KR20210067340A - Method for preparing catalyst for polyethylene polymerization and method for preparing polyethylene - Google Patents

Method for preparing catalyst for polyethylene polymerization and method for preparing polyethylene Download PDF

Info

Publication number
KR20210067340A
KR20210067340A KR1020190156848A KR20190156848A KR20210067340A KR 20210067340 A KR20210067340 A KR 20210067340A KR 1020190156848 A KR1020190156848 A KR 1020190156848A KR 20190156848 A KR20190156848 A KR 20190156848A KR 20210067340 A KR20210067340 A KR 20210067340A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
catalyst
polyethylene
polymerization
compound
preparing
Prior art date
Application number
KR1020190156848A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
양영근
전재경
박세호
Original Assignee
롯데케미칼 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 롯데케미칼 주식회사 filed Critical 롯데케미칼 주식회사
Priority to KR1020190156848A priority Critical patent/KR20210067340A/en
Publication of KR20210067340A publication Critical patent/KR20210067340A/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F10/00Homopolymers and copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond
    • C08F10/02Ethene
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F4/00Polymerisation catalysts
    • C08F4/42Metals; Metal hydrides; Metallo-organic compounds; Use thereof as catalyst precursors
    • C08F4/44Metals; Metal hydrides; Metallo-organic compounds; Use thereof as catalyst precursors selected from light metals, zinc, cadmium, mercury, copper, silver, gold, boron, gallium, indium, thallium, rare earths or actinides
    • C08F4/60Metals; Metal hydrides; Metallo-organic compounds; Use thereof as catalyst precursors selected from light metals, zinc, cadmium, mercury, copper, silver, gold, boron, gallium, indium, thallium, rare earths or actinides together with refractory metals, iron group metals, platinum group metals, manganese, rhenium technetium or compounds thereof
    • C08F4/603Component covered by group C08F4/60 with a metal or compound covered by group C08F4/44 other than an organo-aluminium compound
    • C08F4/6032Component of C08F4/60 containing at least two different metals
    • C08F4/6035Component of C08F4/60 containing at least two different metals containing magnesium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F4/00Polymerisation catalysts
    • C08F4/42Metals; Metal hydrides; Metallo-organic compounds; Use thereof as catalyst precursors
    • C08F4/44Metals; Metal hydrides; Metallo-organic compounds; Use thereof as catalyst precursors selected from light metals, zinc, cadmium, mercury, copper, silver, gold, boron, gallium, indium, thallium, rare earths or actinides
    • C08F4/60Metals; Metal hydrides; Metallo-organic compounds; Use thereof as catalyst precursors selected from light metals, zinc, cadmium, mercury, copper, silver, gold, boron, gallium, indium, thallium, rare earths or actinides together with refractory metals, iron group metals, platinum group metals, manganese, rhenium technetium or compounds thereof
    • C08F4/607Catalysts containing a specific non-metal or metal-free compound
    • C08F4/609Catalysts containing a specific non-metal or metal-free compound organic
    • C08F4/6094Catalysts containing a specific non-metal or metal-free compound organic containing oxygen

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Emergency Medicine (AREA)
  • Transition And Organic Metals Composition Catalysts For Addition Polymerization (AREA)

Abstract

The present invention is to provide a catalyst which can be used in the preparation of ultra-high molecular weight polyethylene. The present invention provides a method for preparing a catalyst for polyethylene polymerization comprising the steps of: (A) dissolving a magnesium compound in a solvent containing alcohol to form a magnesium compound solution; (B) forming a catalyst solution by adding a transition metal compound to the magnesium compound solution; (C) raising the temperature of the catalyst solution; and (D) introducing an internal electron donor to the catalyst solution after the temperature is raised.

Description

폴리에틸렌 중합용 촉매 제조방법 및 폴리에틸렌 제조방법{METHOD FOR PREPARING CATALYST FOR POLYETHYLENE POLYMERIZATION AND METHOD FOR PREPARING POLYETHYLENE}Polyethylene polymerization catalyst production method and polyethylene production method {METHOD FOR PREPARING CATALYST FOR POLYETHYLENE POLYMERIZATION AND METHOD FOR PREPARING POLYETHYLENE}

본 발명은 폴리에틸렌 중합용 촉매 제조방법 및 폴리에틸렌 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for preparing a catalyst for polymerization of polyethylene and a method for preparing polyethylene.

초고분자량 폴리에틸렌(Ultrahigh molecular weight polyethylene, UHMWPE)은 폴리에틸렌 수지의 한 종류로서 분자량이 최소 106 g/mol 이상인 폴리에틸렌을 가리키며, 범용 폴리에틸렌 비해 분자량이 크기 때문에 강성, 내마모성, 내환경응력 균일성, 자기 윤활성, 내화학 약품성 및 전기적 물성 등이 뛰어난 특징을 갖고 있다. 이와 같은 우수한 물성들로 인하여 초고분자량 폴리에틸렌은 기어, 베어링, 캠 등의 내마모성이 요구되는 기계부품에 사용되어 왔을 뿐만 아니라, 특히 내마모성과 더불어 충격강도와 생체친화도가 우수하여 인체에 내마모성이 요구되는 인공관절의 대체 재료로서의 조건을 만족하는 유일한 유기재료로 각광받고 있다.Ultrahigh molecular weight polyethylene (UHMWPE) is a type of polyethylene resin and refers to polyethylene with a molecular weight of at least 10 6 g/mol or more. , chemical resistance and electrical properties are excellent. Due to these excellent physical properties, ultra-high molecular weight polyethylene has been used for mechanical parts requiring wear resistance such as gears, bearings, and cams. It is spotlighted as the only organic material that satisfies the conditions as an alternative material for artificial joints.

슬러리 중합 공정을 거쳐 제조된 초고분자량 폴리에틸렌은 분자량이 커서 범용 폴리에틸렌과 같이 제립할 수 없다. 따라서 반응기에서 중합된 입자 형태로 생산 판매되기 때문에 통상적인 폴리에틸렌의 가공법인 용융가공이 어려우며, 적절한 용매에 용해시켜 가공하여야 하므로 용매에 대한 용해성이 우수하여야 한다. Ultra-high molecular weight polyethylene produced through the slurry polymerization process cannot be granulated like general-purpose polyethylene because of its high molecular weight. Therefore, since it is produced and sold in the form of polymerized particles in a reactor, melt processing, which is a conventional processing method of polyethylene, is difficult, and since it must be processed by dissolving it in an appropriate solvent, it must have excellent solubility in a solvent.

이러한 용해성의 측면에서 초고분자량 폴리에틸렌의 입자크기 및 입자크기분포는 중요한 특성이라 할 수 있다. 이는 입자가 너무 크거나, 또는 입자가 작더라도 입자크기분포가 큰 경우에는 용해성이 저해될 수 있기 때문이다. In terms of solubility, the particle size and particle size distribution of ultra-high molecular weight polyethylene are important characteristics. This is because the solubility may be inhibited if the particles are too large or the particle size distribution is large even if the particles are small.

또한 파우더의 입자특성 중 겉보기 밀도는 초고분자량 폴리에틸렌을 제조하는 공정뿐 아니라 가공과정에서도 생산성에 영향을 주는 중요한 요소이다. 따라서 파우더 입자 특성을 결정하는 촉매의 입경 조절이 매우 중요하다고 할 수 있다. 또한 제품의 순도 향상과 제조과정의 생산성 향상을 위하여 초고분자량 폴리에틸렌을 제조하는데 있어서 고활성 촉매가 요구된다.In addition, apparent density among the particle characteristics of powder is an important factor affecting productivity not only in the manufacturing process of ultra-high molecular weight polyethylene, but also in the processing process. Therefore, it can be said that it is very important to control the particle size of the catalyst, which determines the properties of the powder particles. In addition, in order to improve the purity of the product and to improve the productivity of the manufacturing process, a high-activity catalyst is required for producing ultra-high molecular weight polyethylene.

한국등록특허 제10-0182340호Korean Patent Registration No. 10-0182340

본 발명의 목적은 촉매 입경 조절이 가능할 뿐만 아니라 촉매의 형상이 우수하고 입경 분포가 좁으며 활성 및 겉보기 밀도가 높은 촉매를 제공하기 위한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a catalyst capable of controlling a catalyst particle size, having an excellent catalyst shape, a narrow particle size distribution, and high activity and apparent density.

본 발명의 다른 목적은 상기 촉매 하에서 제조된, 파우더 형상이 우수하며 입경 분포가 좁고 입자 뭉침이 없는 중량평균분자량이 106 g/mol 이상인 초고분자량 폴리에틸렌을 제공하기 위한 것이다. Another object of the present invention is to provide an ultra-high molecular weight polyethylene having an excellent powder shape, a narrow particle size distribution, and no particle agglomeration, and having a weight average molecular weight of 10 6 g/mol or more, prepared under the catalyst.

본 발명의 일 측면에 따르면 (A) 마그네슘 화합물을 알코올을 포함하는 용매에 용해하여 마그네슘 화합물 용액을 형성하는 단계; (B) 상기 마그네슘 화합물 용액에 전이금속 화합물을 투입하여 촉매 용액을 형성하는 단계; (C) 상기 촉매 용액을 승온하는 단계; 및 (D) 승온 후 촉매 용액에 내부전자 공여체를 투입하는 단계를 포함하는 폴리에틸렌 중합용 촉매의 제조방법이 제공된다.According to one aspect of the present invention, (A) dissolving a magnesium compound in a solvent containing alcohol to form a magnesium compound solution; (B) forming a catalyst solution by adding a transition metal compound to the magnesium compound solution; (C) raising the temperature of the catalyst solution; and (D) adding an internal electron donor to the catalyst solution after the temperature rise is provided.

본 발명의 다른 측면에 따르면 폴리에틸렌 중합용 촉매 하에서 에틸렌 단량체를 중합 반응시키는 단계를 포함하고, 상기 중합 반응은 50 내지 90 ℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌 제조방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a polyethylene production method comprising the step of polymerizing an ethylene monomer under a catalyst for polyethylene polymerization, wherein the polymerization reaction is carried out at 50 to 90 °C.

본 발명의 다른 측면에 따르면 폴리에틸렌 중합용 촉매 하에서 제조되고, 중량평균분자량이 1.5x106 내지 8x106 g/mol인 폴리에틸렌이 제공된다. According to another aspect of the present invention, polyethylene is prepared under a catalyst for polyethylene polymerization and has a weight average molecular weight of 1.5x10 6 to 8x10 6 g/mol.

본 발명에 따르면 촉매 제조 시 내부전자 공여체의 투입 시점을 조절함으로써 활성 및 겉보기 밀도가 높은 촉매를 제조할 수 있다. 또한 상기 촉매는 형상이 우수하고 좁은 입경 분포를 가지므로, 상기 촉매 하에서 폴리에틸렌 중합 시 파우더 형상이 우수하며 입경 분포가 좁고 입자 뭉침이 없는 초고분자량 폴리에틸렌을 제조할 수 있다. According to the present invention, it is possible to prepare a catalyst with high activity and apparent density by controlling the timing of the input of the internal electron donor during the preparation of the catalyst. In addition, since the catalyst has an excellent shape and a narrow particle size distribution, it is possible to prepare ultra-high molecular weight polyethylene having an excellent powder shape, a narrow particle size distribution, and no particle agglomeration during polymerization of polyethylene under the catalyst.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 그러나 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. However, the embodiment of the present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below.

본 발명에 기재된 용어 「알킬」은 탄소 및 수소 원자만으로 구성된 1가의 직쇄 또는 분쇄 포화 탄화수소 라디칼을 의미하는 것으로, 이러한 알킬 라디칼의 예는 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸, t-부틸, 펜틸, 헥실, 옥틸, 도데실, 시클로프로필, 시클로부틸, 시클로펜틸, 시클로헥실, 시클로헵틸, 시클로옥틸, 시클로노닐, 시클로데실 등을 포함하지만 이에 한정되지는 않는다.As used herein, the term “alkyl” refers to a monovalent straight-chain or branched saturated hydrocarbon radical composed only of carbon and hydrogen atoms, and examples of such alkyl radicals include methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, t- butyl, pentyl, hexyl, octyl, dodecyl, cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl, cyclohexyl, cycloheptyl, cyclooctyl, cyclononyl, cyclodecyl, and the like.

또한, 본 발명에 기재된 용어 「할로겐」은 불소, 염소, 브롬 또는 요오드 원자를 의미한다.In addition, the term "halogen" described in the present invention means a fluorine, chlorine, bromine or iodine atom.

또한, 본 발명에 기재된 용어 「Cn」은 탄소수가 n개인 것을 의미한다.In addition, the term "C n " described in the present invention means that the number of carbon atoms is n.

본 발명은 폴리에틸렌 중합용 촉매 제조 시 마그네슘 화합물 용액에 전이금속 화합물을 투입하고, 승온 후 내부전자 공여체를 투입함으로써 촉매 활성 및 형상이 우수하고, 높은 겉보기 밀도를 갖는 촉매 제조방법을 제공한다. The present invention provides a method for preparing a catalyst having excellent catalytic activity and shape and high apparent density by adding a transition metal compound to a magnesium compound solution when preparing a catalyst for polyethylene polymerization, and adding an internal electron donor after temperature rise.

일 실시예에서 마그네슘 화합물을 알코올에 용해하여 마그네슘 화합물 용액을 제조할 수 있다((A) 단계). 상기 마그네슘 화합물은 환원성을 갖지 않는 화합물로서, 본 발명에 적합한 것으로는, 예를 들어, 마그네슘할라이드, (C1-C10)알콕시마그네슘, (C1-C10)알킬마그네슘할라이드, (C1-C10)알콕시마그네슘할라이드, 또는 (C6-C10)아릴옥시마그네슘할라이드 등을 들 수 있다.In one embodiment, the magnesium compound may be dissolved in alcohol to prepare a magnesium compound solution (step (A)). The magnesium compound is a compound having no reducing properties, and suitable for the present invention include, for example, magnesium halide, (C 1 -C 10 ) alkoxy magnesium, (C 1 -C 10 )alkyl magnesium halide, (C 1 - C 10 ) Alkoxy magnesium halide, or (C 6 -C 10 ) aryloxy magnesium halide, and the like.

보다 구체적으로, 마그네슘플루오라이드, 마그네슘클로라이드, 마그네슘브로마이드, 마그네슘이오다이드 등의 마그네슘할라이드; 에톡시마그네슘, 이소프록시마그네슘, 부톡시마그네슘 등의 알콕시마그네슘; 메틸마그네슘할라이드, 에틸마그네슘할라이드, 이소프로필마그네슘클로라이드, 부틸마그네슘클로라이드 등의 알킬마그네슘할라이드; 메톡시마그네슘클로라이드, 에톡시마그네슘클로라이드, 이소프록시마그네슘클로라이드, 부톡시마그네슘클로라이드, 옥톡시마그네슘클로라이드 등의 알콕시마그네슘할라이드; 페녹시마그네슘클로라이드 등의 아릴옥시마그네슘할라이드; 등을 들 수 있다. 상기 마그네슘 화합물은 어느 하나를 단독으로 사용할 수 있음은 물론, 2 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. More specifically, magnesium halides, such as magnesium fluoride, magnesium chloride, magnesium bromide, magnesium iodide; alkoxymagnesium such as ethoxymagnesium, isoproxymagnesium and butoxymagnesium; alkyl magnesium halides such as methyl magnesium halide, ethyl magnesium halide, isopropyl magnesium chloride, and butyl magnesium chloride; alkoxymagnesium halides such as methoxymagnesium chloride, ethoxymagnesium chloride, isoproxymagnesium chloride, butoxymagnesium chloride, and octoxymagnesium chloride; aryloxymagnesium halides such as phenoxymagnesium chloride; and the like. Any one of the magnesium compounds may be used alone, and two or more may be mixed and used.

이들 중에서 마그네슘할라이드를 사용하는 것이 촉매의 활성을 증가시킬 수 있어 보다 바람직하며, 마그네슘클로라이드를 사용하는 것이 주 활성금속을 함유하는 전이금속 화합물과 결합하여 구조적, 배위적으로 안정하고 높은 활성을 나타내어 보다 더 바람직하다. 상기 마그네슘클로라이드로는 마그네슘클로라이드 1수화물, 마그네슘클로라이드 2수화물, 마그네슘클로라이드 3수화물, 마그네슘클로라이드 5수화물, 마그네슘클로라이드 6수화물 등과 같은 마그네슘클로라이드 수화물이 보다 바람직하다.Among them, the use of magnesium halide is more preferable because it can increase the activity of the catalyst, and the use of magnesium chloride is more structurally and coordinatingly stable and exhibits high activity in combination with the transition metal compound containing the main active metal. more preferably. The magnesium chloride is more preferably magnesium chloride hydrate, such as magnesium chloride monohydrate, magnesium chloride dihydrate, magnesium chloride trihydrate, magnesium chloride pentahydrate, magnesium chloride hexahydrate, and the like.

또한 마그네슘할라이드 화합물은 2종 이상의 조합으로 사용할 수 있다. 마그네슘할라이드 화합물은 알루미늄, 아연, 붕소, 나트륨, 칼륨 등의 다른 금속의 유기금속 화합물과 착화합물 또는 복화합물을 형성하여도 좋으며, 또는 이들 금속 화합물과의 혼합물이어도 좋다.In addition, the magnesium halide compound may be used in combination of two or more kinds. The magnesium halide compound may form a complex or complex compound with an organometallic compound of another metal such as aluminum, zinc, boron, sodium or potassium, or may be a mixture of these metal compounds.

일 실시예에서 알코올은 폴리에틸렌 중합용 지글러-나타 촉매의 제조에 사용되는 것으로 알려진 알코올이라면 본 발명에서도 적합하게 사용할 수 있다. 상기 알코올로는 예를 들어, 메탄올, 에탄올, n-프로판올, 이소프로판올, n-부탄올, 이소부탄올, n-펜탄올, 이소펜탄올, 네오펜탄올, 시클로펜탄올, n-헥산올, 시클로헥산올, 메틸시클로헥산올, n-헵탄올, n-옥탄올, 데칸올, 도데칸올, 2-메틸펜탄올, 2-에틸부탄올, 2-에틸헥산올 등의 지방족 또는 지환족 알코올; α-메틸벤질알코올 등의 아로마틱 알코올을 들 수 있다. 이들 중에서 지방족 또는 지환족 알코올이나 탄소수 2 이상의 알코올을 사용하는 것이 바람직하며, 2-에틸헥산올을 사용하는 것이 더욱 더 바람직하다.In one embodiment, the alcohol may be suitably used in the present invention as long as it is an alcohol known to be used in the preparation of a Ziegler-Natta catalyst for polyethylene polymerization. Examples of the alcohol include methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, isobutanol, n-pentanol, isopentanol, neopentanol, cyclopentanol, n-hexanol, cyclohexanol. , aliphatic or alicyclic alcohols such as methylcyclohexanol, n-heptanol, n-octanol, decanol, dodecanol, 2-methylpentanol, 2-ethylbutanol, and 2-ethylhexanol; Aromatic alcohols, such as (alpha)-methylbenzyl alcohol, are mentioned. Among them, it is preferable to use an aliphatic or alicyclic alcohol or an alcohol having 2 or more carbon atoms, and it is even more preferable to use 2-ethylhexanol.

일 실시예에서 상기 알코올은 마그네슘 화합물을 용해시키고 촉매 내에서 마그네슘 화합물과의 결합을 이루어 적절한 기공을 형성하도록 함으로써 촉매 성능을 향상시켜 주는 역할을 한다. 상기 (A) 단계에서, 마그네슘 화합물과 알코올의 몰비는 1:3 내지 1:4인 것이 바람직하다. 상기 몰비가 1:3 미만이면 마그네슘 화합물 용해성이 낮아지며 알코올 투입 시 활성이 낮다. 또한 몰비가 1:4를 초과하면 전이금속 화합물의 담지율이 낮아지며 촉매 입경이 커지는 단점이 있다. In one embodiment, the alcohol serves to improve the catalyst performance by dissolving the magnesium compound and forming appropriate pores by forming a bond with the magnesium compound in the catalyst. In step (A), the molar ratio of the magnesium compound to the alcohol is preferably 1:3 to 1:4. When the molar ratio is less than 1:3, the solubility of the magnesium compound is lowered and the activity is low when alcohol is added. In addition, when the molar ratio exceeds 1:4, there is a disadvantage in that the supporting ratio of the transition metal compound is lowered and the catalyst particle size is increased.

상기 마그네슘 화합물 용액 형성 반응은 60 내지 150℃에서 수행할 수 있다. 상기 범위를 벗어나는 경우 마그네슘 화합물이 알코올에 잘 용해되지 않거나, 부반응이 증가할 수 있다. 나아가, 80 내지 140℃의 온도에서 용해시키는 것이 보다 바람직하다. 이후 마그네슘 화합물의 용해가 완료되면 용액의 온도를 0℃ 이하로 유지한다.The magnesium compound solution forming reaction may be performed at 60 to 150°C. When it is out of the above range, the magnesium compound may not dissolve well in alcohol, or side reactions may increase. Furthermore, it is more preferable to melt|dissolve at the temperature of 80-140 degreeC. Thereafter, when the dissolution of the magnesium compound is completed, the temperature of the solution is maintained at 0° C. or less.

또한 일 실시예에서 마그네슘 화합물을 용이하게 분산시키기 위해 탄화수소 화합물을 추가로 투입할 수 있다. 상기 탄화수소 화합물의 구체적인 예로는 지방족 또는 지환족 (C9-C25)탄화수소를 들 수 있으며, 그 중에서도 지방족 또는 지환족 (C9-C17)탄화수소 용매가 가장 바람직하다. 보다 구체적인 예로는 데칸, 도데칸, 테트라데칸, (C5-C25)미네랄 오일(예: Cas No. 8042-47-5 등) 등의 지방족 탄화수소; 시클로헥산, 시클로옥탄, 메틸 시클로펜탄, 메틸 시클로헥산 등의 지환족 탄화수소; 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 에틸벤젠, 큐멘 등의 방향족 탄화수소 등이 사용될 수 있고, 이 중에서 끓는점이 150 ℃ 이상인 용매를 사용하는 것이 바람직하며, 데칸을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.In addition, in one embodiment, a hydrocarbon compound may be additionally added in order to easily disperse the magnesium compound. Specific examples of the hydrocarbon compound include aliphatic or alicyclic (C 9 -C 25 ) hydrocarbons, and among them, aliphatic or alicyclic (C 9 -C 17 ) hydrocarbon solvents are most preferred. More specific examples include aliphatic hydrocarbons such as decane, dodecane, tetradecane, (C 5 -C 25 ) mineral oil (eg, Cas No. 8042-47-5, etc.); alicyclic hydrocarbons such as cyclohexane, cyclooctane, methyl cyclopentane and methyl cyclohexane; Aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene, ethylbenzene, and cumene may be used. Among them, it is preferable to use a solvent having a boiling point of 150° C. or higher, and it is more preferable to use decane.

상기 탄화수소 화합물을 너무 적거나 너무 많이 넣으면 촉매 입경의 조절이 어렵고, 전이금속 화합물 및 내부 전자 공여체의 담지율 조절이 어려울 수 있다. 따라서, 마그네슘 화합물에 대한 탄화수소 화합물의 몰비는 1:2 내지 1:4인 것이 바람직하다. 마그네슘 화합물에 대한 탄화수소 화합물의 몰비가 1:2 미만이면 마그네슘 화합물의 분산이 잘 이루어지지 않으며, 1:4를 초과하면 촉매 입경 조절이 어렵고 전이금속 화합물의 담지율이 낮아질 수 있다. If too little or too much of the hydrocarbon compound is added, it may be difficult to control the particle size of the catalyst, and it may be difficult to control the loading rate of the transition metal compound and the internal electron donor. Accordingly, the molar ratio of the hydrocarbon compound to the magnesium compound is preferably 1:2 to 1:4. If the molar ratio of the hydrocarbon compound to the magnesium compound is less than 1:2, the magnesium compound is not dispersed well, and if it exceeds 1:4, it is difficult to control the catalyst particle size and the support ratio of the transition metal compound may be lowered.

다음으로, 마그네슘 화합물 용액에 전이금속 화합물을 투입하여 촉매 용액을 형성할 수 있다((B) 단계). 상기 전이금속 화합물로는 주기율표의 14, 15 및 16족의 전이금속 원소로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속을 포함하는 화합물을 들 수 있으며, 예를 들어 하기 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다.Next, the transition metal compound may be added to the magnesium compound solution to form a catalyst solution (step (B)). The transition metal compound may include a compound containing a metal selected from the group consisting of transition metal elements of Groups 14, 15 and 16 of the Periodic Table, and may be, for example, a compound represented by Formula 1 below.

Figure pat00001
Figure pat00001

상기 화학식 1에서, M은 주기율표 IVB, VB 및 VIB족의 전이금속 원소로 이루어진 군에서 선택되고, X는 할로겐이고, R1은 각각 독립적으로 (C1-C10)알킬기이고, n은 0 내지 4의 정수이다.In Formula 1, M is selected from the group consisting of transition metal elements of groups IVB, VB and VIB of the periodic table, X is a halogen, R 1 is each independently a (C 1 -C 10 )alkyl group, and n is 0 to It is an integer of 4.

상기 전이금속 원소의 바람직한 예로는 Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg 등을 들 수 있고, 이 중에서 1종 이상이 포함된 전이금속 화합물을 사용할 수 있다.Preferred examples of the transition metal element include Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, and the like, and a transition metal compound containing at least one of them may be used. can

보다 바람직한 전이금속 화합물로는 티탄 화합물을 들 수 있으며, 예를 들어, 티타늄 테트라클로라이드, 티타늄 테트라브로마이드, 티타늄 테트라아이오다이드, 테트라부톡시티타늄, 테트라에톡시티타늄, 디에톡시티타늄디클로라이드, 에톡시티타늄트리클로라이드 등을 들 수 있다. 이들 티탄 화합물은 단독으로 사용할 수 있음은 물론, 2 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다. 이들 중에서 티타늄 테트라클로라이드를 사용하는 것이 가장 바람직하다.A more preferable transition metal compound includes a titanium compound, for example, titanium tetrachloride, titanium tetrabromide, titanium tetraiodide, tetrabutoxytitanium, tetraethoxytitanium, diethoxytitanium dichloride, ethoxy Titanium trichloride, etc. are mentioned. These titanium compounds may be used alone, of course, two or more may be mixed and used. Among these, it is most preferable to use titanium tetrachloride.

마그네슘 화합물과 전이금속 화합물의 몰비는 1:2 내지 1:6일 수 있으며, 상기 몰비가 1:2 미만인 경우 전이금속 화합물의 담지율이 낮아 활성이 저하될 수 있고, 1:6을 초과하는 경우, 전이금속 화합물의 담지율이 필요 이상으로 증가하여 촉매 내 세공을 감소시켜 활성이 감소하며, 중합체 내 금속 잔사율이 높아져 인체 유해성 및 환경 오염을 증가시킬 수 있다. 또한 촉매 제조 후 헥산 세정과정에서 침전이 잘 이루어지지 않아 생산성이 감소할 수 있다.The molar ratio of the magnesium compound and the transition metal compound may be 1:2 to 1:6, and when the molar ratio is less than 1:2, the activity may be lowered due to a low loading ratio of the transition metal compound, and when it exceeds 1:6 , the loading rate of the transition metal compound is increased more than necessary, thereby reducing the pores in the catalyst, thereby reducing the activity, and increasing the metal residue in the polymer, which can increase harmfulness to the human body and environmental pollution. In addition, the productivity may decrease because precipitation is not performed well in the hexane washing process after the catalyst is prepared.

또한 -20 내지 5℃, 바람직하게는 -15 내지 0℃로 유지된 마그네슘 화합물 용액에 전이금속 화합물이 첨가될 수 있다. 즉, 전이금속 화합물은 -20 내지 0℃에서 투입되며, 이때 투입되는 온도에 따라서 촉매 입경이 달라진다. 0℃를 초과하는 온도 범위에서 전이금속 화합물을 투입하면 촉매 입경이 작고, 촉매 입도 분포가 넓어질 수 있다. 나아가, 견고하지 못한 촉매 생성으로 인해 겉보기 밀도가 낮아지고 미분 생성률이 높아질 수 있다. 반면, -20℃ 미만의 온도 범위에서 전이금속 화합물을 투입하면 촉매 입경이 크고, 촉매 입도 분포가 좁아질 수 있다. Also, the transition metal compound may be added to the magnesium compound solution maintained at -20 to 5°C, preferably -15 to 0°C. That is, the transition metal compound is input at -20 to 0° C., and the catalyst particle size varies depending on the input temperature. When the transition metal compound is added in a temperature range exceeding 0° C., the catalyst particle size may be small and the catalyst particle size distribution may be widened. Furthermore, the apparent density may be lowered and the fine powder production rate may be increased due to the formation of a catalyst that is not robust. On the other hand, if the transition metal compound is added in a temperature range of less than -20°C, the catalyst particle size may be large and the catalyst particle size distribution may be narrowed.

본 발명의 일 구현예에서, 전이금속 화합물의 적가 시간은 1 내지 6시간이 적절하다. 만약 전이금속 화합물의 적가 시간이 1시간 미만인 경우 격렬한 반응으로 온도가 상승하여 촉매 입도 분포가 넓어지는 단점이 있다. 반면, 투입 시간이 6시간을 초과하는 경우에는 촉매 입경이 증가하고 촉매의 입도 분포가 넓어진다. 이에 따라 중합 후 생성되는 중합체의 겉보기 밀도가 감소하고, 입도 분포가 넓어지므로 제품 성형 시 생산성이 떨어지는 단점이 있다.In one embodiment of the present invention, the dropwise addition time of the transition metal compound is preferably 1 to 6 hours. If the dropwise addition time of the transition metal compound is less than 1 hour, there is a disadvantage in that the catalyst particle size distribution is widened due to an increase in temperature due to a vigorous reaction. On the other hand, when the input time exceeds 6 hours, the particle size of the catalyst increases and the particle size distribution of the catalyst is widened. Accordingly, the apparent density of the polymer produced after polymerization is reduced and the particle size distribution is widened, so there is a disadvantage in that productivity is lowered during product molding.

한편, 전이금속 화합물의 적가는 반응하는 화합물의 전체 부피에 따라 50 내지 1000rpm의 교반 속도로 교반 하에 이루어진다. 교반 속도가 너무 느리면 마그네슘 화합물과 전이금속 화합물의 결합 후 생성되는 촉매 입자가 응집되어 입자 크기가 커질 우려가 있다. 또한, 교반 속도가 너무 빠르면, 촉매 입자가 깨져 촉매의 입경 분포가 넓게 형성되며, 입경이 3㎛ 보다 작은 촉매 입자가 생성될 수 있다.On the other hand, the dropwise addition of the transition metal compound is performed under stirring at a stirring speed of 50 to 1000 rpm depending on the total volume of the reacting compound. If the stirring speed is too slow, there is a risk that the catalyst particles generated after the combination of the magnesium compound and the transition metal compound are aggregated to increase the particle size. In addition, if the stirring speed is too fast, the catalyst particles are broken and the particle size distribution of the catalyst is formed widely, and catalyst particles having a particle diameter of less than 3 μm may be generated.

일 실시예에서 전이금속 화합물의 투입은 서서히 이루어지는데, 이는 발열과 촉매 응집을 방지할 수 있기 때문이다. 또한 전이금속 화합물 투입 완료 후에 온도가 상승하는 것을 고려하여 일정 시간 동안, 비제한적 예시로, 30 내지 90분 동안 동일한 온도에서 유지한 다음, 온도를 서서히 올릴 수 있다. 통상적으로, 온도는 0.1 내지 0.5℃/min로 승온하는 것이 적절하다. 온도가 갑자기 빠르게 상승되면 촉매가 깨지거나 뭉쳐 촉매 형상이 변할 수 있다. 그 후 다시 서서히 승온하여 70 내지 90℃에 도달시킨다. 이때 온도를 서서히 상승시켜야만 촉매가 깨지거나 뭉치는 현상을 방지할 수 있으며 온도 상승에 따른 급격한 반응을 조절할 수 있다.In one embodiment, the introduction of the transition metal compound is made slowly, because it is possible to prevent heat generation and catalyst aggregation. In addition, considering that the temperature rises after the transition metal compound is added, it may be maintained at the same temperature for a certain period of time, as a non-limiting example, for 30 to 90 minutes, and then the temperature may be gradually increased. Usually, it is appropriate to raise the temperature at 0.1 to 0.5°C/min. If the temperature rises suddenly and rapidly, the catalyst may be broken or agglomerated and the shape of the catalyst may change. After that, the temperature is gradually increased again to reach 70 to 90°C. At this time, only when the temperature is raised gradually, the catalyst can be prevented from breaking or agglomerated, and the rapid reaction according to the temperature rise can be controlled.

한편, 일 실시예에서 마그네슘 화합물 용액에 전이금속 화합물을 투입하기 전, (C5-C8)의 비극성 용매를 투입할 수 있다. 상기 (C5-C8)의 비극성 용매의 구체적인 예로 펜탄, 헥산, 헵탄, 옥탄 등을 들 수 있으며, 바람직하게는 헥산일 수 있다.Meanwhile, in one embodiment, before adding the transition metal compound to the magnesium compound solution, (C 5 -C 8 ) a non-polar solvent may be added. Specific examples of the (C 5 -C 8 ) non-polar solvent include pentane, hexane, heptane, octane, and the like, and preferably hexane.

상기 (C5-C8)의 비극성 용매는 촉매 제조 시 결정화 속도를 조절함으로써 촉매 입자 크기를 조절하기 위해 투입되는 것이다. 일반적으로 마그네슘 화합물은 녹는점이 높아 고온 조건에서 알코올에 용해되며, 이때 알코올이 마그네슘 화합물과 공유 결합을 이루게 된다. 재결정 방법에서 촉매 입자는 마그네슘 화합물과 전이금속이 결합한 후에, 마그네슘 화합물과 결합된 알코올이 보다 더 강한 결합을 형성할 수 있는 전이금속으로 이동하고, 마그네슘 화합물은 결합된 전이금속과 함께 고체로 생성된다. 이때 마그네슘 화합물 내에 존재하는 (C5-C8)의 비극성 용매가 결정화 속도를 조절한다.The (C 5 -C 8 ) non-polar solvent is added to adjust the catalyst particle size by controlling the crystallization rate during catalyst preparation. In general, the magnesium compound has a high melting point and is dissolved in alcohol at a high temperature, in which case the alcohol forms a covalent bond with the magnesium compound. In the recrystallization method, after the magnesium compound and the transition metal are bonded, the catalyst particles move to the transition metal where the alcohol bonded to the magnesium compound can form a stronger bond, and the magnesium compound is produced as a solid together with the bonded transition metal. . At this time, the (C 5 -C 8 ) non-polar solvent present in the magnesium compound controls the crystallization rate.

보다 구체적으로 설명하면, 마그네슘 화합물 용액 내에 존재하는 (C5-C8)의 비극성 용매량이 적을 경우 결정화 속도가 느려 작은 촉매 입자가 생성되며, 반대로 (C5-C8)의 비극성 용매량이 많을 경우 결정화 속도를 증가시켜 큰 촉매 입자가 생성된다. 그러나 마그네슘 화합물 대비 (C5-C8)의 비극성 용매가 과량 투입되면 촉매 입경이 지나치게 증가하여 활성 및 겉보기 밀도가 낮아질 수 있으므로, 이러한 측면에서 마그네슘 화합물과 (C5-C8)의 비극성 용매의 몰비는 1:1 내지 1:25인 것이 바람직하다. 상기 몰비 범위 내에서 다양한 제품에 적용이 가능한 폴리에틸렌 중합에 사용되는 촉매 입자를 합성할 수 있다. More specifically, when the amount of the (C 5 -C 8 ) non-polar solvent present in the magnesium compound solution is small, the crystallization rate is slow to generate small catalyst particles, and on the contrary, when the amount of the (C 5 -C 8 ) non-polar solvent is large Larger catalyst particles are produced by increasing the rate of crystallization. However, when the (C 5 -C 8 ) non-polar solvent is added in excess compared to the magnesium compound, the catalyst particle size increases excessively, and the activity and apparent density may be lowered. In this respect, the magnesium compound and the (C 5 -C 8 ) non-polar solvent The molar ratio is preferably 1:1 to 1:25. Catalyst particles used for polyethylene polymerization that can be applied to various products within the molar ratio range can be synthesized.

그러나 일 실시예의 촉매 제조 방법과 달리, 마그네슘 화합물을 알코올에 용해시킨 후, 이를 전이금속 화합물과 (C5-C8)의 비극성 용매를 포함하는 혼합 용액에 투입할 경우 마그네슘 화합물에 결합된 알코올이 빠른 속도로 전이금속으로 이동하여 바로 결정이 형성되므로 큰 촉매 입자가 생성된다. 이와 같이 촉매 입자 생성이 빠르게 진행될 경우 (C5-C8)의 비극성 용매에 의한 결정화 속도 조절이 어렵고 활성이 낮은 단점이 있다. 또한 이러한 촉매 하에서 제조된 초고분자량 폴리에틸렌 제품의 경우 파우더 뭉침이 발생할 수 있고 파우더 입도 분포가 넓어 최종 제품에 적용이 어려울 수 있다.However, unlike the catalyst preparation method of one embodiment, after dissolving the magnesium compound in alcohol, when it is added to a mixed solution containing a transition metal compound and a non-polar solvent of (C 5 -C 8 ), the alcohol bound to the magnesium compound is Large catalyst particles are generated because crystals are formed immediately by moving to the transition metal at a high speed. As such, when the catalyst particle generation proceeds rapidly (C 5 -C 8 ), it is difficult to control the crystallization rate by a non-polar solvent and the activity is low. In addition, in the case of ultra-high molecular weight polyethylene products manufactured under such a catalyst, powder agglomeration may occur and it may be difficult to apply to final products because the powder particle size distribution is wide.

또한 일 실시예에서 마그네슘 화합물 용액에 내부전자 공여체를 추가로 투입할 수 있다. 상기 내부전자 공여체는 전이금속 화합물에 전자를 공여하여 전이금속 화합물의 활성점을 안정화시키며 촉매 입경에 영향을 미치는 요인이다. (B) 단계에서 마그네슘 화합물 용액에 내부전자 공여체를 투입하는 경우, 마그네슘 화합물과 내부전자 공여체의 몰비가 1:0 초과 1:0.3 이하가 되도록 투입할 수 있으며, 상기 범위를 벗어나는 경우, 촉매 입경이 지나치게 커지거나 전이금속 화합물이 담체에 담지되는 것을 방해하여 촉매의 활성이 낮아질 수 있다.In addition, in one embodiment, an internal electron donor may be additionally added to the magnesium compound solution. The internal electron donor is a factor influencing the particle size of the catalyst by stabilizing the active point of the transition metal compound by donating electrons to the transition metal compound. When the internal electron donor is added to the magnesium compound solution in step (B), the molar ratio of the magnesium compound and the internal electron donor may be added so that the molar ratio of the magnesium compound to the internal electron donor exceeds 1:0 and 1:0.3 or less. The activity of the catalyst may be lowered by becoming excessively large or by preventing the transition metal compound from being supported on the carrier.

(B) 단계에서 사용 가능한 내부전자 공여체의 비제한적 예로는 메틸 2-메틸벤조에이트, 에틸벤조에이트, 프로필벤조에이트, 이소프로필벤조에이트, 부틸벤조에이트, 펜틸벤조에이트, 헥실벤조에이트, 에틸 4-(다이메틸아미노)벤조에이트, 에틸 4-(부틸아미노)벤조에이트, 에틸 4-(벤질옥시)벤조에이트, 에틸 4-브로모벤조에이트 등을 들 수 있으며, 이 중에서 2 이상의 화합물을 혼합하여 사용할 수 있고, 바람직하게는 에틸벤조에이트를 사용할 수 있다. Non-limiting examples of internal electron donors usable in step (B) include methyl 2-methylbenzoate, ethylbenzoate, propylbenzoate, isopropylbenzoate, butylbenzoate, pentylbenzoate, hexylbenzoate, ethyl 4- (dimethylamino)benzoate, ethyl 4-(butylamino)benzoate, ethyl 4-(benzyloxy)benzoate, ethyl 4-bromobenzoate, etc., among which two or more compounds may be mixed and used. and, preferably, ethyl benzoate may be used.

다음으로, 마그네슘 화합물 용액 및 전이금속 화합물이 포함된 촉매 용액을 70 내지 90℃로 승온한다((C) 단계). 승온 후의 온도가 70℃에 미치지 못하면 촉매가 구조적으로 안정화되지 못하여 촉매 성능이 저하될 수 있다, 반면, 승온 후의 온도가 90℃를 초과하면 견고하지 못한 촉매가 형성되며, 이러한 촉매 하에서 에틸렌 중합 시 겉보기 밀도가 낮은 폴리에틸렌이 제조될 수 있으므로 바람직하지 않다. Next, the magnesium compound solution and the catalyst solution containing the transition metal compound is heated to 70 to 90 ℃ (step (C)). If the temperature after the temperature rise does not reach 70 ° C, the catalyst is structurally not stabilized and the catalyst performance may deteriorate. On the other hand, if the temperature after the temperature rise exceeds 90 ° C, an unstable catalyst is formed. This is undesirable as low density polyethylene can be produced.

상기 촉매 용액을 승온한 후 내부전자 공여체를 투입한다((D) 단계). (D) 단계에서는 (B) 단계에서 사용 가능한 것으로 언급한 내부전자 공여체와 동일한 것을 사용할 수 있다. After raising the temperature of the catalyst solution, an internal electron donor is added (step (D)). In step (D), the same internal electron donor mentioned as usable in step (B) may be used.

(D) 단계에서 내부전자 공여체는 승온 후 30 분 이내로 즉시 투입하거나, 혹은 승온한 상태에서 1 내지 3시간 경과 후 투입할 수 있다. 또한, 내부전자 공여체 투입 후 온도를 2 내지 3시간 동안 유지하여 촉매 내의 내부전자 공여체가 담체와 안정적으로 결합 및 반응하도록 할 수 있다. 이와 같이 내부전자 공여체를 투입하고 안정적으로 담체와 결합되도록 함으로써 높은 분자량을 갖는 폴리에틸렌을 제조할 수 있다. In step (D), the internal electron donor may be added immediately within 30 minutes after the temperature is raised, or may be added after 1 to 3 hours have elapsed while the temperature is elevated. In addition, the internal electron donor in the catalyst can be stably bound and reacted with the carrier by maintaining the temperature for 2 to 3 hours after the internal electron donor is added. In this way, by introducing an internal electron donor and stably bonding to the carrier, polyethylene having a high molecular weight can be produced.

한편, 일 실시예에서 투입되는 내부전자 공여체의 몰비는 마그네슘 화합물에 대하여 1:0.1 내지 1:0.6일 수 있다. 상기 몰비가 1:0.1 미만인 경우 내부전자 공여체 투입량이 지나치게 적어 초고분자량 폴리에틸렌 제조가 어렵다. 반면 몰비가 1:0.6을 초과하더라도 내부전자 공여체가 더 이상 촉매 성능의 향상에 관여하지 않으므로 1:0.6 이하의 몰비가 되도록 내부전자 공여체를 투입하는 것이 경제적 측면에서도 바람직하다. Meanwhile, in an embodiment, the molar ratio of the internal electron donor to the magnesium compound may be 1:0.1 to 1:0.6. When the molar ratio is less than 1:0.1, it is difficult to manufacture ultra-high molecular weight polyethylene because the amount of the internal electron donor input is too small. On the other hand, even if the molar ratio exceeds 1:0.6, since the internal electron donor is no longer involved in the improvement of catalyst performance, it is preferable from an economical point of view to input the internal electron donor so that the molar ratio is 1:0.6 or less.

또한 일 실시예에서 상기 (D) 단계의 수득물에 하기 화학식 2로 표시되는 알킬알루미늄 화합물을 투입하는 단계((E) 단계)를 추가로 포함할 수 있다. In addition, in one embodiment, the step ((E) step) of adding an alkylaluminum compound represented by the following Chemical Formula 2 to the obtained product of step (D) may be further included.

Figure pat00002
Figure pat00002

상기 화학식 2에서, R2는 각각 독립적으로 (C1-C8)알킬기이고, X는 할로겐이고, m은 0 내지 3의 정수이다.In Formula 2, R 2 is each independently a (C 1 -C 8 )alkyl group, X is a halogen, and m is an integer of 0 to 3.

상기 알킬알루미늄 화합물은 조촉매로서, 전이금속 화합물을 환원시켜 활성점을 형성하여 촉매 활성을 높이는 역할을 할 수 있다. 특히 전이금속 화합물과 마그네슘 화합물을 먼저 반응시키고 상기 알킬알루미늄 화합물을 반응시키는 경우 촉매 내에서 활성점이 더욱 고르게 분포할 수 있기 때문에 보다 높은 촉매 활성을 나타내며, 높은 분자량을 갖는 초고분자량 폴리에틸렌을 제조할 수 있다.The alkylaluminum compound may serve as a cocatalyst to reduce the transition metal compound to form an active site to increase catalytic activity. In particular, when the transition metal compound and the magnesium compound are first reacted and the alkylaluminum compound is reacted, the active sites can be more evenly distributed in the catalyst, so that the ultrahigh molecular weight polyethylene having a high molecular weight and exhibiting higher catalytic activity can be prepared. .

이러한 알킬알루미늄 화합물로는 구체적으로 트리메틸알루미늄, 트리에틸알루미늄, 트리이소프로필알루미늄, 트리옥틸알루미늄, 디메틸알루미늄클로라이드, 디에틸알루미늄플루오라이드, 디에틸알루미늄클로라이드, 디에틸알루미늄브로마이드, 디에틸알루미늄아이오다이드, 메틸알루미늄디클로라이드, 에틸알루미늄디클로라이드 등을 사용할 수 있다.Examples of such alkylaluminum compounds include trimethylaluminum, triethylaluminum, triisopropylaluminum, trioctylaluminum, dimethylaluminum chloride, diethylaluminum fluoride, diethylaluminum chloride, diethylaluminum bromide, and diethylaluminum iodide. , methyl aluminum dichloride, ethyl aluminum dichloride, and the like can be used.

상기 방법에 따라 제조된 폴리에틸렌 중합용 촉매는 촉매 총 중량 대비 전이금속 원소 함량이 2 내지 7 중량%이고, 내부전자 공여체의 함량이 10 내지 30 중량%이며, 알코올 함량이 1 내지 10 중량%일 수 있다. 또한 상기 촉매의 평균 입경은 3 내지 18㎛이고, 촉매 입도분포지수가 SPAN 값으로 0.2 내지 1.0일 수 있다. 상기 SPAN 값은 분체의 입도분포의 정도를 나타내는 수치로서, 그 값이 작을수록 분체가 더 균일하고 좁은 입도분포를 가지고 있음을 의미한다.The catalyst for polyethylene polymerization prepared according to the above method may have a transition metal element content of 2 to 7% by weight relative to the total weight of the catalyst, an internal electron donor content of 10 to 30% by weight, and an alcohol content of 1 to 10% by weight. have. In addition, the average particle diameter of the catalyst may be 3 to 18㎛, and the catalyst particle size distribution index may be 0.2 to 1.0 in terms of SPAN value. The SPAN value is a numerical value indicating the degree of particle size distribution of the powder, and a smaller value means that the powder has a more uniform and narrow particle size distribution.

본 발명의 다른 실시예에 따르면 상기 촉매 하에서 에틸렌 단량체를 중합하여 중량평균분자량이 1.5x106 내지 8x106 g/mol인 초고분자량 폴리에틸렌을 제조할 수 있다. 폴리에틸렌 중합 반응은 기상, 액상, 또는 슬러리상으로 이루어질 수 있으며, 액상으로 합성 반응을 행할 때는 탄화수소 용매를 사용할 수 있고, 에틸렌 자체를 용매로 사용할 수도 있다.According to another embodiment of the present invention, ultra-high molecular weight polyethylene having a weight average molecular weight of 1.5x10 6 to 8x10 6 g/mol can be prepared by polymerizing an ethylene monomer under the catalyst. Polyethylene polymerization may be carried out in a gas phase, liquid phase, or slurry phase, and when the synthesis reaction is performed in a liquid phase, a hydrocarbon solvent may be used, and ethylene itself may be used as a solvent.

한편, 기존의 촉매를 사용할 경우 일반적으로 60 내지 80℃에서 중합 반응을 실시하였으며, 60℃ 미만의 온도에서는 에틸렌 중합 반응을 실시할 수 없었다. 그러나 상기 일 실시예에 따라 제조된 촉매를 사용하면 50 내지 90 ℃에서 에틸렌 중합 반응을 실시하여 초고분자량 폴리에틸렌을 제조할 수 있다. 중합 온도가 지나치게 높으면 에틸렌 중합체 사슬이 성장하는 과정에서 쉽게 끊어질 수 있다. 반면, 중합 온도가 낮을수록 촉매 활성은 감소하나, 에틸렌 중합이 서서히 진행되므로 초고분자량 폴리에틸렌 제조에 보다 유리하다.On the other hand, when using a conventional catalyst, the polymerization reaction was generally carried out at 60 to 80 °C, and the ethylene polymerization reaction could not be carried out at a temperature lower than 60 °C. However, using the catalyst prepared according to the above embodiment, it is possible to manufacture ultra-high molecular weight polyethylene by carrying out the ethylene polymerization reaction at 50 to 90 ℃. If the polymerization temperature is too high, the ethylene polymer chain may be easily broken in the process of growth. On the other hand, the lower the polymerization temperature, the lower the catalytic activity, but the ethylene polymerization proceeds slowly, which is more advantageous for the production of ultra-high molecular weight polyethylene.

또한 상기 중합 반응은 1 내지 20 기압에서 진행할 수 있고, 3 내지 10 기압 조건에서 진행하는 것이 바람직하다. 압력이 20 기압을 초과하는 경우에는 공업적, 경제적 측면에서 바람직하지 않다. 또한 중합 반응은 1 내지 5시간 동안 수행될 수 있으며 회분식, 반연속식, 연속식 중의 어느 방법으로 행할 수 있다.In addition, the polymerization reaction may be carried out at 1 to 20 atmospheres, preferably at 3 to 10 atmospheres. When the pressure exceeds 20 atm, it is not preferable from an industrial and economic point of view. In addition, the polymerization reaction may be carried out for 1 to 5 hours and may be carried out in any one of batch, semi-continuous, and continuous methods.

또한 상기 중합 반응 중 수소는 에틸렌 단량체 대비 0 내지 2 몰당량으로 투입될 수 있으며, 수소를 지나치게 과량 투입하면 수소가 제조된 중합체의 말단부에 결합하므로 폴리에틸렌의 분자량이 낮아지는 경향이 있다. 반면 수소 투입량이 0이면 에틸렌 중합 반응이 지속적으로 진행되어 초고분자량 폴리에틸렌 제조에 유리하다. In addition, during the polymerization reaction, hydrogen may be added in an amount of 0 to 2 molar equivalents compared to the ethylene monomer, and when hydrogen is added excessively, hydrogen binds to the terminal of the prepared polymer, and thus the molecular weight of polyethylene tends to be lowered. On the other hand, when the amount of hydrogen input is 0, the ethylene polymerization reaction continuously proceeds, which is advantageous for the production of ultra-high molecular weight polyethylene.

한편 일반적으로 폴리에틸렌 중합 시, 제조되는 폴리에틸렌의 입경이 작을수록 다량의 미분이 발생하며, 이때 미분은 입경이 75㎛보다 작은 입자를 의미한다. 그러나 본 발명에 따라 촉매를 제조하는 경우, 초고분자량 폴리에틸렌이 적용되는 제품의 특성에 적합하도록 촉매의 입도 분포를 조절함으로써 미분 발생량을 조절할 수 있으며, 파우더 평균 입경이 100㎛ 이상인 폴리에틸렌은 미분 함량이 0.1 내지 10 중량%일 수 있다.On the other hand, in general, during polymerization of polyethylene, a larger amount of fine powder is generated as the particle diameter of the polyethylene to be produced is small. However, when the catalyst is prepared according to the present invention, the amount of fine powder can be controlled by adjusting the particle size distribution of the catalyst to suit the characteristics of the product to which the ultra-high molecular weight polyethylene is applied, and the fine powder content of polyethylene having an average powder particle size of 100 μm or more is 0.1 to 10% by weight.

일 실시예에서 상기 폴리에틸렌 제조 시 추가적인 외부전자 공여체를 사용하지 않을 수 있다. 재결정 촉매의 경우 고체 입자가 형성되면 대부분 전자 공여체와의 결합이 이루어져 입자 생성 이후 투입되는 전자 공여체는 구조적으로 안정된 결합을 이루지 못하여 중합 시 도움이 되지 않을 수 있다.In an embodiment, an additional external electron donor may not be used in manufacturing the polyethylene. In the case of a recrystallization catalyst, when solid particles are formed, most of them are bonded to an electron donor, so that the electron donor input after particle formation does not form a structurally stable bond may not be helpful during polymerization.

실시예Example

이하, 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 위한 것일 뿐, 본 발명을 한정하는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. The following examples are only for the understanding of the present invention, but do not limit the present invention.

[촉매 제조예 1][Catalyst Preparation Example 1]

교반기와 오일 순환 히터가 장착된 0.5 L 크기의 내압용 유리 반응기에, 질소 분위기 하에서 마그네슘클로라이드 3.0 g, 2-에틸헥산올 16 ml 및 데칸 15 ml를 투입하고, 80℃에서 300 rpm으로 교반하였다. 마그네슘클로라이드를 완전히 용해시키기 위해 135℃로 승온하고, 균질한 용액이 되면 1시간 동안 반응을 유지하였다. 이후, 실온으로 낮추어 헥산 12.6 ml를 투입하고 다시 온도를 낮추었다. 온도가 0 ~ -10℃로 유지되면 600 rpm으로 교반하면서 티타늄 테트라클로라이드(TiCl4) 16 ml를 서서히 투입하였다. 투입이 완료되면 73℃까지 승온 후 에틸벤조에이트 0.2 당량을 투입하여 동일 온도에서 2시간 유지하면서 교반하였다. 이후 45℃로 낮추어 교반을 멈추고, 생성된 고체 입자를 침전시켰다. 이후, 상층액을 제거한 후 헥산 2 L로 5회 세정 후 건조하여 촉매를 얻었다.In a 0.5 L size pressure resistant glass reactor equipped with a stirrer and an oil circulation heater, 3.0 g of magnesium chloride, 16 ml of 2-ethylhexanol and 15 ml of decane were added under a nitrogen atmosphere, and the mixture was stirred at 80° C. at 300 rpm. The temperature was raised to 135° C. to completely dissolve the magnesium chloride, and the reaction was maintained for 1 hour when a homogeneous solution was obtained. Thereafter, the temperature was lowered to room temperature, 12.6 ml of hexane was added, and the temperature was lowered again. When the temperature was maintained at 0 ~ -10 °C, 16 ml of titanium tetrachloride (TiCl 4 ) was slowly added while stirring at 600 rpm. When the input was completed, the temperature was raised to 73° C., 0.2 equivalent of ethyl benzoate was added, and the mixture was stirred while maintaining the temperature at the same temperature for 2 hours. Then, the stirring was stopped by lowering to 45° C., and the resulting solid particles were precipitated. Thereafter, the supernatant was removed, washed 5 times with 2 L of hexane and dried to obtain a catalyst.

[촉매 제조예 2][Catalyst Preparation Example 2]

촉매 제조예 1에서 에틸벤조에이트 0.2 당량을 투입하는 대신, 에틸벤조에이트 0.3 당량을 투입하는 것을 제외하고, 촉매 제조예 1과 동일한 방법으로 촉매를 제조하였다.A catalyst was prepared in the same manner as in Catalyst Preparation Example 1, except that 0.3 equivalents of ethylbenzoate was added instead of 0.2 equivalents of ethyl benzoate in Catalyst Preparation Example 1.

[촉매 제조예 3][Catalyst Preparation Example 3]

촉매 제조예 1에서 에틸벤조에이트 0.2 당량을 투입하는 대신, 에틸벤조에이트 0.1 당량을 투입하는 것을 제외하고, 촉매 제조예 1과 동일한 방법으로 촉매를 제조하였다.A catalyst was prepared in the same manner as in Catalyst Preparation Example 1, except that 0.1 equivalent of ethyl benzoate was added instead of 0.2 equivalent of ethyl benzoate in Catalyst Preparation Example 1.

[촉매 제조예 4][Catalyst Preparation Example 4]

촉매 제조예 1에서 에틸벤조에이트 0.2 당량을 투입하는 대신, 에틸벤조에이트 0.4 당량을 투입하는 것을 제외하고, 촉매 제조예 1과 동일한 방법으로 촉매를 제조하였다.A catalyst was prepared in the same manner as in Catalyst Preparation Example 1, except that 0.4 equivalents of ethyl benzoate was added instead of 0.2 equivalents of ethyl benzoate in Catalyst Preparation Example 1.

[촉매 제조예 5][Catalyst Preparation Example 5]

교반기와 오일 순환 히터가 장착된 0.5 L 크기의 내압용 유리 반응기에, 질소 분위기 하에서 염화마그네슘 3.0 g, 2-에틸헥산올 16 ml 및 데칸 15 ml를 투입하고, 80℃에서 300 rpm으로 교반하였다. 염화마그네슘을 완전히 용해시키기 위해 135℃로 승온하고, 균질한 용액이 되면 1시간 동안 반응을 유지하였다. 이후 실온으로 낮추어 에틸벤조에이트 0.03 당량을 투입하고 1시간 동안 교반한 다음, 헥산 12.6 ml를 투입하고 30분 교반 후 온도를 낮추었다. 온도가 0 ~ -10℃로 유지되면 600 rpm으로 교반하면서 티타늄 테트라클로라이드 16 ml를 서서히 투입하였다. 투입이 완료되면 73℃까지 승온 후 에틸벤조에이트 0.2 당량을 투입하여 동일 온도에서 2시간 유지하면서 교반하였다. 이후 45℃로 낮추어 교반을 멈추고, 생성된 고체 입자를 침전시켰다. 이후, 상층액을 제거한 후 헥산 2 L로 5회 세정 후 건조하여 촉매를 얻었다.In a 0.5 L size pressure resistant glass reactor equipped with a stirrer and an oil circulation heater, 3.0 g of magnesium chloride, 16 ml of 2-ethylhexanol, and 15 ml of decane were added under a nitrogen atmosphere, and the mixture was stirred at 80° C. at 300 rpm. The temperature was raised to 135° C. to completely dissolve the magnesium chloride, and the reaction was maintained for 1 hour when a homogeneous solution was obtained. After lowering to room temperature, 0.03 equivalents of ethyl benzoate was added and stirred for 1 hour, then 12.6 ml of hexane was added and the temperature was lowered after stirring for 30 minutes. When the temperature was maintained at 0 ~ -10 °C, 16 ml of titanium tetrachloride was slowly added while stirring at 600 rpm. When the input was completed, the temperature was raised to 73° C., 0.2 equivalent of ethyl benzoate was added, and the mixture was stirred while maintaining the temperature at the same temperature for 2 hours. Then, the stirring was stopped by lowering to 45° C., and the resulting solid particles were precipitated. Thereafter, the supernatant was removed, washed 5 times with 2 L of hexane and dried to obtain a catalyst.

[촉매 제조예 6][Catalyst Preparation Example 6]

촉매 제조예 5에서 에틸벤조에이트 0.2 당량을 투입하는 대신, 에틸벤조에이트 0.1 당량을 투입하는 것을 제외하고, 촉매 제조예 5와 동일한 방법으로 촉매를 제조하였다.A catalyst was prepared in the same manner as in Catalyst Preparation Example 5, except that 0.1 equivalent of ethyl benzoate was added instead of 0.2 equivalent of ethyl benzoate in Catalyst Preparation Example 5.

[촉매 제조예 7][Catalyst Preparation Example 7]

촉매 제조예 5에서 에틸벤조에이트 0.2 당량을 투입하는 대신, 에틸벤조에이트 0.3 당량을 투입하는 것을 제외하고, 촉매 제조예 5와 동일한 방법으로 촉매를 제조하였다.A catalyst was prepared in the same manner as in Catalyst Preparation Example 5, except that 0.3 equivalents of ethyl benzoate was added instead of 0.2 equivalents of ethyl benzoate in Catalyst Preparation Example 5.

[촉매 제조예 8][Catalyst Preparation Example 8]

촉매 제조예 5에서 에틸벤조에이트 0.2 당량을 투입하는 대신, 에틸벤조에이트 0.4 당량을 투입하는 것을 제외하고, 촉매 제조예 5와 동일한 방법으로 촉매를 제조하였다.A catalyst was prepared in the same manner as in Catalyst Preparation Example 5, except that 0.4 equivalents of ethylbenzoate was added instead of 0.2 equivalents of ethyl benzoate in Catalyst Preparation Example 5.

[촉매 제조예 9][Catalyst Preparation Example 9]

촉매 제조예 5에서 에틸벤조에이트를 투입하지 않는 것을 제외하고, 촉매 제조예 5와 동일한 방법으로 촉매를 제조하였다.A catalyst was prepared in the same manner as in Catalyst Preparation Example 5, except that ethyl benzoate was not added in Catalyst Preparation Example 5.

[촉매 제조예 10][Catalyst Preparation Example 10]

교반기와 오일 순환 히터가 장착된 0.5 L 크기의 내압용 유리 반응기에, 질소 분위기 하에서 염화마그네슘 3.0 g, 2-에틸헥산올 16 ml 및 데칸 15 ml를 투입하고, 80℃에서 300 rpm으로 교반하였다. 염화마그네슘을 완전히 용해시키기 위해 130℃로 승온하고, 균질한 용액이 되면 1시간 동안 반응을 유지하고, 에틸벤조에이트 0.03 당량을 투입한 후, 동일 온도에서 1시간 동안 유지하고, 실온으로 낮추었다.In a 0.5 L size pressure resistant glass reactor equipped with a stirrer and an oil circulation heater, 3.0 g of magnesium chloride, 16 ml of 2-ethylhexanol, and 15 ml of decane were added under a nitrogen atmosphere, and the mixture was stirred at 80° C. at 300 rpm. The temperature was raised to 130° C. to completely dissolve the magnesium chloride, and when it became a homogeneous solution, the reaction was maintained for 1 hour, 0.03 equivalent of ethyl benzoate was added, and then maintained at the same temperature for 1 hour, and lowered to room temperature.

다음으로, 별도의 반응기에 헥산 30 ml와 티타늄 테트라클로라이드 16 ml를 혼합하여 혼합 용액을 제조하였다.Next, a mixed solution was prepared by mixing 30 ml of hexane and 16 ml of titanium tetrachloride in a separate reactor.

이후 -10 ℃로 유지된 반응기에서, 600 rpm의 속도로 교반하면서 헥산 및 테트라클로라이드가 혼합된 혼합 용액에 염화마그네슘과 에틸벤조에이트를 포함하는 용액을 유리주사기를 이용하여 서서히 투입하였다. 투입이 완료되면 73℃까지 승온하여 동일 온도에서 2시간 동안 유지하면서 교반하였다. 이후 온도를 45 ℃로 낮추어 교반을 멈추고, 생성된 고체 입자를 침전시켰다. 이후, 상층액을 제거하고 헥산 2 L로 5회 세정 후 건조하여 촉매를 제조하였다.Thereafter, in a reactor maintained at -10 °C, a solution containing magnesium chloride and ethyl benzoate was slowly added using a glass syringe to a mixed solution in which hexane and tetrachloride were mixed while stirring at a speed of 600 rpm. When the input was completed, the temperature was raised to 73° C. and the mixture was stirred while maintaining it at the same temperature for 2 hours. After that, the temperature was lowered to 45° C. to stop stirring, and the resulting solid particles were precipitated. Thereafter, the supernatant was removed, washed 5 times with 2 L of hexane and dried to prepare a catalyst.

[촉매 제조예 11][Catalyst Preparation Example 11]

촉매 제조예 10에서 에틸벤조에이트 0.03 당량을 투입하는 대신, 에틸벤조에이트 0.1 당량을 투입하는 것을 제외하고, 촉매 제조예 10과 동일한 방법으로 촉매를 제조하였다.A catalyst was prepared in the same manner as in Catalyst Preparation Example 10, except that 0.1 equivalent of ethyl benzoate was added instead of 0.03 equivalent of ethyl benzoate in Catalyst Preparation Example 10.

[촉매 제조예 12][Catalyst Preparation Example 12]

촉매 제조예 10에서 에틸벤조에이트 0.03 당량을 투입하는 대신, 디이소부틸프탈레이트(DIBP) 0.6 당량을 투입하는 것을 제외하고, 촉매 제조예 10과 동일한 방법으로 촉매를 제조하였다.A catalyst was prepared in the same manner as in Catalyst Preparation Example 10, except that 0.6 equivalents of diisobutylphthalate (DIBP) was added instead of 0.03 equivalents of ethyl benzoate in Catalyst Preparation Example 10.

[촉매 제조예 13][Catalyst Preparation Example 13]

촉매 제조예 1에서 티타늄 테트라클로라이드 투입 후 승온하지 않고 에틸벤조에이트 0.2 당량을 투입하는 것을 제외하고, 촉매 제조예 1과 동일한 방법으로 촉매를 제조하였다. A catalyst was prepared in the same manner as in Catalyst Preparation Example 1, except that 0.2 equivalent of ethyl benzoate was added without raising the temperature after adding titanium tetrachloride in Catalyst Preparation Example 1.

[실시예 1][Example 1]

120℃에서 2 시간 건조된 2 L 스테인레스 스틸 오토클레이브를 질소로 퍼징시켜 반응기의 내부를 질소 분위기가 되도록 하였다. 질소 분위기를 유지하면서 반응기 내부 온도를 25 ℃로 낮추고, 정제 헥산 1 L를 주입하였다. 헥산에 희석된 트리에틸알루미늄 2.0 mmol을 투입하고, 촉매 제조예 1에서 제조된 촉매 1 g을 데칸 100 ml에 희석하여 수득한 희석액 1 ml를 투입하였다. 투입 후 250 내지 300 rpm으로 교반하면서 반응기 온도를 80℃로 승온하고, 반응기 내 압력이 8 bar가 되도록 에틸렌을 공급하여 압력을 유지하면서 중합 반응을 실시하였다. 2시간 동안 중합을 지속하였으며 에틸렌을 공급하여 압력을 일정하게 유지하였다. 반응 종료 후 감압 여과를 실시하여 용매를 제거하고, 잔류 헥산 용매를 80℃의 진공 오븐에서 2시간 건조하여 폴리에틸렌을 제조하였다.A 2 L stainless steel autoclave dried at 120° C. for 2 hours was purged with nitrogen to make the inside of the reactor a nitrogen atmosphere. While maintaining a nitrogen atmosphere, the temperature inside the reactor was lowered to 25 °C, and 1 L of purified hexane was injected. 2.0 mmol of triethylaluminum diluted in hexane was added, and 1 ml of a diluted solution obtained by diluting 1 g of the catalyst prepared in Catalyst Preparation Example 1 in 100 ml of decane was added. After the input, the temperature of the reactor was raised to 80° C. while stirring at 250 to 300 rpm, and ethylene was supplied so that the pressure in the reactor became 8 bar to carry out the polymerization reaction while maintaining the pressure. Polymerization was continued for 2 hours, and ethylene was supplied to keep the pressure constant. After completion of the reaction, the solvent was removed by filtration under reduced pressure, and the residual hexane solvent was dried in a vacuum oven at 80° C. for 2 hours to prepare polyethylene.

[실시예 2][Example 2]

촉매 제조예 2에서 제조된 촉매를 사용하는 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리에틸렌을 제조하였다. Polyethylene was prepared in the same manner as in Example 1, except that the catalyst prepared in Catalyst Preparation Example 2 was used.

[실시예 3][Example 3]

촉매 제조예 3에서 제조된 촉매를 사용하는 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리에틸렌을 제조하였다. Polyethylene was prepared in the same manner as in Example 1, except that the catalyst prepared in Catalyst Preparation Example 3 was used.

[실시예 4][Example 4]

촉매 제조예 4에서 제조된 촉매를 사용하는 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리에틸렌을 제조하였다. Polyethylene was prepared in the same manner as in Example 1, except that the catalyst prepared in Catalyst Preparation Example 4 was used.

[실시예 5][Example 5]

촉매 제조예 1에서 제조된 촉매를 사용하여 중합 반응을 90℃에서 실시한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리에틸렌을 제조하였다.Polyethylene was prepared in the same manner as in Example 1, except that the polymerization reaction was carried out at 90° C. using the catalyst prepared in Catalyst Preparation Example 1.

[실시예 6][Example 6]

촉매 제조예 1에서 제조된 촉매를 사용하여 중합 반응을 50℃에서 실시한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리에틸렌을 제조하였다.Polyethylene was prepared in the same manner as in Example 1, except that the polymerization reaction was carried out at 50° C. using the catalyst prepared in Catalyst Preparation Example 1.

[실시예 7 내지 10][Examples 7 to 10]

촉매 제조예 5 내지 8에서 제조된 촉매를 각각 사용하는 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리에틸렌을 제조하였다. Polyethylene was prepared in the same manner as in Example 1, except that each of the catalysts prepared in Catalyst Preparation Examples 5 to 8 was used.

[실시예 11 및 12][Examples 11 and 12]

촉매 제조예 5 및 6에서 제조된 촉매를 각각 사용하여 중합 반응을 70 ℃에서 실시한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리에틸렌을 제조하였다. Polyethylene was prepared in the same manner as in Example 1, except that the polymerization reaction was carried out at 70° C. using the catalysts prepared in Catalyst Preparation Examples 5 and 6, respectively.

[실시예 13][Example 13]

촉매 제조예 6에서 제조된 촉매를 사용하여 중합 반응을 60 ℃에서 실시한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리에틸렌을 제조하였다. Polyethylene was prepared in the same manner as in Example 1, except that the polymerization reaction was carried out at 60° C. using the catalyst prepared in Catalyst Preparation Example 6.

[비교예 1 내지 5][Comparative Examples 1 to 5]

촉매 제조예 9 내지 13에서 제조된 촉매를 각각 사용하는 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리에틸렌을 제조하였다. Polyethylene was prepared in the same manner as in Example 1, except that each of the catalysts prepared in Catalyst Preparation Examples 9 to 13 was used.

내부전자 공여체 투입량 (당량)Internal electron donor input amount (equivalent) 승온 온도
(℃)
elevated temperature
(℃)
중합 온도
(℃)
polymerization temperature
(℃)
종류Kinds TiCl4 투입 전Before adding TiCl 4 TiCl4 투입 후After adding TiCl 4 실시예 1Example 1 EBEB 00 0.20.2 7373 8080 실시예 2Example 2 EBEB 00 0.30.3 7373 8080 실시예 3Example 3 EBEB 00 0.10.1 7373 8080 실시예 4Example 4 EBEB 00 0.40.4 7373 8080 실시예 5Example 5 EBEB 00 0.20.2 7373 90 90 실시예 6Example 6 EBEB 00 0.20.2 7373 50 50 실시예 7Example 7 EBEB 0.030.03 0.20.2 7373 8080 실시예 8Example 8 EBEB 0.030.03 0.10.1 7373 8080 실시예 9Example 9 EBEB 0.030.03 0.30.3 7373 8080 실시예 10Example 10 EBEB 0.030.03 0.40.4 7373 8080 실시예 11Example 11 EBEB 0.030.03 0.20.2 7373 7070 실시예 12Example 12 EBEB 0.030.03 0.40.4 7373 7070 실시예 13Example 13 EBEB 0.030.03 0.40.4 7373 6060 비교예 1Comparative Example 1 EBEB 0.030.03 00 7373 8080 비교예 2Comparative Example 2 EBEB 0.030.03 00 7373 8080 비교예 3Comparative Example 3 EBEB 0.10.1 00 7373 8080 비교예 4Comparative Example 4 DIBPDIBP 0.60.6 00 7373 8080 비교예 5Comparative Example 5 EBEB 00 0.20.2 7373 8080

[물성 평가][Evaluation of physical properties]

상기 각 촉매 제조예에서 제조된 촉매에 대하여 촉매활성을 아래와 같이 측정하고, 그 결과를 표 2에 나타내었다. 또한 각 실시예 및 비교예에 따라 제조된 폴리에틸렌에 대하여 겉보기 밀도, 중량평균분자량, 파우더 평균 입경 및 입경 분포를 아래와 같이 측정하고, 그 측정 결과를 하기 표 2 및 표 3에 나타내었다. Catalytic activity was measured for the catalysts prepared in each of the catalyst preparation examples as follows, and the results are shown in Table 2. In addition, apparent density, weight average molecular weight, powder average particle size, and particle size distribution were measured for polyethylene prepared according to Examples and Comparative Examples as follows, and the measurement results are shown in Tables 2 and 3 below.

1. 촉매 활성1. Catalytic Activity

사용된 촉매의 무게(g)당 1시간 동안 제조된 중합체의 무게(kg)를 측정한 후, 하기 식 (1)에 따라 촉매 활성을 계산하였다.After measuring the weight (kg) of the polymer prepared for 1 hour per weight (g) of the catalyst used, the catalyst activity was calculated according to the following formula (1).

촉매 활성 = 폴리에틸렌 생성량(kg/hr) / 사용된 촉매의 양(g) … (1)Catalytic activity = Polyethylene production (kg/hr) / Amount of catalyst used (g) … (One)

2. 겉보기 밀도(BD: Bulk Density)2. Bulk Density (BD)

ASTM D189에 따라 중량을 알고 있는 100 ㎤ 내 체적을 지닌 용기에 제조된 폴리에틸렌을 중력에 의한 자유낙하로 채운 후, 순수한 무게를 측정하여 하기 식 (2)에 따라 겉보기 밀도를 측정하였다. After the polyethylene prepared in a container having a volume of 100 cm 3 known in weight according to ASTM D189 was filled with free fall due to gravity, the net weight was measured and the apparent density was measured according to Equation (2) below.

겉보기 밀도 (g/㎤) = 중합체 순 중량(g)/100 ㎤ … (2)Apparent Density (g/cm 3 ) = Polymer Net Weight (g)/100 cm 3 … (2)

3. 중량평균분자량(M3. Weight average molecular weight (M WW ))

Polymer Laboratories Ltd (UK)사의 PL GPC-220와 Differential Viscometer (M210R)로 구성된 GPC 시스템을 통해 160℃에서 측정한 결과를 적용하였다.Polymer Laboratories Ltd (UK)'s PL GPC-220 and a GPC system consisting of a Differential Viscometer (M210R) through the GPC system was applied to the measurement results at 160 ℃.

4. 폴리에틸렌 파우더 평균입경(APS) 및 입경분포4. Polyethylene Powder Average Particle Size (APS) and Particle Size Distribution

파우더 입도 분석 장비인 Seishin사의 RPS-105M를 이용하여, 5, 10, 30, 45, 75, 125 ㎛로 구성된 Sieve에 각 실시예 및 비교예에서 제조된 폴리에틸렌 시료 10 g을 떨어뜨려 5분간 진동과 헤머링으로 고르게 분산시킨 후, 각 Sieve에 남은 시료의 무게를 측정하여 평균 값을 산출하였다.Using Seishin's RPS-105M, which is a powder particle size analysis equipment, 10 g of the polyethylene sample prepared in each Example and Comparative Example was dropped on a sieve consisting of 5, 10, 30, 45, 75, and 125 μm, followed by vibration and vibration for 5 minutes. After evenly dispersing by hammering, the weight of the sample remaining on each sieve was measured to calculate the average value.

활성
(kg-PE/g-Cat)
activation
(kg-PE/g-Cat)
겉보기 밀도
(g/ml)
Apparent density
(g/ml)
중량평균분자량
(g/mol)
weight average molecular weight
(g/mol)
실시예 1Example 1 3939 0.340.34 2,910,0002,910,000 실시예 2Example 2 3737 0.360.36 2,100,0002,100,000 실시예 3Example 3 3838 0.350.35 2,800,0002,800,000 실시예 4Example 4 4040 0.350.35 2,400,0002,400,000 실시예 5Example 5 5555 0.360.36 1,800,0001,800,000 실시예 6Example 6 2525 0.370.37 5,500,0005,500,000 실시예 7Example 7 4949 0.340.34 1,920,0001,920,000 실시예 8Example 8 5252 0.360.36 2,180,0002,180,000 실시예 9Example 9 5050 0.330.33 2,140,0002,140,000 실시예 10Example 10 4747 0.370.37 2,500,0002,500,000 실시예 11Example 11 4444 0.330.33 2,760,0002,760,000 실시예 12Example 12 5353 0.350.35 3,220,0003,220,000 실시예 13Example 13 5050 0.370.37 3,100,0003,100,000 비교예 1Comparative Example 1 3131 0.320.32 1,220,0001,220,000 비교예 2Comparative Example 2 3434 0.330.33 1,320,0001,320,000 비교예 3Comparative Example 3 3232 0.320.32 1,220,0001,220,000 비교예 4Comparative Example 4 1818 0.360.36 1,314,0001,314,000 비교예 5Comparative Example 5 2222 0.310.31 1,120,0001,120,000

파우더
평균입경(㎛)
powder
Average particle diameter (㎛)
파우더 입경 분포(㎛)Powder particle size distribution (㎛)
>850>850 >500>500 >300>300 >212>212 >125>125 >75>75 <75<75 실시예 1Example 1 177177 00 00 5.15.1 71.171.1 19.019.0 3.03.0 1.81.8 실시예 2Example 2 160160 00 00 5.05.0 68.568.5 19.719.7 5.85.8 1.01.0 실시예 3Example 3 170170 00 00 4.84.8 70.070.0 16.216.2 7.87.8 1.21.2 실시예 4Example 4 176176 00 00 3.33.3 68.568.5 22.622.6 4.34.3 1.31.3 실시예 5Example 5 180180 00 00 4.54.5 65.865.8 10.810.8 8.08.0 0.90.9 실시예 6Example 6 164164 00 00 5.25.2 62.862.8 22.522.5 7.87.8 1.71.7 실시예 7Example 7 181181 00 00 4.14.1 70.970.9 20.420.4 3.53.5 1.11.1 실시예 8Example 8 188188 00 00 4.94.9 72.072.0 19.619.6 2.92.9 0.60.6 실시예 9Example 9 186186 00 00 3.43.4 69.769.7 25.025.0 1.71.7 0.20.2 실시예 10Example 10 178178 00 00 2.62.6 70.470.4 20.020.0 5.75.7 1.31.3 실시예 11Example 11 190190 00 00 9.09.0 63.963.9 20.720.7 6.06.0 0.40.4 실시예 12Example 12 191191 00 00 8.88.8 63.563.5 23.023.0 4.54.5 0.20.2 실시예 13Example 13 190190 00 00 5.65.6 59.759.7 28.928.9 5.15.1 0.70.7 비교예 1Comparative Example 1 200200 2.92.9 7.87.8 14.014.0 33.533.5 15.415.4 13.513.5 12.912.9 비교예 2Comparative Example 2 235235 4.74.7 8.38.3 15.115.1 25.625.6 19.619.6 17.017.0 9.79.7 비교예 3Comparative Example 3 289289 5.95.9 13.513.5 13.813.8 23.123.1 19.219.2 13.913.9 10.610.6 비교예 4Comparative Example 4 233233 18.718.7 12.312.3 12.112.1 22.622.6 18.618.6 10.010.0 5.75.7 비교예 5Comparative Example 5 213213 6.86.8 8.88.8 12.712.7 20.620.6 27.827.8 11.011.0 12.312.3

실시예 1~13과 같이 염화마그네슘을 포함하는 용액에 헥산 및 티타늄 테트라클로라이드를 순차적으로 투입하여 반응시키고, 승온 후 내부전자 공여체를 투입하여 제조된 촉매를 사용한 경우 분자량이 높고 입경 분포가 좁은 폴리에틸렌이 제조되었다.As in Examples 1 to 13, when a catalyst prepared by sequentially adding hexane and titanium tetrachloride to a solution containing magnesium chloride to react, and adding an internal electron donor after temperature increase is used, polyethylene with high molecular weight and narrow particle size distribution was manufactured.

그러나 비교예 1~5와 같이 본 발명의 제조방법을 따르지 않은 촉매를 사용한 경우에는 중량평균분자량이 1.5x106 g/mol 미만인 폴리에틸렌이 제조되었으며, 넓은 입경 분포를 나타내었다. However, as in Comparative Examples 1 to 5, when a catalyst not according to the preparation method of the present invention was used, polyethylene having a weight average molecular weight of less than 1.5x10 6 g/mol was prepared and exhibited a wide particle size distribution.

특히, 내부전자 공여체로서 에틸벤조에이트 대신 디이소부틸프탈레이트를 사용하여 촉매를 제조한 경우(비교예 4), 파우더 뭉침 현상이 발생한 것을 육안으로 확인하였다.In particular, when the catalyst was prepared using diisobutyl phthalate instead of ethyl benzoate as an internal electron donor (Comparative Example 4), it was visually confirmed that powder agglomeration occurred.

Claims (14)

(A) 마그네슘 화합물을 알코올을 포함하는 용매에 용해하여 마그네슘 화합물 용액을 형성하는 단계;
(B) 상기 마그네슘 화합물 용액에 전이금속 화합물을 투입하여 촉매 용액을 형성하는 단계;
(C) 상기 촉매 용액을 승온하는 단계; 및
(D) 승온 후 촉매 용액에 내부전자 공여체를 투입하는 단계
를 포함하는 폴리에틸렌 중합용 촉매의 제조방법.
(A) dissolving the magnesium compound in a solvent containing alcohol to form a magnesium compound solution;
(B) forming a catalyst solution by adding a transition metal compound to the magnesium compound solution;
(C) raising the temperature of the catalyst solution; and
(D) adding an internal electron donor to the catalyst solution after raising the temperature
A method for preparing a catalyst for polymerization of polyethylene comprising a.
제1항에 있어서,
(A) 단계에서 상기 용매는 알코올 및 (C9-C25)탄화수소를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌 중합용 촉매의 제조방법.
According to claim 1,
In step (A), the solvent is an alcohol and (C 9 -C 25 ) Method for producing a catalyst for polymerization of polyethylene, characterized in that it comprises a hydrocarbon.
제2항에 있어서,
마그네슘 화합물과 (C9-C25)탄화수소의 몰비는 1:2 내지 1:4인 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌 중합용 촉매의 제조방법.
3. The method of claim 2,
A method for preparing a catalyst for polyethylene polymerization, characterized in that the molar ratio of the magnesium compound and the (C 9 -C 25 ) hydrocarbon is 1:2 to 1:4.
제1항에 있어서,
(B) 단계에서 전이금속 화합물 투입 전 (C5~C8)의 비극성 용매를 투입하는 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌 중합용 촉매의 제조방법.
According to claim 1,
(B) Before the transition metal compound is added in step (C 5 ~ C 8 ) Method for preparing a catalyst for polymerization of polyethylene, characterized in that the non-polar solvent is added.
제4항에 있어서,
마그네슘 화합물과 (C5-C8)의 비극성 용매의 몰비는 1:1 내지 1:25인 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌 중합용 촉매의 제조방법.
5. The method of claim 4,
A method for preparing a catalyst for polyethylene polymerization, characterized in that the molar ratio of the magnesium compound to the (C 5 -C 8 ) non-polar solvent is 1:1 to 1:25.
제1항에 있어서,
(C) 단계에서 촉매 용액을 70 내지 90℃로 승온하는 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌 중합용 촉매의 제조방법.
According to claim 1,
(C) Method for producing a catalyst for polyethylene polymerization, characterized in that the temperature of the catalyst solution is raised to 70 to 90 ℃ in step.
제1항에 있어서,
마그네슘 화합물과 내부전자 공여체의 몰비는 1:0.1 내지 1:0.6인 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌 중합용 촉매의 제조방법.
According to claim 1,
A method for preparing a catalyst for polymerization of polyethylene, characterized in that the molar ratio of the magnesium compound and the internal electron donor is 1:0.1 to 1:0.6.
제1항에 있어서,
내부전자 공여체는 메틸 2-메틸벤조에이트, 에틸벤조에이트, 프로필벤조에이트, 이소프로필벤조에이트, 부틸벤조에이트, 펜틸벤조에이트, 헥실벤조에이트, 에틸 4-(다이메틸아미노)벤조에이트, 에틸 4-(부틸아미노)벤조에이트, 에틸 4-(벤질옥시)벤조에이트, 에틸 4-브로모벤조에이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌 중합용 촉매의 제조방법.
According to claim 1,
The inner electron donors are methyl 2-methylbenzoate, ethylbenzoate, propylbenzoate, isopropylbenzoate, butylbenzoate, pentylbenzoate, hexylbenzoate, ethyl 4-(dimethylamino)benzoate, ethyl 4- (Butylamino)benzoate, ethyl 4-(benzyloxy)benzoate, ethyl 4-bromobenzoate A method for producing a catalyst for polymerization of polyethylene, characterized in that at least one compound selected from the group consisting of.
제1항에 있어서,
(B) 단계에서 내부전자 공여체를 추가로 투입하는 것을 포함하고,
마그네슘 화합물과 추가로 투입된 내부전자 공여체의 몰비는 1:0 초과 1:1 이하인 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌 중합용 촉매의 제조방법.
According to claim 1,
(B) comprising additionally adding an internal electron donor in step,
A method for producing a catalyst for polyethylene polymerization, characterized in that the molar ratio of the magnesium compound and the additionally added internal electron donor is greater than 1:0 and less than or equal to 1:1.
제1항에 있어서,
전이금속 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌 중합용 촉매의 제조방법:
[화학식 1]
Figure pat00003

(상기 화학식 1에서,
M은 주기율표 IVB, VB 및 VIB족의 전이금속 원소로 이루어진 군에서 선택되고,
X는 할로겐이고,
R1은 각각 독립적으로 (C1~C10)알킬기이고,
n은 0 내지 4의 정수이다).
According to claim 1,
The transition metal compound is a method for preparing a catalyst for polyethylene polymerization, characterized in that it is a compound represented by the following formula (1):
[Formula 1]
Figure pat00003

(In Formula 1,
M is selected from the group consisting of transition metal elements of groups IVB, VB and VIB of the periodic table,
X is halogen,
R 1 are each independently a (C 1 ~C 10 )alkyl group,
n is an integer from 0 to 4).
제1항에 있어서,
(E) 상기 (D) 단계의 수득물에 하기 화학식 2로 표시되는 알킬알루미늄 화합물을 투입하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌 중합용 촉매의 제조방법:

[화학식 2]
Figure pat00004

(상기 화학식 2에서,
R2는 각각 독립적으로 (C1-C8)알킬기이고,
X는 할로겐이고,
m은 0 내지 3의 정수이다).
According to claim 1,
(E) Method for preparing a catalyst for polyethylene polymerization, characterized in that it further comprises the step of adding an alkylaluminum compound represented by the following formula (2) to the product obtained in step (D):

[Formula 2]
Figure pat00004

(In Formula 2,
R 2 are each independently a (C 1 -C 8 )alkyl group,
X is halogen,
m is an integer from 0 to 3).
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따라 제조된 폴리에틸렌 중합용 촉매 하에서 에틸렌 단량체를 중합 반응시키는 단계를 포함하고,
상기 중합 반응은 50 내지 90 ℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌 제조방법.
Claims 1 to 11, comprising the step of polymerizing an ethylene monomer under a catalyst for polyethylene polymerization prepared according to any one of claims 1 to 11,
The polymerization reaction is a polyethylene production method, characterized in that carried out at 50 to 90 ℃.
제12항에 있어서,
수소를 투입하는 단계를 더 포함하고,
상기 수소의 투입량은 에틸렌 단량체 대비 0 내지 2 몰당량인 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌 제조방법.
13. The method of claim 12,
Further comprising the step of adding hydrogen,
The method for producing polyethylene, characterized in that the input amount of the hydrogen is 0 to 2 molar equivalents compared to the ethylene monomer.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따라 제조된 폴리에틸렌 중합용 촉매 하에서 제조되고, 중량평균분자량이 1.5x106 내지 8x106 g/mol인 폴리에틸렌.
A polyethylene prepared under the catalyst for polyethylene polymerization prepared according to any one of claims 1 to 11, and having a weight average molecular weight of 1.5x10 6 to 8x10 6 g/mol.
KR1020190156848A 2019-11-29 2019-11-29 Method for preparing catalyst for polyethylene polymerization and method for preparing polyethylene KR20210067340A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190156848A KR20210067340A (en) 2019-11-29 2019-11-29 Method for preparing catalyst for polyethylene polymerization and method for preparing polyethylene

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190156848A KR20210067340A (en) 2019-11-29 2019-11-29 Method for preparing catalyst for polyethylene polymerization and method for preparing polyethylene

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210067340A true KR20210067340A (en) 2021-06-08

Family

ID=76399256

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190156848A KR20210067340A (en) 2019-11-29 2019-11-29 Method for preparing catalyst for polyethylene polymerization and method for preparing polyethylene

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20210067340A (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR0182340B1 (en) 1995-05-22 1999-05-15 고다 시게노리 Solid titanium catalyst component, ethylene polymerization catalyst containing the same, and ethylene polymerization

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR0182340B1 (en) 1995-05-22 1999-05-15 고다 시게노리 Solid titanium catalyst component, ethylene polymerization catalyst containing the same, and ethylene polymerization

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1862481B1 (en) Catalyst with al-alkoxy component
EP1862480B1 (en) Process for preparing an olefin polymerisation catalyst component with improved high temperature activity
JP6306150B2 (en) Breakthrough precursor catalyst using transition metal and its preparation process
KR101701398B1 (en) Preparing method of catalyst for polymerization of polyethylene and process for polymerization of polyethylene using the same
KR101126946B1 (en) Catalyst for Polyolepin Polymerization, and preparation method thereof
JP2013515832A (en) Method for producing polyolefin polymerization catalyst, catalyst produced thereby, and method for producing polyolefin using the same
KR20210067340A (en) Method for preparing catalyst for polyethylene polymerization and method for preparing polyethylene
KR20200065146A (en) Carrier composition for polyolefin polymerization catalyst, method for preparing carrier and catalyst composition comprising the same
KR20210067341A (en) Polyethylene and method for preparing thereof
US20110282015A1 (en) Catalyst Components for the Polymerization of Olefins and Catalysts Therefrom Obtained
KR101373774B1 (en) Preparing method of catalyst for polymerization of polyethylene and process for polymerization of polyethylene using the same
KR102287922B1 (en) Method for producing catalyst composition for synthesis of high density polyolefin
CN107840910B (en) Catalyst component for ethylene polymerization reaction, preparation method thereof, catalyst and application thereof
KR20220074107A (en) Preparing method of catalyst for polymerization of ultra high molecular weight polyethylene and ultra high molecular weight polyethylene using the same
KR102467589B1 (en) Method for producing catalyst for polymerization of ethylene and method for producing polyethylene using the same
KR102467598B1 (en) Catalyst COMPOSITION for Polymerization of oleFin, METHOD OF PRODUCING THE SAME, AND METHOD OF PRODUCING POLYOLEFIN USING THE SAME METHOD
KR101433234B1 (en) Preparing method of catalystfor polymerization of polyolefinand process for polymerization of polyolefin using the same
US20070298964A1 (en) Preparation Method Of Solid Titanium Catalyst For Olefin Polymerization
KR20200065148A (en) Carrier composition for polyolefin polymerization catalyst, catalyst composition comprising carrier and method for preparing catalyst
KR102449998B1 (en) A method for producing a catalyst composition for polyethylene polymerization
KR20240077698A (en) Method for preparing polyolefin catalyst
KR20230077425A (en) Method for preparing catalyst for polyethylene polymerization, catalyst for polyethylene polymerization and polyethylene
KR102467586B1 (en) Method for producing a catalyst for ethylene polymerization and method for producing polyethylene using the same
KR101835744B1 (en) Preparing method of catalyst for polymerization of polyethylene and process for polymerization of polyethylene using the same
KR20230068103A (en) A catalyst for producing ultra-high molecular weight polyethylene with controlled polymer crystallinity and preparing method of ultra-high molecular weight polyethylene using the same