene solution, and then the pressure was removed to remove the toluene, thereby obtaining a catalyst as a solid powder.
<비교예 3 및 4><Comparative Examples 3 and 4>
상기 제조된 실리카 1.0 g를 유리 반응기에 넣고 여기에 톨루엔 용액 속에 12 m㏖ 알루미늄이 들어 있는 메틸알루미녹산(MAO) 용액을 가하여 40 ℃에서 교반하며 천천히 반응시킨 후 충분한 양의 톨루엔으로 세척하여 반응하지 않은 알루미 늄 화합물을 제거한 후 50 ℃ 에서 감압하여 남아 있는 톨루엔을 제거하여 고체인 담지촉매를 제조하였다.1.0 g of the prepared silica was added to a glass reactor, to which a methylaluminoxane (MAO) solution containing 12 mmol aluminum was added to the toluene solution, and stirred at 40 ° C. for a slow reaction, followed by washing with a sufficient amount of toluene to react. After removing the aluminum compound, the toluene was removed under reduced pressure at 50 ° C. to prepare a supported catalyst as a solid.
상기 담지촉매에 상기 제조예 2 에서 제조한 제 2 메탈로센 화합물이 하기 표 1에 기재된 양으로 녹아 있는 톨루엔 용액을 가하여 40 ℃ 에서 교반하여 반응시킨 후 충분한 양의 톨루엔으로 세척한 후 진공 건조하고 고체 분말인 촉매를 얻었다.Toluene solution in which the second metallocene compound prepared in Preparation Example 2 was dissolved in the amount shown in Table 1 was added to the supported catalyst, stirred at 40 ° C. for reaction, washed with a sufficient amount of toluene, and dried in vacuo. A catalyst which is a solid powder was obtained.
<비교예 5 내지 10><Comparative Examples 5 to 10>
제 2 메탈로센 촉매 대신 비교 제조예 1에서 제조한 촉매를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1 내지 실시예 6 의 혼성 담지 촉매의 제조방법과 동일한 방법으로 혼성 담지 촉매를 제조하였다.A hybrid supported catalyst was prepared by the same method as the method for preparing the hybrid supported catalyst of Examples 1 to 6, except that the catalyst prepared in Comparative Preparation Example 1 was used instead of the second metallocene catalyst.
<실험예 1> 반회분 에틸렌 중합Experimental Example 1 Semi-Batch Ethylene Polymerization
상기 실시예 1 내지 실시예 6, 및 비교예 1 내지 6 에서 제조한 각각의 담지 촉매 50 ㎎을 드라이박스에서 정량하여 50 ㎖ 의 유리병에 각각 담은 후 고무 격막으로 밀봉하여 드라이 박스에서 꺼내어 주입할 촉매를 준비하였다. 중합은 기계식 교반기가 장착된 온도조절이 가능하고 고압에서 이용되는 2 ℓ 금속합금 반응기에서 수행하였다. 50 mg of each of the supported catalysts prepared in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 6 were quantified in a dry box, respectively, placed in a 50 ml glass bottle, sealed with a rubber diaphragm, and taken out from the dry box. The catalyst was prepared. The polymerization was carried out in a 2 L metal alloy reactor with temperature control and a high pressure equipped with a mechanical stirrer.
이 반응기에 1.0 m㏖ 트리에틸알루미늄 (triethylaluminum)이 들어 있는 헥산 1 ℓ와 1-헥센(20㎖)을 주입하고, 상기 준비한 각각의 담지촉매를 반응기에 공 기 접촉 없이 투입한 후, 80 ℃ 에서 기체 에틸렌 단량체를 9 Kgf/㎠ 의 압력으로 계속적으로 가하면서 1 시간 동안 중합하였다. 중합의 종결은 먼저 교반을 멈춘 후 에틸렌을 배기시켜 제거함으로써 완료시켰다.1 liter of hexane and 1-hexene (20 ml) containing 1.0 mmol triethylaluminum were introduced into the reactor, and each of the supported catalysts was introduced into the reactor without air contacting, and then at 80 ° C. The gas ethylene monomer was polymerized for 1 hour with continuous addition of pressure at 9 Kgf / cm 2. Termination of the polymerization was completed by first stopping stirring and then evacuating and removing ethylene.
이로부터 얻어진 중합체는 중합 용매를 여과시켜 대부분을 제거한 후 80 ℃ 진공 오븐에서 4 시간 동안 건조시켰다.The polymer obtained therefrom was filtered to remove most of the polymerization solvent and then dried in an 80 ° C. vacuum oven for 4 hours.
상기에서 제조한 각각의 촉매에 대한 에틸렌 중합활성, 얻어진 중합체의 용융지수, 겉보기 밀도, 분자량 및 분자량 분포를 하기 표 2에 나타내었다. Ethylene polymerization activity, melt index, apparent density, molecular weight and molecular weight distribution of each of the catalysts prepared above are shown in Table 2 below.
상기와 같이 본 실시예에 따라서 제조된 각각의 담지촉매들을 사용하여 에틸렌 중합을 실시한 경우, 반응기 벽면이나 중합체 입자들끼리 엉겨 붙는 파울링 현상이 전혀 없었고, 겉보기 밀도가 0.40 내지 0.41 g/cc로 우수하다. 또한 중량평균분자량 (Mw)을 150,000 내지 400,000으로 조절할 수 있으며, 분자량 분포(PDI)도 5점대를 유지할 수 있다. 비교예 1 내지 4의 경우, 실시예에서 사용한 제 1 메탈로센 촉매 및 제 2 메탈로센 촉매계를 각각 1개씩만 담지를 하여 비교한 것으로, 상기 보는 바와 같이 각 촉매만을 사용할 경우는 활성은 높지만 분자량이 작아 물성적인 측면이 약하거나, 분자량이 높고 물성적인 측면은 강하나 활성이 작아 상업적 가치가 떨어진다. When ethylene polymerization was carried out using the respective supported catalysts prepared according to the present embodiment as described above, there was no fouling phenomenon in which the reactor wall or polymer particles were entangled with each other, and the apparent density was excellent from 0.40 to 0.41 g / cc. Do. In addition, the weight average molecular weight (Mw) can be adjusted to 150,000 to 400,000, the molecular weight distribution (PDI) can also maintain a five point range. In Comparative Examples 1 to 4, only one of each of the first metallocene catalyst and the second metallocene catalyst system used in the examples was supported, and as shown above, when only each catalyst was used, the activity was high. Due to the low molecular weight, the physical properties are weak, or the molecular weight is high and the physical properties are strong, but the activity is low, so commercial value is low.
하지만, 제 1 메탈로센 촉매 및 제 2 메탈로센 촉매인 2 가지의 촉매를 본 발명에서 제시한 혼성 담지 촉매기술을 이용하여 담지를 하게 되면 각각 촉매의 고유특징을 최대한 살리면서 원하는 분자량 및 물성을 유지시킬 수 있다. 또한 제 1 메탈로센 촉매와 제 2 메탈로센 촉매가 만드는 각각의 서로 다른 형태의 사슬들이 잘 엉킴으로써, 얻어지는 고분자들의 겉보기 밀도는 각각을 중합했을 때보다 훨씬 높다. However, when two catalysts, the first metallocene catalyst and the second metallocene catalyst, are supported by using the hybrid supported catalyst technology proposed in the present invention, the desired molecular weight and physical properties can be maximized while maintaining the unique characteristics of the catalyst. Can be maintained. In addition, the different types of chains produced by the first metallocene catalyst and the second metallocene catalyst are entangled so that the apparent density of the resulting polymers is much higher than when each polymerized.
상기 실시예에서 사용한 제 2 메탈로센 촉매는 기존에 잘 알려진 촉매계 (비교 제조예 1) 경우보다, 활성이 높고 저밀도의 분자량이 높은 PE를 잘 만드는 특징을 가지고 있다. 그러므로, 이를 이용해서 만든 혼성 담지 촉매를 사용한 중합 실시예 1 내지 6의 경우는 비교예 5 내지 10의 경우보다, 활성이 높고 밀도는 낮으면서 분자량이 높은 고분자를 얻을 수 있다. 또한, 제 1 메탈로센 촉매와 제 2 메탈로센 촉매의 비율을 조절함으로써 기존의 비교예들 보다 더 중저밀도(0.910 ~ 0.940) 영역에서 다양한 물성의 PE를 만들어 낼 수도 있다.The second metallocene catalyst used in the above embodiment has a characteristic of making PE having high activity and low molecular weight, which is higher than that of the conventionally known catalyst system (Comparative Preparation Example 1). Therefore, in the case of the polymerization examples 1 to 6 using the hybrid supported catalyst made using the same, polymers having higher activity and lower density and higher molecular weight can be obtained than those of the comparative examples 5 to 10. In addition, by adjusting the ratio of the first metallocene catalyst and the second metallocene catalyst, it is possible to produce a PE of various physical properties in the medium-low density (0.910 ~ 0.940) region than the conventional comparative examples.
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