KR20190068207A - A analyzing Method for Branch of Polybutadiene - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 폴리부타디엔에 포함된 분지의 분석방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for analyzing branches contained in polybutadiene.
폴리부타디엔 고무(BR, Polybutadiene rubber)는 1,4-butadiene(Cis/Trans)과 1,2-butadiene(Vinyl)의 microstructure로 이루어져 있다. BR의 물성에 영향을 미치는 인자는 microstructure의 비율로, 이중 vinyl 구조는 polymerization condition에 따라 다양한 함량을 나타내게 된다. Polybutadiene rubber (BR) consists of microstructure of 1,4-butadiene (Cis / Trans) and 1,2-butadiene (Vinyl). The factors affecting the properties of BR are microstructure ratio, and the double vinyl structure shows various contents according to the polymerization condition.
BR에 생성 가능한 branch는 2가지로 구분할 수 있다. BR의 short chain branch(SCB)는 vinyl 구조와 같이 microstructure 차이로 인해 생성된 branch를 의미하며, long chain branch(LCB)는 polymer main chain 자체가 짧게 혹은 길게 main chain의 branch point로부터 연결된 형태를 의미한다. Branches that can be created in BR can be divided into two types. BR's short chain branch (SCB) means a branch created by microstructure difference like vinyl structure, and long chain branch (LCB) means that polymer main chain itself is short or long connected from branch point of main chain .
일반적으로, 타이어 제조에 사용되는 BR 내 LCB는 컴파운딩 시 filler가 rubber matrix 안에서 빠르고 안정적으로 incorporation 되는 것을 도와 process를 향상 시킬 수 있다. 또한, highly linear BR은 상온에서 외력에 의해 유동하거나 변형되는 cold flow 또는 creep 특성이 나타날 수 있는데, BR 내 LCB는 이러한 현상을 감소 시킬 수 있는 것으로 알려져 있다. In general, the LCB in BR used in tire manufacturing can help the process to be incorporated quickly and stably in the rubber matrix during compounding. In addition, highly linear BRs can exhibit cold flow or creep characteristics, which may flow or deform at external temperatures due to external forces. LCB in BR is known to reduce this phenomenon.
본 발명이 해결하고자하는 과제는, 폴리부타디엔에 포함된 LCB(long chain branch) 및 SCB(short chain branch)의 정량분석방법을 제공하고자 하는 것이다.A problem to be solved by the present invention is to provide a quantitative analysis method of long chain branch (LCB) and short chain branch (SCB) contained in polybutadiene.
본 발명의 과제를 해결하기 위해,In order to solve the problems of the present invention,
폴리부타디엔을 수소화(hydrogenation) 시키는 단계; 및Hydrogenating polybutadiene; And
상기 수소화된 폴리부타디엔에 포함된 LCB(long chain branch) 및 SCB(short chain branch)의 함량을 NMR 스펙트럼을 이용해 정량분석하는 단계를 포함하는 폴리부타디엔 분지의 분석방법을 제공한다.And quantitatively analyzing the content of long chain branch (LCB) and short chain branch (SCB) contained in the hydrogenated polybutadiene using an NMR spectrum.
일 실시예에 따르면, 상기 NMR 스펙트럼은 13C-NMR 스펙트럼일 수 있다.According to one embodiment, the NMR spectrum may be 13 C-NMR spectrum.
일 실시예에 따르면, 상기 LCB(long chain branch)는 탄소수 6이상의 분지(branch)일 수 있다.According to one embodiment, the LCB (long chain branch) may be a branch having a carbon number of 6 or more.
일 실시예에 따르면, 상기 폴리부타디엔의 수소화는, 고온 및 고압에서 수소화 촉매 하에 폴리부타디엔을 수소화하여 이중결합을 제거하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the hydrogenation of the polybutadiene may comprise hydrogenating the polybutadiene under a hydrogenation catalyst at high temperature and pressure to remove the double bond.
일 실시예에 따르면, 상기 촉매가 하기 화학식 1의 구조를 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the catalyst may have a structure represented by the following formula (1).
[화학식 1][Chemical Formula 1]
(RpZ)rRhXq (R p Z) r RhX q
상기 화학식 1에 있어서,In Formula 1,
R은 C1-C8-알킬기, C4-C8-시클로알킬기, C6-C15-아릴기 또는 C7-C15-아르알킬기이고, Z는 인(P), 비소(As), 황(S), 또는 술폭시드기 (S=O)이고, X는 수소 또는 할라이드 이온이며, p는 2 내지 3의 정수이고, r은 2 내지 4의 정수이며,R is a C 1 -C 8 -alkyl group, a C 4 -C 8 -cycloalkyl group, a C 6 -C 15 -aryl group or a C 7 -C 15 -aralkyl group and Z is at least one of phosphorus (P), arsenic (As), sulfur (S) (S = O), X is hydrogen or a halide ion, p is an integer of 2 to 3, r is an integer of 2 to 4,
q는 1 내지 3의 정수이다.q is an integer of 1 to 3;
일 실시예에 따르면, 상기 수소화 반응은 조촉매를 더 첨가하여 수행되며, 상기 조촉매는 하기 화학식 2의 구조를 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the hydrogenation reaction is performed by further adding a cocatalyst, and the cocatalyst may include a structure represented by the following formula (2).
[화학식 2](2)
RpZR p Z
상기 화학식 2에 있어서,In Formula 2,
R은 C1-C8-알킬기, C4-C8-시클로알킬기, C6-C15-아릴기 또는 C7-C15-아르알킬기이고, Z는 인(P), 비소(As), 황(S), 또는 술폭시드기 (S=O)이며, p는 2 내지 3의 정수이다.R is a C 1 -C 8 -alkyl group, a C 4 -C 8 -cycloalkyl group, a C 6 -C 15 -aryl group or a C 7 -C 15 -aralkyl group and Z is at least one of phosphorus (P), arsenic (As), sulfur (S) Group (S = O), and p is an integer of 2 to 3.
일 실시예에 따르면, 수소화된 폴리부타디엔에 포함된 LCB(long chain branch) 및 SCB(short chain branch)의 함량을 NMR 스펙트럼을 이용해 정량분석하는 단계에 있어서, NMR (Nuclear Magnetic Resonance) 분광기 및 펄스 프로그램을 함께 이용하는 것일 수 있다.According to one embodiment, in the step of quantitatively analyzing the content of long chain branch (LCB) and short chain branch (SCB) contained in hydrogenated polybutadiene using NMR spectroscopy, NMR (Nuclear Magnetic Resonance) May be used together.
일 실시예에 따르면, 상기 펄스 프로그램은 1H 펄스 프로그램 또는 13C 펄스 프로그램일 수 있다.According to one embodiment, the pulse program may be a 1 H pulse program or a 13 C pulse program.
본 발명은 폴리부타디엔을 수소화시켜, 폴리부타디엔 주쇄(main chain)에 포함된 이중결합을 제거한 후 ethylene-co-1-butene으로 이루어진 LLDPE(Linear Low-density polyethylene)구조와 유사한 LLDPE 유사체를 제조하여 NMR 스펙트럼을 측정함으로써, NMR 스펙트럼을 이용하여 주쇄에 결합된 분지의 함량을 정량분석할 수 있다.The present invention relates to a process for producing a LLDPE analogue similar to an LLDPE (linear low-density polyethylene) structure consisting of ethylene-co-1-butene after hydrogenating polybutadiene to remove double bonds contained in the main chain of polybutadiene, By measuring the spectrum, the content of branch bonded to the main chain can be quantitatively analyzed using NMR spectrum.
도 1은 BR(Polybutadiene rubber)의 13C-NMR spectrum을 나타낸다.
도 2는 BR(Polybutadiene rubber)의 수소화(hydrogenation) 전/후 1H-NMR spectrum을 비교하여 나타낸 것이다.
도 3은 BR(Polybutadiene rubber)의 수소화(hydrogenation)로부터 얻어진 LLDPE(Linear Low-density polyethylene) 유사체의 13C-NMR spectrum을 나타낸것이다.1 shows a 13 C-NMR spectrum of BR (polybutadiene rubber).
2 is a graph comparing 1 H-NMR spectrum before and after hydrogenation of BR (polybutadiene rubber).
3 shows a 13 C-NMR spectrum of a linear low-density polyethylene (LLDPE) analogue obtained from the hydrogenation of polybutadiene rubber (BR).
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
폴리부타디엔 고무(BR)의 SCB(short chain branch)인 Vinyl 구조는 1H NMR spectrum에서 폴리부타디엔의 main chain 구조인 Cis/Trans 구조와 구분되므로 함량 분석이 가능하지만, LCB(long chain branch)는 BR의 main chain의 구조와 구분되지 않으므로, BR 자체로는 1H NMR 또는 13C NMR 스펙트럼을 이용한 LCB 정성 및 정량 분석이 불가능하다. The Vinyl structure, which is short chain branch (SCB) of polybutadiene rubber (BR), is distinguishable from the Cis / Trans structure, which is the main chain structure of polybutadiene in the 1 H NMR spectrum. , It is impossible to qualitatively and quantitatively analyze LCB using 1 H NMR or 13 C NMR spectroscopy.
본 발명은 이러한 종래의 문제를 해결하기 위해, 폴리부타디엔 고무를 수소화 한 후 분지의 함량을 분석하는 분석방법을 제공하고자 한다.In order to solve such conventional problems, the present invention provides an analytical method for analyzing the content of branches after hydrogenating polybutadiene rubber.
본 발명은,According to the present invention,
폴리부타디엔을 수소화(hydrogenation) 시키는 단계; 및Hydrogenating polybutadiene; And
상기 수소화된 폴리부타디엔에 포함된 LCB(long chain branch) 및 SCB(short chain branch)의 함량을 NMR 스펙트럼을 이용해 정량분석하는 단계를 포함하는 폴리부타디엔 분지의 분석방법을 제공한다.And quantitatively analyzing the content of long chain branch (LCB) and short chain branch (SCB) contained in the hydrogenated polybutadiene using an NMR spectrum.
본 발명은 하기 반응식에 나타낸 것과 같이 폴리부타디엔 고무를 수소화시켜줌으로써, 폴리부타디엔 주쇄(main chain)에 포함된 이중결합을 제거한 후 ethylene-co-1-butene으로 이루어진 LLDPE(Linear Low-density polyethylene)구조와 유사한 LLDPE 유사체를 제조한 후 NMR 스펙트럼을 이용하여 주쇄에 결합된 분지의 함량을 분석할 수 있다.The present invention relates to a process for producing polybutadiene rubber by hydrogenating a polybutadiene rubber to remove a double bond contained in a main chain of a polybutadiene and then forming a linear low density polyethylene (LLDPE) structure comprising ethylene-co-1-butene LLDPE < / RTI > analogs similar to those described above can be prepared, and then the content of branches bonded to the backbone can be analyzed using NMR spectra.
[반응식][Reaction Scheme]
본 발명은, LLDPE 유사체를 정량분석에 사용함으로써, LLDPE의 분지 정량분석방법을 이용하여 SCB와 LCB의 peak를 스펙트럼상에서 각각 분리시켜 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 특히, LCB와 LLDPE 유사체의 주쇄의 peak가 구분되어 나타날 수 있어 폴리부타디엔에 포함된 LCB 함량을 정량할 수 있다.The present invention can be obtained not only by separating the peaks of SCB and LCB on the spectrum using LLDPE branching analysis method by using LLDPE analogs for quantitative analysis, but also by peaks of the main chain of LCB and LLDPE analogues And the amount of LCB contained in polybutadiene can be quantified.
이때, LCB는 1-옥텐 공단량체(1-octenecomonomer)에 의해 만들어지는 C6 분지와 그 이상의 탄소수를 갖는 분지로 정의할 수 있다.In this case, LCB can be defined as a branch having a C6 branch and a carbon number higher than that produced by a 1-octene comonomer.
일 실시예에 따르면, 상기 정량분석에 사용될 수 있는 NMR 분광기는 13C-NMR 분광기일 수 있다.According to one embodiment, the NMR spectroscope that may be used in the quantitative analysis may be a 13 C-NMR spectroscope.
상기 LLDPE 유사체를 13C-NMR 분광기를 이용하여 분지를 정량하는 방법은, 예를 들면,The method of quantifying the LLDPE analogue using a 13 C-NMR spectrometer is, for example,
LLDPE 유사체의 주쇄에 존재하는 메틸렌 탄소는 13C-NMR 상, 화학 시프트 δ=30ppm 근처에서 관찰되며, C6 의 분지의 경우 분지 말단의 메틸탄소는 δ=14.26ppm 근처에서 나타날 수 있고, C2의 분지의 경우에는 δ=11.34ppm 근처에서 나타날 수 있다. 따라서, C6의 분지의 경우에는 δ=30ppm 근처에서 관찰되는 주쇄의 메틸렌 탄소의 피크의 면적에 대한 화학 시프트 δ=14.06ppm 근처에서 나타나는 메틸 탄소의 피크의 면적의 상대값을 계산하여 정량을 평가할 수 있고, C2의 분지의 경우에는 δ=30ppm 근처에서 관찰되는 주쇄의 메틸렌 탄소의 피크의 면적에 대한 화학 시프트 δ=11.34ppm 근처에서 나타나는 메틸 탄소의 피크 면적의 상대값을 계산하여 정량을 평가할 수 있다.The methylene carbon present in the main chain of the LLDPE analog is observed near the chemical shift δ = 30 ppm in 13 C-NMR, and the methyl carbon at the branching end in the branching point of C6 can appear near δ = 14.26 ppm, In the case of δ = 11.34 ppm. Therefore, in the case of the branch of C6, the relative value of the area of the peak of methyl carbon appearing near the chemical shift? = 14.06 ppm relative to the area of the peak of the methylene carbon of the main chain observed near? = 30 ppm can be evaluated to evaluate the quantitation , And in the case of the branch of C2, the relative value of the peak area of methyl carbon appearing near the chemical shift δ = 11.34 ppm relative to the area of the peak of the methylene carbon of the main chain observed near δ = 30 ppm can be calculated to evaluate the quantification .
일 실시예에 따르면 상기 폴리부타디엔 고무의 수소화는, 고온 및 고압에서 수소화 촉매 하에 폴리부타디엔을 수소화하여 이중결합을 제거하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the hydrogenation of the polybutadiene rubber may include a step of hydrogenating the polybutadiene under a hydrogenation catalyst at a high temperature and a high pressure to remove double bonds.
이때, 상기 폴리부타디엔을 수소화시키기 위한 공정에 있어서, 압력 조건은 30 내지 60bar일 수 있으며, 바람직하게는 40 내지 60bar의 압력으로 수행될 수 있다.At this time, in the process for hydrogenating the polybutadiene, the pressure condition may be 30 to 60 bar, preferably 40 to 60 bar.
상기 폴리부타디엔을 수소화시키기 위한 공정에 있어서, 반응온도는 100 내지 150℃ 에서 수행 될 수 있으며, 바람직하게는 100 내지 130℃ 에서 수행될 수 있으며, 반응시간은 20 내지 40시간 바람직하게는 20 내지 30시간 동안 수행되는 것일 수 있다.In the process for hydrogenating the polybutadiene, the reaction temperature may be from 100 to 150 ° C, preferably from 100 to 130 ° C, and the reaction time is from 20 to 40 hours, preferably from 20 to 30 hours, Lt; / RTI > time.
상기 수소화를 위한 촉매로는 일반적으로 수소화에 사용되는 수소화 촉매가 사용될 수 있으며, 보다 구체적으로는 하기 화학식 1의 구조를 포함하는 촉매를 사용할 수 있다.As the catalyst for hydrogenation, a hydrogenation catalyst generally used for hydrogenation may be used. More specifically, a catalyst having a structure represented by the following formula (1) may be used.
[화학식 1][Chemical Formula 1]
(RpZ)rRhXq (R p Z) r RhX q
상기 화학식 1에 있어서,In Formula 1,
R은 C1-C8-알킬기, C4-C8-시클로알킬기, C6-C15-아릴기 또는 C7-C15-아르알킬기이고,R is a C 1 -C 8 -alkyl group, a C 4 -C 8 -cycloalkyl group, a C 6 -C 15 -aryl group or a C 7 -C 15 -aralkyl group,
Z는 인(P), 비소(As), 황(S), 또는 술폭시드기 (S=O)이고,Z is phosphorus (P), arsenic (As), sulfur (S), or sulfoxide group (S = O)
X는 수소 또는 할라이드 이온이며,X is hydrogen or a halide ion,
p는 2 내지 3의 정수이고,p is an integer of 2 to 3,
r은 2 내지 4의 정수이며,r is an integer of 2 to 4,
q는 1 내지 3의 정수이다.q is an integer of 1 to 3;
상기 화학식 1의 구조를 갖는 촉매로는 예를 들면, 바람직한 촉매는 트리스(트리페닐포스핀)-로듐(I)-클로라이드((PPh3)3RhCl), 트리스(트리페닐포스핀)-로듐(III)-클로라이드((PPh3)3RhCl3) 및 트리스(디메틸술폭시드)-로듐(III)-클로라이드, 및 화학식 ((C6H5)3P)4RhH의 테트라키스(트리페닐포스핀)-로듐 히드라이드, 및 상기 트리페닐포스핀 잔기가 트리시클로헥실포스핀 잔기로 치환된 화합물이 있을 수 있다. 상기 촉매는 소량으로 사용될 수 있으며, 예를 들면, 폴리부타디엔의 100 중량부를 기준으로 0.10 중량부 내지 50 중량부, 바람직하게는 2.0 중량부 내지 10 중량부으로 사용될 수 있다.Examples of suitable catalysts having the structure of
또한, 상기 촉매는 조촉매와 함께 사용될 수 있으며, 보다 상세하게는 하기 화학식 2의 구조를 포함하는 조촉매를 함께 사용할 수 있다.Further, the catalyst may be used together with a cocatalyst, and more particularly, a cocatalyst including a structure of the following formula (2) may be used together.
[화학식 2](2)
RpZR p Z
상기 화학식 2에 있어서,In
R은 C1-C8-알킬기, C4-C8-시클로알킬기, C6-C15-아릴기 또는 C7-C15-아르알킬기이고,R is a C 1 -C 8 -alkyl group, a C 4 -C 8 -cycloalkyl group, a C 6 -C 15 -aryl group or a C 7 -C 15 -aralkyl group,
Z는 인(P), 비소(As), 황(S), 또는 술폭시드기 (S=O)이며, Z is phosphorus (P), arsenic (As), sulfur (S), or sulfoxide group (S = O)
p는 2 내지 3의 정수이다.p is an integer of 2 to 3;
바람직하게는 상기 R 및 Z는 상기 촉매에 사용된 것과 동일한 것일 수 있다.Preferably, R and Z may be the same as those used for the catalyst.
상기 조촉매는 폴리부타디엔의 100중량부를 기준으로 0.38 중량부 내지 190 중량부, 바람직하게는 7.6 중량부 내지 38 중량부으로 사용될 수 있다.The cocatalyst may be used in an amount of 0.38 to 190 parts by weight, preferably 7.6 to 38 parts by weight based on 100 parts by weight of polybutadiene.
상기 수소화 공정에 사용되는 유기용매로는 통상적으로 수소화 공정에 사용되는 것이라면 한정없이 사용가능하며, 예를 들면, 펜탄, 헥산, 헵탄 및 옥탄과 같은 직쇄 및 측쇄 탄화수소 및 이들의 알킬-치환된 유도체; 사이클로펜탄, 사이클로헥산 및 사이클로헵탄과 같은 지환족 탄화수소 및 이들의 알킬-치환된 유도체; 벤젠, 나프탈렌, 톨루엔 및 자일렌과 같은 방향족 및 알킬-치환된 방향족 탄화수소; 테트랄린 및 데칼린과 같은 수소화된 방향족 탄화수소; 디메틸에테르, 메틸에틸에테르, 디에틸에테르 및 테트라하이드로퓨란과 같은 직쇄 및 사이클릭 에테르로부터 선택되는 하나 이상의 유기용매가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 벤젠, 나프탈렌, 톨루엔 및 자일렌과 같은 방향족 및 알킬-치환된 방향족 탄화수소로부터 선택되는 유기용매가 보다 적합할 수 있다.The organic solvent used in the hydrogenation process is not particularly limited as long as it is used in a hydrogenation process, for example, linear and branched chain hydrocarbons such as pentane, hexane, heptane and octane, and alkyl-substituted derivatives thereof; Alicyclic hydrocarbons such as cyclopentane, cyclohexane and cycloheptane, and alkyl-substituted derivatives thereof; Aromatic and alkyl-substituted aromatic hydrocarbons such as benzene, naphthalene, toluene and xylene; Hydrogenated aromatic hydrocarbons such as tetralin and decalin; One or more organic solvents selected from straight-chain and cyclic ethers such as dimethyl ether, methyl ethyl ether, diethyl ether and tetrahydrofuran can be used, and preferably aromatic and alkyl-substituted solvents such as benzene, naphthalene, toluene and xylene, Organic solvents selected from substituted aromatic hydrocarbons may be more suitable.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.
<비교예 1>≪ Comparative Example 1 &
탄소수 2의 SCB 및 탄소수 6이상의 LCB를 포함하는 폴리부타디엔 고무(BR, Polybutadiene rubber)의 13C NMR 스펙트럼을 측정하여 하기 도 1에 나타내었다.The 13 C NMR spectrum of a polybutadiene rubber (BR) containing SCB having 2 carbon atoms and LCB having 6 or more carbon atoms was measured and is shown in FIG.
<실시예 1>≪ Example 1 >
비교예 1의 BR을 하기 표 1의 조건으로 수소화 시켜, LLDPE(Linear Low-density polyethylene) 유사체를 제조하였다. 상기 얻어진 LLDPE 유사체의 1H NMR 측정결과를 도 2에 나타내었다. 상기 도 2의 1H NMR spectrum 결과로부터 BR의 수소화 과정이 제대로 진행되었는지(모두 수소화되었는지) 판단할 수 있으며, 이로부터 BR이 LLDPE 유사체로 구조적 변형이 되었는지 여부를 확인할 수 있다. The BR of Comparative Example 1 was hydrogenated under the conditions shown in Table 1 to prepare an LLDPE (Linear Low-density polyethylene) analogue. The results of 1 H NMR measurement of the obtained LLDPE analog are shown in FIG. From the 1 H NMR spectrum of FIG. 2, it can be judged whether the BR hydrogenation process has proceeded properly (all hydrogenation). From this, it can be confirmed whether BR is structurally modified to LLDPE analogue.
도 2의 1H NMR에서는 수소화된 BR의 분지 말단의 메틸기(-CH3)가 작게나마 나타나지만, 1H NMR 스펙트럼에서는 LCB와 SCB의 peak 겹침으로 인해 LCB와 SCB의 함량을 정확하게 정량할 수 없다는 문제점이 있으며, 주쇄와 분지에 포함된 -CH, -CH2 기가 구분되지 않고 나타나므로 1H NMR 단독으로는 분지의 정량분석에 어려움이 있다.In FIG 1 H NMR of the second group of the branch ends of a hydrogenated BR (-CH 3) is smaller, albeit appear, 1 H NMR spectrum the problems due to peak overlap of SCB and LCB that can accurately quantify the amount of SCB and LCB And the -CH and -CH 2 groups included in the main chain and the branch are not distinguished from each other. Therefore, it is difficult to quantitatively analyze the branch with 1 H NMR alone.
따라서, LLDPE정량분석을 위해서는 1H NMR 이외에 13C NMR의 측정이 필요하다. Therefore, in order to quantitatively analyze LLDPE, 13 C NMR measurement is required in addition to 1 H NMR.
LLDPE 정량분석을 위해 상기 LLDPE 유사체의 13C NMR 스펙트럼을 측정하여 하기 도 3에 나타내었다.The 13 C NMR spectrum of the LLDPE analog was measured for LLDPE quantitative analysis and is shown in FIG.
도 3의 13C NMR 스펙트럼의 결과에서는 분지와 주쇄의 -CH, -CH2 기가 구분되어 나타나며, LCB와 SCB와 관련된 peak 또한 구분되어 나타난다. 따라서, LCB와 SCB 말단의 메틸기에 대한 peak 를 적분하여 주쇄의 메틸렌 peak에 대한 상대값을 계산함으로써, LCB의 함량을 정량할 수 있다. 도 3의 13C NMR 스펙트럼을 이용하여 SCB와 LCB의 함량을 계산한 결과를 하기 표 2에 나타내었다.In the result of the 13 C NMR spectrum of FIG. 3, the -CH 2 and -CH 2 groups of the branch and main chain are distinguished, and the peaks related to LCB and SCB are also distinguished. Therefore, the LCB content can be quantified by integrating the peaks of the methyl groups at the ends of the LCB and the SCB to calculate the relative value to the methylene peak of the main chain. The results of calculating the contents of SCB and LCB using the 13 C NMR spectrum of FIG. 3 are shown in Table 2 below.
보다 구체적으로, 도 3의 13C NMR 측정결과로부터 폴리부타디엔 분지의 정량분석은 하기와 같은 계산방법을 이용하여 진행될 수 있다.More specifically, the quantitative analysis of the polybutadiene branch from the 13 C NMR measurement results of FIG. 3 can be carried out using the following calculation method.
Main chain carbon인 30 ppm의 peak의 적분값을 1000으로 고정하였을 때, 11.3 ppm의 적분값을 A, 14.3 ppm의 적분값을 B라 한다.When the integrated value of the main chain carbon, 30 ppm, is fixed at 1000, the integrated value of 11.3 ppm is called A and the integrated value of 14.3 ppm is called B.
1)Branch 간의 상대적 mole 비 계산법1) Calculating the relative mole ratio between branches
Main chain carbon의 적분값을 1000으로 normalize 하였을 때, 각 branch의 적분 값은 그들 간의 상대적인 mole 비를 나타낸다. When the integration value of main chain carbon is normalized to 1000, the integral value of each branch represents the relative mole ratio between them.
따라서 branch 간 상대적 mole 비는 하기 식 1과 같이 구할 수 있다. Therefore, the relative mole ratio between branches can be obtained as shown in
[식 1][Formula 1]
SCB : LCB = A : B = 6.76 : 1.68SCB: LCB = A: B = 6.76: 1.68
2) Main chain carbon 1000개 당 각 branch 수(X)의 계산 2) Calculation of each branch number (X) per 1000 main chain carbon
Main chain에서 각 branch가 기여하는 carbon은 총 5개이므로(2α+2β+*), main chain의 carbon 개수는 하기 식 2와 같이 구할 수 있다.In the main chain, the total number of carbons contributed by each branch is 5 (2α + 2β + *), and the carbon number of the main chain can be obtained as shown in
[식 2][Formula 2]
(1000 - A - B ) + 5 * ( A + B )(1000 - A -
따라서, main chain carbon 1000개 당 존재하는 SCB의 수(XSCB)는 하기 식 3 과 같이 구할 수 있으며,Therefore, the number of SCBs (X SCB ) present per 1000 main chain carbon atoms can be obtained as shown in
[식 3] [Formula 3]
(1000 - A - B ) + 5 * ( A + B ) : A = 1000 : XSCB XSCB = 6.54(1000 - A -
main chain carbon 1000개 당 존재하는 LCB의 수(XLCB)는 하기 식 4와 같이 구할 수 있다.The number of LCBs (X LCB ) present per 1000 main chain carbon can be obtained as shown in
[식 4] [Formula 4]
(1000 - A - B ) + 5 * ( A + B ) : B = 1000 : XLCB XLCB = 1.63(1000 - A -
3) Ethylene과 각 branch 간의 상대적 mole 비(Y)의 계산3) Calculate the relative mole ratio (Y) between ethylene and each branch
상기 식 3 및 식 4에서 구해진 SCB와 LCB의 개수를 이용하여 main chain에 포함된 Ethylene과 각 branch 간의 상대적 mole 비를 하기 식 5와 같이 구할 수 있다.Using the number of SCB and LCB obtained from the
[식 5][Formula 5]
YEt : YSCB : YLCB = {1000 - 2 * (XSCB + XLCB)} / 2 : XSCB : XLCB Y Et: Y SCB: Y LCB = {1000 - 2 * (X SCB + X LCB)} / 2: X SCB: X LCB
= 491.84 : 6.54 : 1.63 = 491.84: 6.54: 1.63
4) Ethylene과 각 branch 간의 상대적 질량비 (Z)4) Relative mass ratio (Z) between ethylene and each branch
상기 식 5에서 구해진 Ethylene과 각 branch 간의 상대적 mole비를 이용하여 Ethylene과 각 branch 간의 상대적 질량비를 하기 식 6과 같이 구할 수 있다.The relative mass ratio between ethylene and each branch can be obtained as shown in Equation (6) using the relative mole ratio between ethylene and each branch obtained in Equation (5).
13C NMR로 에서는 C6 이상의 branch는 carbon 수와 관계 없이 구조적으로 유사하여 동일한 chemical shift를 나타내므로 이들 각각의 구분은 불가능하다. 따라서 LCB는 C6 branch로 간주하고 분석하였다. In the 13 C NMR, branches of C6 or more are structurally similar regardless of the number of carbons, so that they can not be distinguished from each other because they show the same chemical shift. Therefore, LCB was considered as C6 branch and analyzed.
[식 6] [Formula 6]
ZEt : ZSCB : ZLCB = YEt * 28 : YSCB * 56 : YLCB * 112 Z Et : Z SCB : Z LCB = Y Et * 28: Y SCB * 56: Y LCB * 112
= 366.20 : 182.02 : 13771.40= 366.20: 182.02: 13771.40
5) Branch wt%5) Branch wt%
상기 식 6에서 구해진 Ethylene과 각 branch 간의 상대적 질량비를 바탕으로 BR에 포함된 SCB와 LCB의 함량을 분석할 수 있다.The content of SCB and LCB contained in BR can be analyzed based on the relative mass ratio between ethylene and each branch obtained in
SCB의 함량은 하기 식 7과 같이 구할 수 있으며,The content of SCB can be obtained as shown in
[식 7][Equation 7]
SCB wt% = ZSCB / (ZEt + ZSCB + ZLCB ) *100 = (366.20 / 14319.61) * 100 SCB wt% = Z SCB / (Z Et + Z SCB + Z LCB ) * 100 = (366.20 / 14319.61) * 100
= 2.6 wt%= 2.6 wt%
LCB의 함량은 하기 식 8과 같이 구할 수 있다.The content of LCB can be obtained as shown in the following formula (8).
[식 8][Equation 8]
LCB wt% = ZLCB / (ZEt + ZSCB + ZLCB) *100 = (182.02 / 14319.61) * 100 LCB wt% = Z LCB / (Z Et + Z SCB + Z LCB ) * 100 = (182.02 / 14319.61) * 100
= 1.3 wt%= 1.3 wt%
본 발명은 폴리부타디엔을 수소화한 후 13C NMR을 측정함으로써, 주쇄와 분지의 peak가 구분되어 나타나는 13C NMR 스펙트럼을 얻을 수 있으며, 이로부터 폴리부타디엔에 포함된 긴사슬 분지(LCB)의 함량을 정량할 수 있다.The present invention, by measuring the 13 C NMR and then hydrogenating the polybutadiene, it is possible to obtain a 13 C NMR spectrum appearing peak is divided in the main chain and branched, the content of long chain branching (LCB) comprising therefrom on polybutadiene It can be quantified.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to specific embodiments thereof, those skilled in the art will appreciate that such specific embodiments are merely preferred embodiments and that the scope of the present invention is not limited thereby. something to do. It is therefore intended that the scope of the invention be defined by the claims appended hereto and their equivalents.
Claims (8)
상기 수소화된 폴리부타디엔에 포함된 LCB(long chain branch) 및 SCB(short chain branch)의 함량을 NMR 스펙트럼을 이용해 정량분석하는 단계를 포함하는 폴리부타디엔 분지의 분석방법.Hydrogenating polybutadiene; And
And quantitatively analyzing the content of long chain branch (LCB) and short chain branch (SCB) contained in the hydrogenated polybutadiene by NMR spectroscopy.
상기 NMR 스펙트럼이 13C-NMR 스펙트럼인 것인 폴리부타디엔 분지의 분석방법.The method according to claim 1,
Wherein the NMR spectrum is a < 13 > C-NMR spectrum of the polybutadiene branch.
상기 LCB(long chain branch)는 탄소수 6이상의 분지(branch)인 것인 폴리부타디엔 분지의 분석방법.The method according to claim 1,
Wherein the LCB (long chain branch) is a branch having a carbon number of 6 or more.
상기 폴리부타디엔을 수소화시키는 단계는, 고온 및 고압에서 수소화 촉매 하에 폴리부타디엔을 수소화하여 이중결합을 제거하는 단계를 포함하는 것인 폴리부타디엔 분지의 분석방법.The method according to claim 1,
Wherein the step of hydrogenating the polybutadiene comprises hydrogenating the polybutadiene under a hydrogenation catalyst at high temperature and pressure to remove double bonds.
상기 촉매가 하기 화학식 1의 구조를 포함하는 것인 폴리부타디엔 분지의 분석방법:
[화학식 1]
(RpZ)rRhXq
상기 화학식 1에 있어서,
R은 C1-C8-알킬기, C4-C8-시클로알킬기, C6-C15-아릴기 또는 C7-C15-아르알킬기이고,
Z는 인(P), 비소(As), 황(S), 또는 술폭시드기(S=O)이고,
X는 수소 또는 할라이드 이온이며,
p는 2 내지 3의 정수이고,
r은 2 내지 4의 정수이며,
q는 1 내지 3의 정수이다.5. The method of claim 4,
Wherein the catalyst comprises a structure represented by the following formula (1): < EMI ID =
[Chemical Formula 1]
(R p Z) r RhX q
In Formula 1,
R is a C 1 -C 8 -alkyl group, a C 4 -C 8 -cycloalkyl group, a C 6 -C 15 -aryl group or a C 7 -C 15 -aralkyl group,
Z is phosphorus (P), arsenic (As), sulfur (S), or sulfoxide group (S = O)
X is hydrogen or a halide ion,
p is an integer of 2 to 3,
r is an integer of 2 to 4,
q is an integer of 1 to 3;
상기 폴리부타디엔을 수소화시키는 단계는 조촉매를 더 첨가하여 수행되며, 상기 조촉매는 하기 화학식 2의 구조를 포함하는 것인 폴리부타디엔 분지의 분석방법:
[화학식 2]
RpZ
상기 화학식 2에 있어서,
R은 C1-C8-알킬기, C4-C8-시클로알킬기, C6-C15-아릴기 또는 C7-C15-아르알킬기이고,
Z는 인(P), 비소(As), 황(S), 또는 술폭시드기 (S=O)이며,
p는 2 내지 3의 정수이다.5. The method of claim 4,
Wherein the step of hydrogenating the polybutadiene is carried out by further adding a cocatalyst, and the cocatalyst comprises a structure of the following formula (2): < EMI ID =
(2)
R p Z
In Formula 2,
R is a C 1 -C 8 -alkyl group, a C 4 -C 8 -cycloalkyl group, a C 6 -C 15 -aryl group or a C 7 -C 15 -aralkyl group,
Z is phosphorus (P), arsenic (As), sulfur (S), or sulfoxide group (S = O)
p is an integer of 2 to 3;
상기 수소화된 폴리부타디엔에 포함된 LCB(long chain branch) 및 SCB(short chain branch)의 함량을 NMR 스펙트럼을 이용해 정량분석하는 단계에 있어서, NMR (Nuclear Magnetic Resonance) 분광기 및 펄스 프로그램을 함께 이용하는 것인 폴리부타디엔 분지의 분석방법.The method according to claim 1,
(Nuclear Magnetic Resonance) spectrometer and pulse program are used together in the quantitative analysis of the content of long chain branch (LCB) and short chain branch (SCB) contained in the hydrogenated polybutadiene using NMR spectrum Analysis method of polybutadiene branch.
상기 펄스 프로그램은 1H 펄스 프로그램 또는 13C 펄스 프로그램인 것인 폴리부타디엔 분지의 분석방법.8. The method of claim 7,
Wherein the pulse program is a 1 H pulse program or a 13 C pulse program.
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KR20110098428A (en) * | 2010-02-26 | 2011-09-01 | 코오롱인더스트리 주식회사 | Hydrogenation method for ring opening metathesis polymer of tetracyclododecene derivatives |
JP2017122142A (en) * | 2016-01-05 | 2017-07-13 | 宇部興産株式会社 | Modified polybutadiene and rubber composition |
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