KR20180064115A - 올레핀 공중합체 합성용 촉매 조성물 및 올레핀 공중합체의 제조 방법 - Google Patents

올레핀 공중합체 합성용 촉매 조성물 및 올레핀 공중합체의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 각각 특정한 화학 구조를 갖는 제1메탈로센 촉매, 제2메탈로센 촉매 및 제3메탈로센 촉매를 포함한 올레핀 공중합체 합성용 촉매 조성물 및 상기 촉매 조성물을 이용한 올레핀 공중합체의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

올레핀 공중합체 합성용 촉매 조성물 및 올레핀 공중합체의 제조 방법{CATALYST COMPOSITION FOR POLYMERIZING OLEFIN COPOLYMER AND PREPARATION METHOD OF OLEFIN COPOLYMER}
본 발명은 올레핀 공중합체 합성용 촉매 조성물 및 올레핀 공중합체의 제조 방법에 관한 것이다.
올레핀 중합 촉매계는 지글러 나타 및 메탈로센 촉매계로 분류할 수 있으며, 이 두 가지의 고활성 촉매계는 각각의 특징에 맞게 발전되어 왔다. 지글러 나타 촉매는 50년대 발명된 이래 기존의 상업 프로세스에 널리 적용되어 왔으나, 활성점이 여러 개 혼재하는 다활성점 촉매(multi site catalyst)이기 때문에, 중합체의 분자량 분포가 넓은 것이 특징이며, 공단량체의 조성 분포가 균일하지 않아 원하는 물성 확보에 한계가 있다는 문제점이 있다.
한편, 메탈로센 촉매는 전이금속 화합물이 주성분인 주촉매와 알루미늄이 주성분인 유기 금속 화합물인 조촉매의 조합으로 이루어지며, 이와 같은 촉매는 균일계 착체 촉매로 단일 활성점 촉매(single site catalyst)이며, 단일 활성점 특성에 따라 분자량 분포가 좁으며, 공단량체의 조성 분포가 균일한 고분자가 얻어지며, 촉매의 리간드 구조 변형 및 중합 조건의 변경에 따라 고분자의 입체 규칙도, 공중합 특성, 분자량, 결정화도 등을 변화시킬 수 있는 특성을 가지고 있다.
미국 특허 제5,914,289호에는 각각의 담체에 담지된 메탈로센 촉매를 이용하여 고분자의 분자량 및 분자량 분포를 제어하는 방법이 기재되어 있으나, 담지촉매 제조시 사용된 용매의 양 및 제조시간이 많이 소요되고, 사용되는 메탈로센 촉매를 담체에 각각 담지시켜야 하는 번거로움이 따랐다.
대한민국 특허 출원 제2003-12308호에는 담체에 이중핵 메탈로센 촉매와 단일핵 메탈로센 촉매를 활성화제와 함께 담지하여 반응기 내 촉매의 조합을 변화시키며 중합함으로써 분자량 분포를 제어하는 방안을 개시하고 있다. 그러나, 이러한 방법은 각각의 촉매의 특성을 동시에 구현하기에 한계가 있으며, 또한 완성된 촉매의 담체 성분에서 메탈로센 촉매 부분이 유리되어 반응기에 파울링(fouling)을 유발하는 단점이 있다.
따라서, 상기한 단점들을 해결하기 위해서 간편하게 활성이 우수한 혼성 담지 메탈로센 촉매를 제조하여 원하는 물성의 올레핀계 중합체를 제조하는 방법에 대한 요구가 계속되고 있다.
한편, 선형 저밀도 폴리에틸렌은 중합촉매를 사용하여 저압에서 에틸렌과 알파 올레핀을 공중합하여 제조되어, 분자량 분포가 좁고 일정한 길이의 단쇄분지를 가지며, 장쇄분지가 없는 수지이다. 선형 저밀도 폴리에틸렌 필름은 일반 폴리에틸렌의 특성과 더불어 파단강도와 신율이 높고, 인열강도, 낙추충격강도 등이 우수하여 기존의 저밀도 폴리에틸렌이나 고밀도 폴리에틸렌의 적용이 어려운 스트레치 필름, 오버랩 필름 등에의 사용이 증가하고 있다.
그런데, 1-부텐 또는 1-헥센을 공단량체로 사용하는 선형 저밀도 폴리에틸렌은 대부분 단일 기상반응기 또는 단일 루프 슬러리 반응기에서 제조되며, 1-옥텐 공단량체를 사용하는 공정 대비 생산성은 높으나, 이러한 제품 역시 사용 촉매기술 및 공정기술의 한계로 물성이 1-옥텐 공단량체 사용시보다 크게 열세하고, 분자량 분포가 좁아 가공성이 불량한 문제가 있다. 이러한 문제의 개선을 위해 많은 노력이 진행되고 있으며,
미국 특허 제4,935,474호에는 2종 또는 그 이상의 메탈로센 화합물이 사용되어 넓은 분자량 분포를 갖는 폴리에틸렌 제조법에 대해 보고되어 있다. 미국 특허 제6,828,394호에는 공단량체 결합성이 좋은 것과 그렇지 않은 것을 혼합사용해 가공성이 우수하고 특히 필름용에 적합한 폴리에틸렌 제조방법에 대해 보고되어 있다. 또한, 미국 특허 제6,841,631호, 미국 특허 제6,894,128호에는 적어도 2종의 메탈 컴파운드가 사용된 메탈로센계 촉매로 이정 또는 다정 분자량분포를 갖는 폴리에틸렌을 제조하여, 필름, 블로우몰딩, 파이프 등의 용도에 적용이 가능하다고 보고되어 있다. 하지만 이러한 제품들은 가공성은 개선되었으나 단위 입자 내의 분자량별 분산상태가 균일하지 못해 비교적 양호한 압출조건에서도 압출외관이 거칠고 물성이 안정적이지 못한 문제가 있다.
이러한 배경에서 물성과 가공성 간의 균형이 이루어진 보다 우수한 제품의 제조가 끊임없이 요구되고 있으며 이에 대한 개선이 더욱 필요한 상태이다.
미국등록특허 제4,935,474호 미국등록특허 제6,828,394호 미국등록특허 제6,841,631호 미국등록특허 제6,894,128호
본 발명은, 용융 유동 지수 및 용융 유동률비가 넓어 우수한 가공성을 가지며, 높은 분자량, 넓은 분자량 분포 및 높은 긴 사슬 곁가지 함량을 가짐에 따라 내환경 응력 균열성 및 가공성이 우수하면서 치수 안정성이 높아서, 고압 및 고온 환경에서 안정성과 내화학성이 요구되는 식품 용기, 보틀캡 등으로 바람직하게 사용 가능한 올레핀 공중합체를 제공할 수 있는 올레핀 공중합체 합성용 촉매 조성물을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 올레핀 공중합체 합성용 촉매 조성물을 이용한 올레핀 공중합체 제조 방법에 관한 것이다.
본 명세서에서는, 하기 화학식1의 전이 금속 화합물을 포함하는 제1메탈로센 촉매; 하기 화학식2의 전이 금속 화합물을 포함하는 제2메탈로센 촉매; 및 하기 화학식3의 전이 금속 화합물을 포함하는 제3메탈로센 촉매;를 포함하는, 올레핀 공중합체 합성용 촉매 조성물이 제공될 수 있다.
[화학식1]
Figure pat00001
상기 화학식1에서,
상기 R1 내지 R4는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 할로겐, C1 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기, C2 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄의 알케닐기, C1 내지 C20의 알킬실릴기, C1 내지 C20의 실릴알킬기, C1 내지 C20의 알콕시실릴기, C1 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄의 알콕시기, C6 내지 C20의 아릴기, C7 내지 C20의 알킬아릴기, 또는 C7 내지 C20의 아릴알킬기이며,
상기 Q1은 탄소수 4 내지 20의 알킬렌기(akylene), 탄소수 4 내지 20의 알케닐렌기(akenylene), 탄수소 6 내지 20의 아릴렌기(arylene), 탄소수 4 내지 20의 사이클로알킬렌기(cycloakylene), 탄수소 7 내지 22의 아릴(aryl) 알킬렌기, 탄소수 5 내지 22의 사이클로알킬 알킬렌기,
상기 R5 내지 R11는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 할로겐, C1 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기, C2 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄의 알케닐기, C1 내지 C20의 알킬실릴기, C1 내지 C20의 실릴알킬기, C1 내지 C20의 알콕시실릴기, C1 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄의 알콕시기, C6 내지 C20의 아릴기, C7 내지 C20의 알킬아릴기, 또는 C7 내지 C20의 아릴알킬기이며,
상기 R5 내지 R11 중 하나의 벤젠 고리에서 서로 인접하는 2개 이상이 서로 연결되어 치환 또는 비치환된 지방족 또는 방향족 고리를 형성할 수 있고;
M1은 4족 전이금속이며,
Y1 및 Y2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐, C1 내지 C20의 알킬기, C2 내지 C20의 알케닐기, C6 내지 C20의 아릴기, 니트로기, 아미도기, C1 내지 C20의 알킬실릴기, C1 내지 C20의 알콕시기, 또는 C1 내지 C20의 술폰네이트기이다.
[화학식 2]
Figure pat00002
상기 화학식2에서,
M2은 4족 전이금속이며,
X21 및 X22는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐, C1 내지 C20의 알킬기, C2 내지 C20의 알케닐기, C6 내지 C20의 아릴기, 니트로기, 아미도기, C1 내지 C20의 알킬실릴기, C1 내지 C20의 알콕시기, 또는 C1 내지 C20의 술폰네이트기이고,
Q2 탄소, 실리콘 또는 게르마늄이고;
R21 및 R22는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 할로겐, C1 내지 C20의 알킬기, C2 내지 C20의 알케닐기, C6 내지 C20의 아릴기, C7 내지 C20의 알킬아릴기, C7 내지 C20의 아릴알킬기, C1 내지 C20의 알콕시기, C2 내지 C20의 알콕시알킬기, C3 내지 C20의 헤테로시클로알킬기, 또는 C5 내지 C20의 헤테로아릴기이고;
C21 및 C22 중 하나는 하기 화학식 2a로 표시되고, 다른 하나는 하기 화학식 2b로 표시되며;
[화학식 2a]
Figure pat00003
[화학식 2b]
Figure pat00004
상기 화학식 2a에서,
Z1 내지 Z9는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, C1 내지 C20의 알킬기, C2 내지 C20의 알케닐기, C1 내지 C20의 알콕시기, C1 내지 C20의 알킬실릴기, C1 내지 C20의 실릴알킬기, C6 내지 C20의 아릴기, C7 내지 C20의 알킬아릴기, 또는 C7 내지 C20의 아릴알킬기이고;
상기 화학식 2b에서,
Z10 및 Z12 내지 Z15는 수소, 할로겐 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기이고,
Z11은 C1 내지 C20의 알킬기, C2 내지 C20의 알케닐기, C1 내지 C20의 알킬실릴기, C1 내지 C20의 실릴알킬기, C1 내지 C20의 알콕시실릴기, C1 내지 C20의 에테르기, C1 내지 C20의 실릴에테르기, C1 내지 C20의 실릴옥시기, C1 내지 C20의 알콕시기, C2 내지 C20의 알콕시알킬기, C6 내지 C20의 아릴기, C7 내지 C20의 알킬아릴기, 또는 C7 내지 C20의 아릴알킬기이고,
[화학식3]
Figure pat00005
상기 화학식 3에서,
M3은 4족 전이금속이며,
X31 및 X32는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐, C1 내지 C20의 알킬기, C2 내지 C20의 알케닐기, C6 내지 C20의 아릴기, 니트로기, 아미도기, C1 내지 C20의 알킬실릴기, C1 내지 C20의 알콕시기, 또는 C1 내지 C20의 술폰네이트기이고,
Q3 탄소, 실리콘 또는 게르마늄이고;
R31 및 R32는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 할로겐, C1 내지 C20의 알킬기, C2 내지 C20의 알케닐기, C6 내지 C20의 아릴기, C7 내지 C20의 알킬아릴기, C7 내지 C20의 아릴알킬기, C1 내지 C20의 알콕시기, C2 내지 C20의 알콕시알킬기, C3 내지 C20의 헤테로시클로알킬기, 또는 C5 내지 C20의 헤테로아릴기이고;
C31 및 C32는 중 하나는 하기 화학식 3a 또는 화학식 3b로 표시되고, C31 및 C32 중 나머지 하나는 하기 화학식 3c, 화학식 3d, 또는 화학식 3e로 표시된다.
[화학식3a]
Figure pat00006
[화학식 3b]
Figure pat00007
[화학식 3c]
Figure pat00008
[화학식 3d]
Figure pat00009
[화학식 3e]
Figure pat00010
상기 화학식 2a, 2b, 3a, 3b 및 3c에서, J1 내지 J31 및 J1' 내지 J13'은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 할로겐, C1 내지 C20의 알킬기, C1 내지 C20의 할로 알킬기, C2 내지 C20의 알케닐기, C1 내지 C20의 알킬실릴기, C1 내지 C20의 실릴알킬기, C1 내지 C20의 알콕시실릴기, C1 내지 C20의 알콕시기, C6 내지 C20의 아릴기, C7 내지 C20의 알킬아릴기, 또는 C7 내지 C20의 아릴알킬기이며,
J9 내지 J13 및 J9' 내지 J13'중 하나 이상은 C1 내지 C20의 할로 알킬기이고,
J1 내지 J31 및 J1' 내지 J13'중 하나의 방향족 고리에서 서로 인접하는 2개 이상이 서로 연결되어 치환 또는 비치환된 지방족 또는 방향족 고리를 형성할 수 있다.
본 발명자들은, 상술한 특정 구조의 화학식1의 전이 금속 화합물을 포함하는 제1메탈로센 촉매와 상기 화학식2의 전이 금속 화합물을 포함하는 제2메탈로센 촉매와 상기 화학식3의 전이 금속 화합물을 포함하는 제3메탈로센 촉매를 함께 포함한 촉매 조성물을 이용하여 (공)중합 반응을 진행하면, 용융 유동 지수 및 용융 유동률비가 넓어 우수한 가공성을 가지며, 높은 분자량, 넓은 분자량 분포 및 높은 긴 사슬 곁가지 함량을 가짐에 따라 내환경 응력 균열성 및 가공성이 우수하여 올레핀 공중합체를 제공할 수 있다는 점을 실험을 통하여 확인하고 발명을 완성하였다. 이러한 올레핀 공중합체는 고압 및 고온 환경에서 높은 형태 안정성을 가질 수 있어서, 식품 용기, 보틀캡 등의 용도로 바람직하게 사용 가능하다.
보다 구체적으로, 상기 올레핀 공중합체 합성용 촉매 조성물을 이용하여 제공되는 폴리에틸렌 공중합체는 용융 유동 지수 및 용융 유동률비가 넓어 우수한 가공성을 가지며, 높은 분자량, 넓은 분자량 분포 및 높은 긴 사슬 곁가지 함량을 가질 뿐만 아니라, 내환경 응력 균열성이 200 시간 이상 또는 300 시간 이상이며, 190℃ 내외의 고온 및 90 bar 내외의 압력 조건에서 13㎝ 초과 또는 15㎝ 이상의 스파이럴 플로우 길이를 나타내며, 고온 및 고압 조건에서도 치수 변화율이 약 2%이하로 나타내서 높은 형태 안정성을 나타낼 수 있다.
상기 화학식1의 전이 금속 화합물은 2개의 인덴(indene) 유도체 사이에 전이 금속이 배위 결합을 하면서 특정 구조의 Q1가 상기 2개의 인덴(indene) 유도체들을 연결하는 구조를 갖는데, 상대적으로 입체 장애가 작은 인덴 유도체가 상술한 특정 구조의 Q1를 매개로 연결된 구조를 가짐에 따라서, 에틸렌 등의 단량체가 상기 전이 금속 화합물의 중심 금속에 접근하기 용이하여 보다 높은 공중합 활성을 구현할 수 있으며, 낮은 수소 반응성을 나타내어 수소를 투입하여 MI 및 MFRR 등을 조정하는 경우에도 반응 활성의 저하 없이 중분자량의 올레핀 중합체를 생성할 수 있다.
상기 화학식2의 전이 금속 화합물은 인데노 인돌(indeno indole) 유도체와 인덴(indene) 유도체가 브릿지에 의해 비대칭적으로 가교된 구조를 형성하며, 리간드 구조에 루이스 염기로 작용할 수 있는 비공유 전자쌍을 가짐으로써 높은 중합 활성을 나타낸다. 또한 전자적으로 풍부한 인데노인돌 유도체는 질소 원자가 자라나는 고분자 사슬의 beta-hydrogen을 수소결합에 의해 안정화시켜 beta-hydrogen elimination을 억제하여 고분자량의 올레핀계 중합체를 중합할 수 있다. 또한 상대적으로 입체 장애가 적은 인덴 유도체를 포함함에 따라 높은 공중합 활성과 낮은 수소 반응성을 나타내어 중고분자량의 올레핀 중합체를 고활성으로 중합할 수 있다.
특히, 상기 화학식2의 전이 금속 화합물은 화학식 2b의 인덴 유도체 화합물의 특정한 위치에 치환기(Z11)를 갖는 구조로, 비치환된 인덴 화합물이나, 다른 위치가 치환된 인덴 화합물을 포함하는 메탈로센 화합물에 비하여, 활성이 우수한 특성을 가질 수 있다.
상기 화학식3의 전이 금속 화합물은 인데노 인돌(indeno indole) 유도체와 사이클로펜타디엔(cyclopentadiene) 유도체가 브릿지에 의해 비대칭적으로 가교된 구조를 형성하며, 리간드 구조에 루이스 염기로 작용할 수 있는 비공유 전자쌍을 가짐으로써 담체의 루이스 산 특성을 지니는 표면에 담지되어 담지 시에도 높은 중합 활성을 나타낸다. 또한 전자적으로 풍부한 인데노 인돌기 및 사이클로펜타디엔기를 포함함에 따라 활성이 높고, 적절한 입체 장애와 리간드의 전자적인 효과로 인해 우수한 공중합성 및 높은 활성이 유지된다. 또한 인데노인돌 유도체의 질소 원자가 자라나는 고분자 사슬의 beta-hydrogen을 수소결합에 의해 안정화시켜 beta-hydrogen elimination을 억제하여 초고분자량의 폴리올레핀을 중합할 수 있다.
특히, 상기 화학식3의 전이 금속 화합물에서 J9 내지 J13 및 J9' 내지 J13'중 하나 이상은 C1 내지 C20의 할로 알킬기를 포함하는 것이다. 예컨대, 플루오로알킬기, 즉 CF3 등을 들 수 있으며, 이는 인데노인돌 유도체의 질소 원자와 같은 작용을 하여 자라나는 고분자 사슬의 beta-hydrogen을 수소 결합에 의해 안정화시켜 beta-hydrogen elimination을 더욱 억제하며 초고분자량의 폴리올레핀 중합을 좀더 효과적으로 달성할 수 있다. 즉, 인데노 인돌(indeno indole) 유도체와 사이클로펜타디엔(cyclopentadiene) 유도체가 브릿지에 의해 비대칭적으로 가교된 촉매의 기본 골격은 유지하며, 보다 더 강력한 hydrogen bond acceptor인 CF3 등의 치환체를 도입하여 수소결합에 의해 beta-hydrogen을 안정화시켜 beta-hydrogen elimination을 억제하는 작용을 높여 초고분자량 폴리올레핀을 중합할 수 있도록 한 것이다.
본 명세서에서, 아릴(aryl) 알킬렌기는 1이상의 아릴기와 1이상의 알킬렌기가 결합된 작용기로, 알킬렌기의 남은 하나의 결합 지점이 인덴(indene)과 결합한 구조를 의미한다. 또한, 사이클로알킬 알킬렌기는 1이상의 사이클로알킬기와 1이상의 알킬렌기가 결합된 작용기로, 알킬렌기의 남은 하나의 결합 지점이 인덴(indene)과 결합한 구조를 의미한다.
상기 화학식1의 전이 금속 화합물의 구체적인 예가 상술한 화학식의 기재 범위의 일부로 한정되는 것은 아니나, 보다 바람직한 예는 다음과 같다:
상기 화학식1에서, 상기 R1 내지 R2는 C1 내지 C20의 알킬실릴기, C1 내지 C20의 실릴알킬기이고, 상기 R3 내지 R4는 탄수소 6 내지 20의 아릴렌기(arylene), 또는 탄소수 8 내지 22의 아릴 디알킬렌기이고, 상기 R5 내지 R11는 각각 수소, 할로겐, C1 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기이고, M1은 티타늄, 지르코늄 또는 하프늄이고, Y1 및 Y2는 할로겐일 수 있다.
상기 화학식2의 전이 금속 화합물의 구체적인 예가 상술한 화학식의 기재 범위의 일부로 한정되는 것은 아니나, 보다 바람직한 예는 다음과 같다:
상기 화학식 2a의 Z1 내지 Z9는 각각 독립적으로 수소, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, tert-부틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 에틸렌기, 프로필렌기, 부테닐기, 페닐기, 벤질기, 나프틸기, 메톡시기, 에톡시기, 또는 tert-부톡시헥실기이고,
상기 화학식 2b의 Z11은 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, tert-부틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 에틸렌기, 프로필렌기, 부테닐기, 페닐기, 벤질기, 나프틸기, 트리메틸실릴기, 트리에틸실릴기, 트리프로필실릴기, 트리부틸실릴기, 트리이소프로필실릴기, 트리메틸실릴메틸기, tert-부틸디메틸실릴에테르기, 메톡시기, 에톡시기, 또는 tert-부톡시헥실기이고,
상기 화학식 2의 R21 및 R22는 메틸기 또는 tert-부톡시헥실기일 수 있다.
상기 화학식 2a로 표시되는 화합물의 구체적인 예로는 하기 구조식들 중 하나로 표시되는 화합물을 들 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 하기 구조식에서 사이클로펜타디에닐기의 남은 반응 사이트가 결합 지점을 의미한다.
Figure pat00011
Figure pat00012
Figure pat00013
Figure pat00014
Figure pat00015
또한, 상기 화학식 2b로 표시되는 화합물의 구체적인 예로는 하기 구조식들 중 하나로 표시되는 화합물을 들 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 하기 구조식에서 사이클로펜타디에닐기의 남은 반응 사이트가 결합 지점을 의미한다.
Figure pat00016
Figure pat00017
Figure pat00018
상기 화학식2의 전이 금속 화합물의 보다 구체적인 예로는 구조식들 중 하나로 표시되는 화합물을 들 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00019
Figure pat00020
Figure pat00021
Figure pat00022
Figure pat00023
Figure pat00024
Figure pat00025
상기 화학식3의 전이 금속 화합물의 구체적인 예가 상술한 화학식의 기재 범위의 일부로 한정되는 것은 아니나, 보다 바람직한 예는 다음과 같다:
상기 화학식 3a, 3b, 3c, 3d 및 3e의 J1 내지 J31 및 J1' 내지 J13'은 각각 독립적으로 수소, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, tert-부틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 페닐기, 할로겐기, 트리메틸실릴기, 트리에틸실릴기, 트리프로필실릴기, 트리부틸실릴기, 트리이소프로필실릴기, 트리메틸실릴메틸기, 메톡시기, 에톡시기일 수 있으며, J9 내지 J13 및 J9' 내지 J13'중 하나 이상은 탄소수 1 내지 3의 퍼플로오로알킬(perfluoroalkyl)일 수 있다.
상기 화학식 3의 R31 및 R32은 각각 독릭적으로 수소, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, tert-부틸기, 메톡시메틸기, tert-부톡시메틸기, tert-부톡시헥실기, 1-에톡시에틸기, 1-메틸-1-메톡시에틸기, 테트라하이드로피라닐기, 또는 테트라하이드로퓨라닐기일 수 있다.
상기 화학식 3a로 표시되는 화합물의 구체적인 예로는 하기 구조식으로 표시되는 화합물을 들 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 하기 구조식에서 사이클로펜타디에닐기의 남은 반응 사이트가 결합 지점을 의미한다.
Figure pat00026
또한, 상기 화학식 3b로 표시되는 화합물의 구체적인 예로는 하기 구조식으로 표시되는 화합물을 들 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 하기 구조식에서 사이클로펜타디에닐기의 남은 반응 사이트가 결합 지점을 의미한다.
Figure pat00027
상기 화학식 3c로 표시되는 화합물의 구체적인 예로는 하기 구조식들 중 하나로 표시되는 화합물을 들 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 하기 구조식에서 사이클로펜타디에닐기의 남은 반응 사이트가 결합 지점을 의미한다.
Figure pat00028
Figure pat00029
Figure pat00030
상기 화학식 3d로 표시되는 화합물의 구체적인 예로는 하기 구조식으로 표시되는 화합물을 들 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 하기 구조식에서 사이클로펜타디에닐기의 남은 반응 사이트가 결합 지점을 의미한다.
Figure pat00031
상기 화학식 3e로 표시되는 화합물의 구체적인 예로는 하기 구조식으로 표시되는 화합물을 들 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 하기 구조식에서 사이클로펜타디에닐기의 남은 반응 사이트가 결합 지점을 의미한다.
Figure pat00032
상기 화학식3의 전이 금속 화합물의 보다 구체적인 예로는 구조식으로 표시되는 화합물을 들 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00033
한편, 상기 올레핀 공중합체 합성용 촉매 조성물에서, 상기 화학식1의 전이 금속 화합물을 포함하는 제1메탈로센 촉매와 상기 화학식2의 전이 금속 화합물을 포함하는 제2메탈로센 촉매와 상기 화학식3의 전이 금속 화합물을 포함하는 제3메탈로센 촉매 간의 몰비가 크게 한정되는 것은 아니다. 다만, 상술한 효과, 예를 들어 상기 촉매 조성물을 이용하여 제조되는 올레핀 공중합체가 보다 넓은 용융 유동 지수 및 용융 유동률비를 가지며, 보다 높은 분자량, 넓은 분자량 분포 및 높은 긴 사슬 곁가지 함량을 나타내면서 우수한 내환경 응력 균열성, 가공성 및 치수 안정성을 구현하는 효과를 극대화 하기 위해서, 상기 화학식2의 전이 금속 화합물을 포함하는 제2메탈로센 촉매 대비 상기 화학식1의 전이 금속 화합물을 포함하는 제1메탈로센 촉매 및 상기 화학식3의 전이 금속 화합물을 포함하는 제3메탈로센 촉매의 몰비가 1:0.5 내지 2: 1 내지 5일 수 있다.
상기 화학식1의 전이 금속 화합물을 포함하는 제1메탈로센 촉매 대비 상기 화학식2의 전이 금속 화합물을 포함하는 제2메탈로센 촉매의 몰비가 너무 작으면, 상기 합성되는 폴리에틸렌 공중합체 중 저분자량을 갖는 폴리에틸렌 공중합체의 비율이 낮아져서 최종 제품의 가공성이 저하될 수 있다. 또한, 상기 화학식1의 전이 금속 화합물을 포함하는 제1메탈로센 촉매 대비 상기 화학식2의 전이 금속 화합물을 포함하는 제2메탈로센 촉매의 몰비가 너무 크면, 상기 합성되는 폴리에틸렌 공중합체 중 고분자량을 갖는 폴리에틸렌 공중합체의 비율이 낮아져서 최종 제품의 내환경 응력 균열성이나 스파이럴 플로우 길이가 저하될 수 있다.
또한, 상기 화학식1의 전이 금속 화합물을 포함하는 제1메탈로센 촉매 대비 상기 화학식3의 전이 금속 화합물을 포함하는 제3메탈로센 촉매의 몰비가 너무 작으면, 상기 합성되는 폴리에틸렌 공중합체 중 고분자량을 갖는 폴리에틸렌 공중합체의 비율이 낮아져서 최종 제품의 내환경 응력 균열성이나 치수 안정성 등이 저하될 수 있다.
상기 화학식1의 전이 금속 화합물을 포함하는 제1메탈로센 촉매 대비 상기 화학식2의 전이 금속 화합물을 포함하는 제3메탈로센 촉매의 몰비가 너무 크면, 상기 합성되는 폴리에틸렌 공중합체 중 고분자량을 갖는 폴리에틸렌 공중합체의 비율이 과도하게 높아지고 고분자 꼬리(tail)이 과도하게 증가하여 사출시 과도하게 높은 압력이 요구되며 이에 따라 가공성이 저하되거나 최종 제품의 품질이 저하될 수 있다.
상기 상기 화학식2의 전이 금속 화합물을 포함하는 제2메탈로센 촉매와 상기 화학식3의 전이 금속 화합물 간의 몰비 또한 크게 한정되는 것은 아니나, 상술한 범위 내에서 사용되는 것이 상기 효과를 구현하기 위하여 바람직하다.
한편, 상기 올레핀 공중합체 합성용 촉매 조성물은 조촉매 또는 담체를 더 포함할 수 있다.
상기 조촉매로는 13족 금속을 포함하는 유기 금속 화합물로서, 일반적인 메탈로센 촉매 하에 올레핀을 중합할 때 사용될 수 있는 알려진 것이라면 특별히 한정되는 것은 아니다.
구체적으로, 상기 조촉매 화합물은 하기 화학식 6의 알루미늄 함유 제 1 조촉매, 및 하기 화학식 7의 보레이트계 제 2 조촉매 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
[화학식 6]
-[Al(X)-O-]k-
상기 화학식 6에서, X는 각각 독립적으로 할로겐, 할로겐 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 하이드로카빌기이고, k는 2 이상의 정수이고,
[화학식 7]
T+[BG4]-
화학식 7에서, T+은 +1가의 다원자 이온이고, B는 +3 산화 상태의 붕소이고, G는 각각 독립적으로 하이드라이드기, 디알킬아미도기, 할라이드기, 알콕사이드기, 아릴옥사이드기, 하이드로카빌기, 할로카빌기 및 할로-치환된 하이드로카빌기로 이루어진 군에서 선택되고, 상기 G는 20개 이하의 탄소를 가지나, 단 하나 이하의 위치에서 G는 할라이드기이다.
이러한 제 1 및 제 2 조촉매의 사용에 의해, 최종 제조된 폴리올레핀의 분자량 분포가 보다 균일하게 되면서, 중합 활성이 향상될 수 있다.
상기 화학식 6의 제 1 조촉매는 선형, 원형 또는 망상형으로 반복단위가 결합된 알킬알루미녹산계 화합물로 될 수 있고, 이러한 제 1 조촉매의 구체적인 예로는, 메틸알루미녹산(MAO), 에틸알루미녹산, 이소부틸알루미녹산 또는 부틸알루미녹산 등을 들 수 있다.
또한, 상기 화학식 7의 제 2 조촉매는 삼치환된 암모늄염, 또는 디알킬 암모늄염, 삼치환된 포스포늄염 형태의 보레이트계 화합물로 될 수 있다. 이러한 제 2 조촉매의 구체적인 예로는, 트리메탈암모늄 테트라페닐보레이트, 메틸디옥타데실암모늄 테트라페닐보레이트, 트리에틸암모늄 테트라페닐보레이트, 트리프로필암모늄 테트라페닐보레이트, 트리(n-부틸)암모늄 테트라페닐보레이트, 메틸테트라데사이클로옥타데실암모늄 테트라페닐보레이트, N,N-디메틸아닐늄 테트라페닐보레이트, N,N-디에틸아닐늄 테트라페닐보레이트, N,N-디메틸(2,4,6-트리메틸아닐늄)테트라페닐보레이트, 트리메틸암모늄 테트라키스(펜타플로오로페닐)보레이트, 메틸디테트라데실암모늄 테트라키스(펜타페닐)보레이트, 메틸디옥타데실암모늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트, 트리에틸암모늄, 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트, 트리프로필암모늄테트라키스(펜타프루오로페닐)보레이트, 트리(n-부틸)암모늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트, 트리(2급-부틸)암모늄테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트, N,N-디메틸아닐늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트, N,N-디에틸아닐늄테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트, N,N-디메틸(2,4,6-트리메틸아닐늄)테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트, 트리메틸암모늄테트라키스(2,3,4,6-테트라플루오로페닐)보레이트, 트리에틸암모늄 테트라키스(2,3,4,6-테트라플루오로페닐)보레이트, 트리프로필암모늄 테트라키스(2,3,4,6-테트라플루오로페닐)보레이트, 트리(n-부틸)암모늄 테트라키스(2,3,4,6-,테트라플루오로페닐)보레이트, 디메틸(t-부틸)암모늄 테트라키스(2,3,4,6-테트라플루오로페닐)보레이트, N,N-디메틸아닐늄 테트라키스(2,3,4,6-테트라플루오로페닐)보레이트, N,N-디에틸아닐늄 테트라키스(2,3,4,6-테트라플루오로페닐)보레이트 또는 N,N-디메틸-(2,4,6-트리메틸아닐늄)테트라키스-(2,3,4,6-테트라플루오로페닐)보레이트 등의 삼치환된 암모늄염 형태의 보레이트계 화합물; 디옥타데실암모늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트, 디테트라데실암모늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트 또는 디사이클로헥실암모늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트 등의 디알킬암모늄염 형태의 보레이트계 화합물; 또는 트리페닐포스포늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트, 메틸디옥타데실포스포늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트 또는 트리(2,6-, 디메틸페닐)포스포늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트 등의 삼치환된 포스포늄염 형태의 보레이트계 화합물 등을 들 수 있다.
상기 제 1 메탈로센 화합물, 제 2 메탈로센 화합물 및 제 3 메탈로센 화합물에 포함되는 전이금속의 전체 중량 대비 담체의 질량비는 10 내지 10,000 일 수 있다. 상기 질량비로 담체 및 메탈로센 화합물을 포함할 때, 최적의 형상을 나타낼 수 있다.
또한, 조촉매 화합물 대 담체의 질량비는 1 : 1 내지 1 : 100 일 수 있다.
상기 질량비로 조촉매 및 메탈로센 화합물을 포함할 때, 활성 및 고분자 미세구조를 최적화할 수 있다.
한편, 상기 담체는 표면에 하이드록시기를 함유하는 담체를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 건조되어 표면에 수분이 제거된, 반응성이 큰 하이드록시기와 실록산기를 가지고 있는 담체를 사용할 수 있다.
예컨대, 고온에서 건조된 실리카, 실리카-알루미나, 및 실리카-마그네시아 등이 사용될 수 있고, 이들은 통상적으로 Na2O, K2CO3, BaSO4, 및 Mg(NO3)2 등의 산화물, 탄산염, 황산염, 및 질산염 성분을 함유할 수 있다.
상기 담체의 건조 온도는 200 내지 800가 바람직하고, 300 내지 600가 더욱 바람직하며, 300 내지 400가 가장 바람직하다. 상기 담체의 건조 온도가 200 미만인 경우 수분이 너무 많아서 표면의 수분과 조촉매가 반응하게 되고, 800를 초과하는 경우에는 담체 표면의 기공들이 합쳐지면서 표면적이 줄어들며, 또한 표면에 하이드록시기가 많이 없어지고 실록산기만 남게 되어 조촉매와의 반응자리가 감소하기 때문에 바람직하지 않다.
상기 담체 표면의 하이드록시기 양은 0.1 내지 10 mmol/g이 바람직하며, 0.5 내지 5 mmol/g일 때 더욱 바람직하다. 상기 담체 표면에 있는 하이드록시기의 양은 담체의 제조방법 및 조건 또는 건조 조건, 예컨대 온도, 시간, 진공 또는 스프레이 건조 등에 의해 조절할 수 있다.
상기 하이드록시기의 양이 0.1 mmol/g 미만이면 조촉매와의 반응자리가 적고, 10 mmol/g을 초과하면 담체 입자 표면에 존재하는 하이드록시기 이외에 수분에서 기인한 것일 가능성이 있기 때문에 바람직하지 않다.
한편, 상기 올레핀 공중합체 합성용 촉매 조성물은 담체에 조촉매 화합물을 담지시키는 단계, 상기 담체에 상기 상기 제 1 메탈로센 화합물, 제 2 메탈로센 화합물 및 제 3 메탈로센 화합물 중 선택된 하나를 순차적으로 또는 상기 메탈로센 화합물 2종 이상을 동시에 담지시키는 단계를 포함하여 제조될 수 있다.
그리고, 상기 상기 제 1 메탈로센 화합물, 제 2 메탈로센 화합물 및 제 3 메탈로센 화합물을 담지시키는 단계의 순서는 필요에 따라 바뀔 수 있다.
상기 올레핀 공중합체 합성용 촉매 조성물의 제조시에 반응 용매로서 펜탄, 헥산, 헵탄 등과 같은 탄화수소계 용매, 또는 벤젠, 톨루엔 등과 같은 방향족계 용매가 사용될 수 있다. 또한, 메탈로센 화합물과 조촉매 화합물은 실리카나 알루미나에 담지된 형태로도 이용할 수 있다.
상기 올레핀 공중합체 합성용 촉매 조성물은 그 자체로서 올레핀계 단량체의 중합에 사용될 수 있다. 또한, 상기 올레핀 공중합체 합성용 촉매 조성물은 올레핀계 단량체와 접촉 반응되어 예비 중합된 촉매로 제조하여 사용할 수도 있으며, 예컨대 촉매를 별도로 에틸렌, 프로필렌, 1-부텐, 1-헥센, 1-옥텐 등과 같은 올레핀계 단량체와 접촉시켜 예비 중합된 촉매로 제조하여 사용할 수도 있다.
한편, 본 명세서에서는, 상술한 올레핀 공중합체 합성용 촉매 조성물의 존재 하에, 에틸렌 및 알파-올레핀을 공중합하는 단계는 포함하는, 올레핀 공중합체의 제조 방법이 제공될 수 있다.
상기 올레핀계 단량체는 에틸렌, 알파-올레핀, 사이클릭 올레핀, 이중 결합을 2개 이상 가지고 있는 디엔 올레핀 또는 트리엔 올레핀일 수 있고, 보다 구체적인 예로는 에틸렌, 프로필렌, 1-부텐, 1-펜텐, 4-메틸-1-펜텐, 1-헥센, 1-헵텐, 1-옥텐, 1-데센, 1-운데센, 1-도데센, 1-테트라데센, 1-헥사데센, 1-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.
상기 올레핀계 중합체는 에틸렌/알파올레핀 공중합체인 것이 보다 바람직하나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
상기 올레핀계 중합체가 에틸렌/알파올레핀 공중합체인 경우에 있어서, 상기 공단량체인 알파올레핀의 함량은 특별히 제한되는 것은 아니며, 올레핀계 중합체의 용도, 목적 등에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 보다 구체적으로는 0 초과 99 몰% 이하일 수 있다.
상기 공중합 반응 또는 중합 반응은 하나의 연속식 슬러리 중합 반응기, 루프 슬러리 반응기, 기상 반응기 또는 용액 반응기를 이용하여 하나의 올레핀계 단량체로 호모중합하거나 또는 2종 이상의 단량체로 공중합여 진행할 수 있다.
그리고, 상기 공중합 온도는 약 25 내지 약 500, 바람직하게는 약 25 내지 약 200, 보다 바람직하게는 약 50 내지 약 150일 수 있다. 또한, 중합 압력은 약 1 내지 약 100 Kgf/cm2, 바람직하게는 약 1 내지 약 50 Kgf/cm2, 보다 바람직하게는 약 5 내지 약 30 Kgf/cm2일 수 있다.
상기 올레핀 공중합체 합성용 촉매 조성물은 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.
한편, 상기 올레핀 공중합체 합성용 촉매 조성물을 이용한 올레핀 공중합체의 제조 방법에 제공된 올레핀 공중합체의 특성은 다음과 같다.
상기 올레핀 공중합체의 중량 평균 분자량(Mw)이 100,000 내지 300,000 g/mol일 수 있다. 보다 바람직하게 상기 중량 평균 분자량은, 120,000 g/mol 이상, 130,000 g/mol 이상, 또는 140,000 g/mol 이상이고, 250,000 g/mol 이하, 또는 220,000 g/mol 이하, 또는 200,000 g/mol 이하일 수 있다.
상기 올레핀 공중합체는 본 발명에 따른 올레핀계 중합체는 분자량 분포(Mw/Mn)가 10 내지 30, 또는 15 내지 25일 수 있다. 이와 같이 넓은 분자량 분포를 갖는 올레핀계 중합체는 보다 우수한 가공성을 나타낼 수 있다.
상기 올레핀 공중합체의 밀도는 0.930 내지 0.960 g/cm3일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 올레핀 공중합체는 MFR2 .16(ASTM D1238에 의거하여 190℃, 2.16 kg 하중에서 측정한 용융 유동 지수)이 0.01 내지 1.0 g/10min 일 수 있다. 보다 바람직하게 상기 MFR2 .16은, 0.05 g/10min 이상, 또는 0.1 g/10min 이상, 0.15 g/10min 이상이고, 0.9 g/10min 이하, 또는 0.8 g/10min 이하, 또는 0.6 g/10min 이하일 수 있다.
또한, 상기 올레핀 공중합체는 MFRR5 /2.16(ASTM D1238에 의거하여 190℃, 5kg 하중에서 측정한 용융 유동 지수를 190℃, 2.16 kg 하중에서 측정한 용융 유동 지수로 나눈 값)이 5 내지 10의 값을 가진다. 보다 바람직하게 상기 MFRR5 /2.16은 3 이상, 또는 3.2 이상, 또는 3.3 이상이고, 9 이하, 또는 9.5 이하, 또는 8 이하일 수 있다.
상기 스파이럴 플로우 길이(spiral flow length, 190℃, 90 bar)는 에틸렌/알파-올레핀 공중합체의 가공성을 나타내는 것으로, 이의 값이 클수록 가공성이 우수함을 의미한다. 예를 들어, 상기 올레핀 공중합체에 대하여, ENGEL 150톤 사출기를 사용하고 금형 두께는 1.5 mm, 사출 온도는 190℃, 금형 온도는 50℃, 사출 압력을 90 bar로 하여 측정한 스파이럴 플로우 길이(SF: Spiral flow length)는 13㎝ 초과 또는 15㎝ 이상 일 수 있다.
또한, 상기와 같은 기계적 물성 및 가공성 외에도 상기 올레핀 공중합체는 내환경 응력 균열성(ESCR, environmental stress crack resistance) 또한 우수하다는 특징이 있다.
일반적으로, 가공성과 내환경 응력 균열성은 상반되는 물성으로, 가공성을 높이기 위해 용융 지수를 높이면 내환경 응력 균열성이 떨어지게 되나, 상기 올레핀 공중합체는 양호한 가공성 및 내환경 응력 균열성을 모두 만족시킨다.
상기 올레핀 공중합체는 ASTM D 1693에 따라 측정한 내환경 응력 균열성(ESCR)이 200 시간 이상, 또는 240 시간 이상, 또는 300 시간 이상일 수 있다. 내환경 응력 균열성(ESCR)이 200 시간 이상이면 보틀캡 용도의 사용 상태에서 안정적으로 성능 유지가 가능하므로 상한값은 실질적으로 크게 의미가 없으나, 1,000 시간 이하, 또는 800 시간 이하, 또는 약 500 시간 이하일 수 있다. 이와 같이 고성능의 내환경 응력 균열성을 나타내므로, 보틀캡 등의 식품 용기 제품으로 성형하여 고온 고압의 조건에서 사용하였을 때에도 안정성이 높아 지속적인 성능을 유지할 수 있다.
구체적으로, 상기 올레핀 공중합체 합성용 촉매 조성물을 이용한 올레핀 공중합체의 제조 방법에 제공된 올레핀 공중합체는, 분자량이 100,000 내지 300,000 g/mol 이고, 분자량 분포(Mw/Mn)가 5 내지 30이고, 밀도가 0.930 내지 0.960 g/㎤이고, MFRR5 /2.16(ASTM D1238에 의거하여 190℃, 5kg 하중에서 측정한 용융 유동 지수를 190℃, 2.16 kg 하중에서 측정한 용융 유동 지수로 나눈 값)이 1 내지 10이고, x 축이 log Mw이고 y 축이 dw/dlogMw인 GPC 커브 그래프에서 log Mw가 5.0 이상 5.5 미만의 영역에서의 적분값이 x축 전체 적분값의 20% 이상일 수 있다. 이에 따라, 상기 올레핀 공중합체는 내환경 응력 균열성 및 강성이 우수한 특성을 가질 수 있고, 고분자 사출 제품에서 우수한 강성을 가지며, 사출 후 온도 및 압력 변화에도 형상이 실질적으로 변하지 않는 높은 치수 안정성을 가질 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 올레핀 공중합체에 대한 x 축이 log Mw이고 y 축이 dw/dlogMw인 GPC 커브 그래프에서, log Mw가 5.0 이상 5.5 미만의 영역에서의 적분값이 x축 전체 적분값의 20% 내지 30%일 수 있다.
상기 올레핀 공중합체에 대한 x 축이 log Mw이고 y 축이 dw/dlogMw인 GPC 커브 그래프에서, log Mw가 5.0 이상 5.5 미만의 영역에서의 적분값이 x축 전체 적분값의 비율이 20% 미만이면, 상기 올레핀 공중합체의 강성이 저하되거나 쉽게 깨질 수 있으며, 이에 따라 상기 올레핀 공중합체를 식품 용기, 보틀캡 등의 제품으로 적용시 쉽게 깨지거나 상기 제품이 터지는 등의 문제가 발생할 수 있고, 또한 충분한 내화학성을 확보하기 어려울 수 있다.
한편, 상기 올레핀 공중합체에 대한 x 축이 log Mw이고 y 축이 dw/dlogMw인 GPC 커브 그래프에서, log Mw가 4.5 이상 5.0 미만의 영역에서의 적분값이 x축 전체 적분값의 25% 이상일 수 있다. 상기 GPC 커브 그래프에서 log Mw가 4.5 이상 5.0 미만의 영역은 상기 올레핀 공중합체의 강성이나 치수 안정성에 관련될 수 있으며, 이러한 영역에서의 적분값이 x축 전체 적분값의 25% 이상 또한 25% 내지 40% 임에 따라서, 상기 올레핀 공중합체는 상술한 특성을 만족할 수 있다.
그리고, 상기 올레핀 공중합체에 대한 x 축이 log Mw이고 y 축이 dw/dlogMw인 GPC 커브 그래프에서, x축 전체 적분값 대비 log Mw가 4.5 이상 5.0 미만의 영역에서 적분값의 비율과 log Mw가 5.0 이상 5.5 미만의 영역에서의 적분값의 비율의 차이가 7%이하, 또는 1% 내지 7%일 수 있다.
이와 같이, 상기 GPC 커브 그래프에서 x축 전체 적분값 대비 log Mw가 4.5 이상 5.0 미만의 영역에서 적분값의 비율과 log Mw가 5.0 이상 5.5 미만의 영역에서의 적분값의 비율의 차이가 7%이하, 또는 1% 내지 7%임에 따라서, 상기 올레핀 공중합체는 고분자 사출 제품에 필요한 높은 강성을 가지면서도 쉽게 깨어지지 않는 특성을 가질 수 있고, 이에 따라 높은 내압 및 내화학성이 요구되는 고강성의 용기나 고강성의 보틀캡 등으로 적용될 수 있다.
상기 올레핀 공중합체에 대한 x 축이 log Mw이고 y 축이 dw/dlogMw인 GPC 커브 그래프에서, x축 전체 적분값 대비 log Mw가 4.5 이상 5.0 미만의 영역에서 적분값의 비율과 log Mw가 5.0 이상 5.5 미만의 영역에서의 적분값의 비율의 차이가 7% 초과하는 경우에는, 상기 올레핀 공중합체가 과도하게 높은 이중 분자량 분포 양상 또는 멀티 분자량 분포 양상(Bimodality, multimodality)를 나타내게 되어, 이에 따라 외부 충격에 의하여 쉽게 깨지거나 온도 및 압력의 변화에 따라 크게 변형되는 등의 문제가 나타나서 식품 용기, 보틀캡 등의 제품으로 적용이 적합하지 않을 수 있다.
상기에서 Mw는 중량 평균 분자량(weight-average molecular weight)을 의미하고, w는 질량 분율(weight fraction)을 의미한다. 또한, GPC 등의 방법을 통하여 측정된 분자량 등을 바탕으로 x 축이 log Mw이고 y 축이 dw/dlogMw인 GPC 커브 그래프를 정의할 수 있다.
본 발명에 따르면, 용융 유동 지수 및 용융 유동률비가 넓어 우수한 가공성을 가지며, 높은 분자량, 넓은 분자량 분포 및 높은 긴 사슬 곁가지 함량을 가짐에 따라 내환경 응력 균열성 및 가공성이 우수하면서 치수 안정성이 높아서, 고압 및 고온 환경에서 안정성과 내화학성이 요구되는 식품 용기, 보틀캡 등으로 바람직하게 사용 가능한 올레핀 공중합체를 제공할수 있는 올레핀 공중합체 합성용 촉매 조성물과, 상기 올레핀 공중합체 합성용 촉매 조성물을 이용한 올레핀 공중합체 제조 방법이 제공될 수 있다.
발명을 하기의 실시예에서 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
< 제조예 >
[ 제 1 메탈로센 화합물의 제조예 ]
제조예 1
Figure pat00034
1,8-비스(브로모메틸)나프탈렌 [1,8-bis(bromomethyl)naphthalene 6.3g (20 mmol)과 메틸 TMS-인덴 리튬염(methyl TMS-Indene Lithium salt) 8.3g (40 mmol)을 각각 THF 80 mL에 녹인 후, 드라이 아이스/아세톤 배스(bath)에서 적가하여 상온에서 밤새 교반하였다. 상기 교반 완료 후, 반응 결과물은 ether/water로 추출(extraction)하여 유기층의 잔류수분을 MgSO4로 제거 후, 진공 감압 조건에서 용매(solvent)를 제거하여 액상의 리간드 화합물 11.1g (20 mmol, Mw 556.93)을 얻었다.
상기 얻어진 리간드 화합물 11g을 톨루엔 80 mL 및 Methyl Tertiary Butyl Ether (MTBE) 5 mL 의 혼합 용매에 녹이고, 2.5 M n-부틸 리튬의 헥산 용액 16.7 mL (41.6 mmol)을 적가하여 상온에서 교반하였다. 그리고, 7.5 g (19.8 mmol)의 ZrCl4(THF)2 를 톨루엔 80 mL 에 넣어 슬러리로 준비한 후 dry ice/acetone bath에서 transfer하고 상온에서 밤새 교반하였다.
상기 교반 완료 이후, 상기 슬러리를 여과하여 LiCl을 제거하고, 여과액(filtrate)의 톨루엔을 진공 건조하여 제거한 후 헥산 100 mL을 넣고 1시간 동안 sonication하였다. 이후 상기 슬러리를 필터하여 여과된 고체(filtered solid)인 인 메탈로센 화합물 4.5 g (yield 62.3 mol%, 노란색 고체)을 얻었다.
1H NMR (500 MHz, CDCl3): 8.16 - 6.95 (14H, m), 5.99 (2H, d), 3.99 (2H, m), 3.83 (2H, m), 3.39 (2H, m), 0.15 (18H, d)
[ 제 2 메탈로센 화합물의 제조예 ]
제조예 2
Figure pat00035
1) 리간드 화합물의 제조
건조된 250 mL schlenk flask에 3 g (10 mmol)의 Indenoindole을 넣고 100 mL의 헥센에 녹인 후, 4.4 mL (11 mmol)의 2.5 M nBuLi hexane solution을 천천히 적가하고 반응 혼합물은 천천히 상온으로 올린 후 다음날까지 교반하였다.
다른 250 mL schlenk flask를 글러브 박스안에 넣은 상태에서, (6-tert-butoxyhexyl)dichloro(methyl)silane 2.7 g(10 mmol)의 무게를 재고 상기 글러브 박스 밖으로 꺼내었다. 그리고, 상기 schlenk flask 안으로 50 mL의 헥센을 첨가하여 녹인후, 이 flask를 -78℃까지 냉각한 뒤 Indenoindole의 lithiated solution을 cannula를 통해 주입하였다.
상기 주입 완료 이후, 상기 schlenk flask의 온도를 상온으로 올리고 하루동안 교반한 후, 메틸 TMS-인덴 리튬염(methyl TMS-Indene Lithium salt) 2.1g (10 mmol)을 각각 THF 100 mL에 녹이고 적가하여 상온에서 밤새 교반하였다. 상기 교반 완료 후, 반응 결과물은 ether/water로 추출(extraction)하여 유기층의 잔류수분을 MgSO4로 제거 후, 진공 감압 조건에서 용매(solvent)를 제거하여 액상의 리간드 화합물 7 g (10 mmol, Mw: 696.1)을 얻었다.
1H NMR (500 MHz, CDCl3): 7.86 - 7.11 (17H, m), 5.11-5.64 (3H, d), 4.16 (1H, m), 3.20 (2H, m), 1.61-1.47 (6H, m), 1.15 (9H, s), -0.34 (3H, m)
2) 메탈로센 화합물의 제조
상기 얻어진 리간드 화합물 5.5g(7.9 mmol)을 톨루엔 80 mL에 녹이고, 2.5 M n-부틸 리튬의 헥산 용액 6.6 mL (16.6 mmol)을 적가하여 상온에서 교반하였다. 그리고, 3 g (7.9 mmol)의 ZrCl4(THF)2 를 톨루엔 80 mL 에 넣어 슬러리로 준비한 후 dry ice/acetone bath에서 transfer하고 상온에서 밤새 교반하였다.
상기 교반 완료 이후, 상기 슬러리를 여과하여 LiCl을 제거하고, 여과액(filtrate)의 톨루엔을 진공 건조하여 제거한 후 헥산 100 mL을 넣고 1시간 동안 sonication하였다. 이후 상기 슬러리를 필터하여 여과된 고체(filtered solid)인 인 메탈로센 화합물 1.5 g (yield 23 mol%, 적색 고체)을 얻었다.
1H NMR (500 MHz, CDCl3): 7.66 - 7.20 (17H, m), 6.15-5.71 (1H, d), 5.65 (2H, m), 3.76 (2H, m), 3.20 (2H, m), 1.51-1.29 (4H, m), 1.15 (3H, s), 0.01 (9H, s)
[ 제 3 메탈로센 화합물의 제조예 ]
제조예 3
Figure pat00036
1) 리간드 화합물의 제조
8-methyl-5-(2-(trifluoromethyl)benzyl)-5,10-dihydroindeno[1,2-b]indole 2.9 g(7.4 mmol)을 100 mL의 Hexane과 2 mL(16.8 mmol)의 MTBE (methyl tertialry butyl ether)에 녹여 2.5 M n-BuLi Hexane 용액 3.2 mL(8.1 mmol)을 dryice/acetone bath에서 적가하여 상온에서 밤새 교반하였다. 다른 250 mL 슐랭크 플라스크(schlenk flask)에 (6-tert-butoxyhexyl)dichloro(methyl)silane 2 g(7.4 mmol)를 hexane 50 mL에 녹인 후, dryice/acetone bath에서 적가하여 8-methyl-5-(2-(trifluoromethyl)benzyl)-5,10-dihydroindeno[1,2-b]indole의 lithiated slurry를 cannula를 통해 dropwise 적가하였다. 주입이 끝나 혼합물은 상온으로 천천히 올린 후 상온에서 밤새 교반하였다. 이와 동시에 fluorene 1.2 g(7.4 mmol) 또한 THF 100 mL에 녹여 2.5 M n-BuLi hexane solution 3.2 mL(8.1 mmol)를 dryice/acetone bath에서 적가하여 상온에서 밤새 교반하였다.
8-methyl-5-(2-(trifluoromethyl)benzyl)-5,10-dihydroindeno[1,2-b]indole과 (6-(tert-butoxy)hexyl)dichloro(methyl)silane과의 반응 용액(Si 용액)을 NMR 샘플링하여 반응 완료를 확인하였다.
1H NMR (500 MHz, CDCl3): 7.74-6.49 (11H, m), 5.87 (2H, s), 4.05 (1H, d), 3.32 (2H, m), 3.49 (3H, s), 1.50-1.25(8H, m), 1.15 (9H, s), 0.50 (2H, m), 0.17 (3H, d)
앞서 합성 확인한 후, 상기 Si 용액에 fluorene의 lithiated solution을 dryice/acetone bath에서 천천히 적가하여 상온에서 밤새 교반하였다. 반응 후 ether/water로 추출(extraction)하여 유기층의 잔류수분을 MgSO4로 제거 후, 진공 감압 조건에서 용매를 제거하여 오일상의 리간드 화합물 5.5 g(7.4 mmol)을 얻었으며, 1H-NMR에서 확인할 수 있었다.
1H NMR (500 MHz, CDCl3): 7.89-6.53 (19H, m), 5.82 (2H, s), 4.26 (1H, d), 4.14-4.10 (1H, m), 3.19 (3H, s), 2.40 (3H, m), 1.35-1.21 (6H, m), 1.14 (9H, s), 0.97-0.9 (4H, m), -0.34 (3H, t).
2) 메탈로센 화합물의 제조
상기 합성한 리간드 화합물 5.4 g (Mw 742.00, 7.4 mmol)을 톨루엔 80 mL, MTBE 3 mL(25.2 mmol)에 녹여 2.5 M n-BuLi hexane solution 7.1 mL(17.8 mmol)를 dryice/acetone bath에서 적가하여 상온에서 밤새 교반하였다. ZrCl4(THF)2 3.0 g(8.0 mmol)를 톨루엔 80 mL를 넣어 슬러리로 준비하였다. ZrCl4(THF)2의 80 mL 톨루엔 슬러리를 dry ice/acetone bath에서 리간드-Li 용액을 transfer하여 상온에서 밤새 교반하였다.
반응 혼합물을 필터하여 LiCl을 제거한 뒤, 여과액(filtrate)의 톨루엔을 진공 건조하여 제거한 후 헥산 100 mL을 넣고 1 시간 동안 sonication하였다. 이를 필터하여 여과된 고체(filtered solid)인 자주색의 메탈로센 화합물 3.5 g (yield 52 mol%)을 얻었다.
1H NMR (500 MHz, CDCl3): 7.90-6.69 (9H, m), 5.67 (2H, s), 3.37 (2H, m), 2.56 (3H,s), 2.13-1.51 (11H, m), 1.17 (9H, s).
[혼성 담지 촉매의 제조 실시예 ]
실시예 1
20L sus 고압 반응기에 톨루엔 용액 3.0 kg을 넣고 반응기 온도를 40로 유지하였다. 600의 온도에서 12시간 동안 진공을 가해 탈수시킨 실리카(Grace Davison사 제조, SYLOPOL 948) 1,000 g을 반응기에 투입하고 실리카를 충분히 분산시킨 후, 제조예 1의 메탈로센 화합물 0.1 mmol/g SiO2 비율로 톨루엔에 녹여 투입하고 40에서 2시간 동안 교반하여 반응시켰다. 이후 교반을 중지하고 30분 동안 settling시킨 후 반응 용액을 decantation하였다.
그리고, 반응기에 10 wt% 메틸알루미녹산(MAO)/톨루엔 용액 3 kg을 투입한 후, 40에서 200rpm으로 12시간 동안 교반하였다. 그리고, 제조예 2의 메탈로센 화합물 0.05 mmol/g SiO2 비율로 톨루엔에 녹여 투입하고 40℃에서 200 rpm으로 12시간 동안 교반하여 반응시켰다. 그리고, 제조예 3의 메탈로센 화합물 0.15 mmol/g SiO2 비율로 톨루엔에 녹여 투입하고 40℃에서 200 rpm으로 12시간 동안 교반하여 반응시켰다.
이후, 반응기에 헥산 3.0 kg을 투입하고, 헥산 슬러리를 filter dryer로 이송하고 헥산 용액을 필터하였다. 40에서 4시간 동안 감압 하에 건조하여 1Kg의 SiO2 혼성 담지 촉매를 제조하였다.
실시예 2
상기 제조예 1 내지 3의 메탈로센 화합물을 첨가량을 달리한 점을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 담지 촉매를 제조하였다.
비교예 1
지글러 나타 촉매로 제조한 폴리에틸렌 공중합체(ME1000, LG화학 제품)을 비교예1로 하였다.
< 실험예 >
에틸렌-1- 헥센 공중합
상기 실시예에 각각에서 제조한 각각의 혼성 담지 메탈로센 촉매를 CSTR 연속 중합기 (반응기 부피 50 L, 반응 유속 7m/s)에 투입하여 올레핀 중합체를 제조하였다. 공단량체로는 1-헥센을 사용하였고, 반응기 압력은 10 bar로 중합 온도는 90℃로 유지하였다.
상기 실시예 1 내지 3의 각각의 혼성 담지 메탈로센 촉매를 이용한 중합 조건을 하기 표 1에 정리하여 나타내었다.
촉매 중합조건
압력(bar)
/온도(℃)		 수소
(g/hr)		 1-헥센
(cc/min)
실시예1 제조예1
0.10 mmol/gSiO2 		10/90 3.0 6
제조예2
0.05 mmol/gSiO2
제조예3
0.15 mmol/gSiO2
실시예2 제조예1
0.07 mmol/gSiO2 		10/90 3.0 6
제조예2
0.07 mmol/gSiO2
제조예2
0.15 mmol/gSiO2
중합체의 물성 평가
1) 용융지수(MFR, 2.16 kg/21.6 kg): 측정 온도 190 , ASTM 1238
2) MFRR(MFR21 .6/MFR2 .16): MFR21 .6 용융지수(MI, 21.6kg 하중)를 MFR2 .16(MI, 2.16kg 하중)으로 나눈 비율이다.
3) 분자량, 분자량 분포: PL-SP260을 이용하여 BHT 0.0125% 포함된 1, 2, 4-Trichlorobenzene에서 160, 10시간 동안 녹여 전처리하고, PL-GPC220을 이용하여 측정 온도 160에서 수 평균분자량, 중량 평균분자량을 측정하였다. 분자량 분포는 중량 평균분자량과 수 평균분자량의 비로 나타내었다.
그리고, 측정된 GPC 데이터를 이용하여, x 축이 log Mw이고 y 축이 dw/dlogMw인 GPC 커브 그래프를 도출하였다.
5) ESCR: ASTM D 1693에 따라 10% Igepal CO-630 Solution을 사용하여 온도 50 조건하에서 F50 (50% 파괴)까지의 시간을 측정하였다.
6) 스파이럴 플로우 길이(SF: Spiral flow length): ENGEL 150톤 사출기를 사용하였으며, 금형 두께는 1.5 mm, 사출 온도는 190℃, 금형 온도는 50℃, 사출 압력을 90 bar로 하여 측정하였다.
7) 치수 변화율: 실시예 및 비교예에서 각각 얻어진 올레핀 공중합체로부터 시편을 제작하고, Dynamic Mechanical Analysis(DMA)를 이용하여 치수 변화율을 측정하였다. 구체적으로, 실시예 및 비교예에서 각각 얻어진 올레핀 공중합체를 200℃의 프레스로 20 MPa에서 약 5분간 눌러서 시편(폭 6mm, 두께: 0.3 mm)을 제작하고, 상기 시편을 32℃의 온도 및 0.5 MPa의 압력하에서 20분간 유지하는 단계와 온도를 승온하여 60℃의 온도 및 0.5 MPa의 압력하에서 10분간 유지시키는 단계를 1사이클로 하여 4사이클을 반복하였다. 매 사이클 마다 32℃의 조건에서 Strain을 기록하고, 최종적으로 치수 변화율은 1번째 사이클의 Strain과 4번째 사이클의 Strain의 차이를 1번째 사이클의 Strain 값으로 나눈 값*100(%)으로 하였다.
촉매 MW
(Kg/mol)		 MWD MI MFRR 밀도
(g/㎤)		 치수변화율 (%) ESCR Spiral
실시예1 141,941 7.3 0.31 3.35 0.949 2.02 360 15
실시예2 137,144 9.2 0.32 3.56 0.951 1.53 320 17
비교예1 138.940 12.2 0.9 4.0 0.952 4.35 50 13
상기 표2에 나타난 바와 같이, 실시예 1 및 2의 혼성 메탈로센 촉매를 이용하여 얻어진 올레핀 공중합체는 내환경 응력 균열성이 300 시간 이상이며 상대적으로 높은 스파이럴 플로우 길이를 나타내며, 고온 및 고압 조건에서도 치수 변화율이 약 2%이하로 나타내서 높은 형태 안정성을 나타낸다는 점이 확인되었다.
한편, 도1에서 확인되는 바와 같이, 실시예 1 및 2 각각에서 제조된 올레핀 공중합체는 x 축이 log Mw이고 y 축이 dw/dlogMw인 GPC 커브 그래프에서 log Mw가 5.0 이상 5.5 미만의 영역에서의 적분값이 x축 전체 적분값의 약 23% 및 21%으로 나타났으며, 또한 x축 전체 적분값 대비 log Mw가 4.5 이상 5.0 미만의 영역에서 적분값의 비율 대비해서 log Mw가 5.0 이상 5.5 미만의 영역에서의 적분값의 비율의 차이가 각각 6.36% 및 5.24% 인것으로 확인되었다.
상술한 바와 같이, 실시예 1 및 2의 실시예 1 및 2 각각에서 제조된 올레핀 공중합체는 x 축이 log Mw이고 y 축이 dw/dlogMw인 GPC 커브 그래프에서 상술한 수치를 나타냄에 따라서, 상기 올레핀 공중합체는 고분자 사출 제품에 필요한 높은 강성을 가지면서도 쉽게 깨어지지 않는 특성을 가질 수 있고, 높은 내압 및 내화학성과 함께 우수한 치수 안정성을 나타내어 온도 및 압력의 변화에 따른 변형율이 크게 낮은 특성을 나타낸다.
즉, 실시예 1 및 2의 혼성 메탈로센 촉매를 이용하여 얻어진 올레핀 공중합체는 용융 유동 지수 및 용융 유동률비가 넓어 우수한 가공성을 가지며, 높은 분자량, 넓은 분자량 분포 및 높은 긴 사슬 곁가지 함량을 가질 뿐만 아니라, 상기 확인된 바와 같이 내환경 응력 균열성 및 가공성이 우수하고 고압 및 고온 환경에서 안정성이 우수하여 식품 용기, 보틀캡 등으로 적용되어 우수한 성능을 구현할 수 있다.

Claims (10)

  1. 하기 화학식1의 전이 금속 화합물을 포함하는 제1메탈로센 촉매;
    하기 화학식2의 전이 금속 화합물을 포함하는 제2메탈로센 촉매; 및
    하기 화학식3의 전이 금속 화합물을 포함하는 제3메탈로센 촉매;를 포함하는, 올레핀 공중합체 합성용 촉매 조성물:
    [화학식1]
    Figure pat00037

    상기 화학식1에서,
    상기 R1 내지 R4는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 할로겐, C1 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기, C2 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄의 알케닐기, C1 내지 C20의 알킬실릴기, C1 내지 C20의 실릴알킬기, C1 내지 C20의 알콕시실릴기, C1 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄의 알콕시기, C6 내지 C20의 아릴기, C7 내지 C20의 알킬아릴기, 또는 C7 내지 C20의 아릴알킬기이며,
    상기 Q1은 탄소수 4 내지 20의 알킬렌기(akylene), 탄소수 4 내지 20의 알케닐렌기(akenylene), 탄수소 6 내지 20의 아릴렌기(arylene), 탄소수 4 내지 20의 사이클로알킬렌기(cycloakylene), 탄수소 7 내지 22의 아릴(aryl) 알킬렌기, 탄소수 5 내지 22의 사이클로알킬 알킬렌기,
    상기 R5 내지 R11는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 할로겐, C1 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기, C2 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄의 알케닐기, C1 내지 C20의 알킬실릴기, C1 내지 C20의 실릴알킬기, C1 내지 C20의 알콕시실릴기, C1 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄의 알콕시기, C6 내지 C20의 아릴기, C7 내지 C20의 알킬아릴기, 또는 C7 내지 C20의 아릴알킬기이며,
    상기 R5 내지 R11 중 하나의 벤젠 고리에서 서로 인접하는 2개 이상이 서로 연결되어 치환 또는 비치환된 지방족 또는 방향족 고리를 형성할 수 있고;
    M1은 4족 전이금속이며,
    Y1 및 Y2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐, C1 내지 C20의 알킬기, C2 내지 C20의 알케닐기, C6 내지 C20의 아릴기, 니트로기, 아미도기, C1 내지 C20의 알킬실릴기, C1 내지 C20의 알콕시기, 또는 C1 내지 C20의 술폰네이트기이고,
    [화학식 2]
    Figure pat00038

    상기 화학식2에서,
    M2은 4족 전이금속이며,
    X21 및 X22는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐, C1 내지 C20의 알킬기, C2 내지 C20의 알케닐기, C6 내지 C20의 아릴기, 니트로기, 아미도기, C1 내지 C20의 알킬실릴기, C1 내지 C20의 알콕시기, 또는 C1 내지 C20의 술폰네이트기이고,
    Q2 탄소, 실리콘 또는 게르마늄이고;
    R21 및 R22는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 할로겐, C1 내지 C20의 알킬기, C2 내지 C20의 알케닐기, C6 내지 C20의 아릴기, C7 내지 C20의 알킬아릴기, C7 내지 C20의 아릴알킬기, C1 내지 C20의 알콕시기, C2 내지 C20의 알콕시알킬기, C3 내지 C20의 헤테로시클로알킬기, 또는 C5 내지 C20의 헤테로아릴기이고;
    C21 및 C22 중 하나는 하기 화학식 2a로 표시되고, 다른 하나는 하기 화학식 2b로 표시되며;
    [화학식 2a]
    Figure pat00039

    [화학식 2b]
    Figure pat00040

    상기 화학식 2a에서,
    Z1 내지 Z9는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, C1 내지 C20의 알킬기, C2 내지 C20의 알케닐기, C1 내지 C20의 알콕시기, C1 내지 C20의 알킬실릴기, C1 내지 C20의 실릴알킬기, C6 내지 C20의 아릴기, C7 내지 C20의 알킬아릴기, 또는 C7 내지 C20의 아릴알킬기이고;
    상기 화학식 2b에서,
    Z10 및 Z12 내지 Z15는 수소, 할로겐 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기이고,
    Z11은 C1 내지 C20의 알킬기, C2 내지 C20의 알케닐기, C1 내지 C20의 알킬실릴기, C1 내지 C20의 실릴알킬기, C1 내지 C20의 알콕시실릴기, C1 내지 C20의 에테르기, C1 내지 C20의 실릴에테르기, C1 내지 C20의 실릴옥시기, C1 내지 C20의 알콕시기, C2 내지 C20의 알콕시알킬기, C6 내지 C20의 아릴기, C7 내지 C20의 알킬아릴기, 또는 C7 내지 C20의 아릴알킬기이고,
    [화학식3]
    Figure pat00041

    상기 화학식 3에서,
    M3은 4족 전이금속이며,
    X31 및 X32는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐, C1 내지 C20의 알킬기, C2 내지 C20의 알케닐기, C6 내지 C20의 아릴기, 니트로기, 아미도기, C1 내지 C20의 알킬실릴기, C1 내지 C20의 알콕시기, 또는 C1 내지 C20의 술폰네이트기이고,
    Q3 탄소, 실리콘 또는 게르마늄이고;
    R31 및 R32는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 할로겐, C1 내지 C20의 알킬기, C2 내지 C20의 알케닐기, C6 내지 C20의 아릴기, C7 내지 C20의 알킬아릴기, C7 내지 C20의 아릴알킬기, C1 내지 C20의 알콕시기, C2 내지 C20의 알콕시알킬기, C3 내지 C20의 헤테로시클로알킬기, 또는 C5 내지 C20의 헤테로아릴기이고;
    C31 및 C32는 중 하나는 하기 화학식 3a 또는 화학식 3b로 표시되고, C31 및 C32 중 나머지 하나는 하기 화학식 3c, 화학식 3d, 또는 화학식 3e로 표시되며;
    [화학식3a]
    Figure pat00042

    [화학식 3b]
    Figure pat00043

    [화학식 3c]
    Figure pat00044

    [화학식 3d]
    Figure pat00045

    [화학식 3e]
    Figure pat00046

    상기 화학식 2a, 2b, 3a, 3b 및 3c에서, J1 내지 J31 및 J1' 내지 J13'은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 할로겐, C1 내지 C20의 알킬기, C1 내지 C20의 할로 알킬기, C2 내지 C20의 알케닐기, C1 내지 C20의 알킬실릴기, C1 내지 C20의 실릴알킬기, C1 내지 C20의 알콕시실릴기, C1 내지 C20의 알콕시기, C6 내지 C20의 아릴기, C7 내지 C20의 알킬아릴기, 또는 C7 내지 C20의 아릴알킬기이며,
    J9 내지 J13 및 J9' 내지 J13'중 하나 이상은 C1 내지 C20의 할로 알킬기이고,
    J1 내지 J31 및 J1' 내지 J13'중 하나의 방향족 고리에서 서로 인접하는 2개 이상이 서로 연결되어 치환 또는 비치환된 지방족 또는 방향족 고리를 형성할 수 있다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화학식1에서,
    상기 R1 내지 R2는 C1 내지 C20의 알킬실릴기, C1 내지 C20의 실릴알킬기이고,
    상기 R3 내지 R4는 탄수소 6 내지 20의 아릴렌기(arylene), 또는 탄소수 8 내지 22의 아릴 디알킬렌기이고,
    상기 R5 내지 R11는 각각 수소, 할로겐, C1 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기이고,
    M1은 티타늄, 지르코늄 또는 하프늄이고, Y1 및 Y2는 할로겐인,
    올레핀 공중합체 합성용 촉매 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 2a의 Z1 내지 Z9는 각각 독립적으로 수소, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, tert-부틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 에틸렌기, 프로필렌기, 부테닐기, 페닐기, 벤질기, 나프틸기, 메톡시기, 에톡시기, 또는 tert-부톡시헥실기이고,
    상기 화학식 2b의 Z11은 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, tert-부틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 에틸렌기, 프로필렌기, 부테닐기, 페닐기, 벤질기, 나프틸기, 트리메틸실릴기, 트리에틸실릴기, 트리프로필실릴기, 트리부틸실릴기, 트리이소프로필실릴기, 트리메틸실릴메틸기, tert-부틸디메틸실릴에테르기, 메톡시기, 에톡시기, 또는 tert-부톡시헥실기이고,
    상기 화학식 2의 R21 및 R22는 메틸기 또는 tert-부톡시헥실기인,
    올레핀 공중합체 합성용 촉매 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 3a, 3b, 3c, 3d 및 3e의 J1 내지 J31 및 J1' 내지 J13'은 각각 독립적으로 수소, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, tert-부틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 페닐기, 할로겐기, 트리메틸실릴기, 트리에틸실릴기, 트리프로필실릴기, 트리부틸실릴기, 트리이소프로필실릴기, 트리메틸실릴메틸기, 메톡시기, 에톡시기이고,
    J9 내지 J13 및 J9' 내지 J13'중 하나 이상은 탄소수 1 내지 3의 퍼플로오로알킬(perfluoroalkyl)이고,
    상기 화학식 3의 R31 및 R32은 각각 독릭적으로 수소, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, tert-부틸기, 메톡시메틸기, tert-부톡시메틸기, tert-부톡시헥실기, 1-에톡시에틸기, 1-메틸-1-메톡시에틸기, 테트라하이드로피라닐기, 또는 테트라하이드로퓨라닐기인,
    올레핀 공중합체 합성용 촉매 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 화학식2의 전이 금속 화합물을 포함하는 제2메탈로센 촉매 대비 상기 화학식1의 전이 금속 화합물을 포함하는 제1메탈로센 촉매 및 상기 화학식3의 전이 금속 화합물을 포함하는 제3메탈로센 촉매의 몰비가 1:0.5 내지 2: 1 내지 5인, 올레핀 공중합체 합성용 촉매 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 올레핀 공중합체 합성용 촉매 조성물은 조촉매 또는 담체를 더 포함하는, 올레핀 공중합체 합성용 촉매 조성물.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 조촉매는 화학식 6 및 7의 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는, 올레핀 공중합체 합성용 촉매 조성물:
    [화학식 6]
    -[Al(X)-O-]k-
    상기 화학식 6에서, X는 각각 독립적으로 할로겐, 할로겐 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 하이드로카빌기이고, k는 2 이상의 정수이고,
    [화학식 7]
    T+[BG4]-
    화학식 7에서, T+은 +1가의 다원자 이온이고, B는 +3 산화 상태의 붕소이고, G는 각각 독립적으로 하이드라이드기, 디알킬아미도기, 할라이드기, 알콕사이드기, 아릴옥사이드기, 하이드로카빌기, 할로카빌기 및 할로-치환된 하이드로카빌기로 이루어진 군에서 선택되고, 상기 G는 20개 이하의 탄소를 가지나, 단 하나 이하의 위치에서 G는 할라이드기이다.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제 1 메탈로센 화합물 및 제 2 메탈로센 화합물에 포함되는 전이금속의 전체 중량 대비 담체의 질량비는 10 내지 10,000 인 올레핀 공중합체 합성용 촉매 조성물.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 조촉매 대비 담체의 질량비는 1 내지 100 인 올레핀 공중합체 합성용 촉매 조성물.
  10. 제1항의 올레핀 공중합체 합성용 촉매 조성물의 존재 하에, 에틸렌 및 알파-올레핀을 공중합하는 단계는 포함하는, 올레핀 공중합체의 제조 방법.
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