KR20230059020A - High density polyethylene and film comprising the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 필름 가공시 수분차단성이 우수한 고밀도 폴리에틸렌 및 이를 포함하는 필름에 관한 것이다. The present invention relates to high-density polyethylene having excellent water barrier properties during film processing and a film comprising the same.
폴리에틸렌은 포장용 필름, 파이프, 병, 용기 등 다양한 용도에 널리 사용되는 범용 고분자로서 밀도에 따라 크게 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 및 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)을 분류된다.Polyethylene is a general-purpose polymer widely used for various purposes such as packaging films, pipes, bottles, and containers, and is classified into high-density polyethylene (HDPE), low-density polyethylene (LDPE), and linear low-density polyethylene (LLDPE) according to density.
최근 식품 포장재 및 파우치의 재활용율 증진을 위해, 종래 사용하던 알루미늄 포일(Al foil), 나일론(Nylon), 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 대신에 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 중밀도 폴리에틸렌(MDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 등과 같은 폴리에틸렌 필름(All-PE film)의 사용이 증가하고 있는 추세이다.Recently, in order to increase the recycling rate of food packaging materials and pouches, instead of aluminum foil, nylon, or polyethylene terephthalate (PET), linear low density polyethylene (LLDPE), low density polyethylene (LDPE), The use of polyethylene films (All-PE films) such as density polyethylene (MDPE) and high density polyethylene (HDPE) is increasing.
이 중에서 HDPE를 식품 포장재용 필름에 사용하기 위해서는, 식품의 신선도 및 상태를 확인할 수 있도록 투명도 개선이 요구된다. 이를 위해 LLDPE 등의 저밀도 폴리에틸렌을 혼합하여 사용하는 방법이 제안되었으나, 이 경우 필름의 밀도가 낮아져 필름의 스티프니스(stiffness)나 인열 강도(tear strength)가 저하되는 문제가 있었다. Among them, in order to use HDPE in a food packaging film, transparency improvement is required to confirm the freshness and condition of food. To this end, a method of mixing and using low-density polyethylene such as LLDPE has been proposed, but in this case, the density of the film is lowered, resulting in a decrease in stiffness or tear strength of the film.
또한, 재활용을 용이하게 하기 위해서는 폴리에틸렌 필름(All-PE film)의 수분 및 산소 투과 차단성이 증가되어야 한다. 폴리에틸렌 중에서도 HDPE는 밀도가 가장 높고, 또 결정 영역(crystalline region)이 많기 때문에, 산소 또는 수분의 이동 경로 차단에 보다 유리하다. 이에 따라 HDPE는 수분 및 산소 투과를 차단하는 배리어 필름(barrier film)의 역할을 할 수 있다. 그러나, HDPE는 종래 사용되던 알루미늄 포일이나 나일론에 비해서는 필름 수분차단성(WVTR, water vapor transmission rate, mg/m2ㆍday)가 높은 단점이 있다.In addition, in order to facilitate recycling, the moisture and oxygen transmission barrier properties of the polyethylene film (All-PE film) should be increased. Among polyethylene, HDPE has the highest density and many crystalline regions, so it is more advantageous in blocking the movement path of oxygen or moisture. Accordingly, HDPE may serve as a barrier film that blocks moisture and oxygen permeation. However, HDPE has a disadvantage in that the film moisture barrier property (WVTR, water vapor transmission rate, mg/m 2 ·day) is higher than that of conventionally used aluminum foil or nylon.
이에, 최근 식품 포장재 및 파우치의 재활용율 증진을 위하여 HDPE를 이용한 필름에서 기계적 물성 등을 저하시키지 않으면서도 가공성 및 수분차단성(WVTR)을 개선할 수 있는 방법의 개발이 필요하다.Accordingly, in order to increase the recycling rate of food packaging materials and pouches, it is necessary to develop a method capable of improving processability and water barrier properties (WVTR) without deteriorating mechanical properties of films using HDPE.
본 발명은 필름 물성의 저하 없이 가공성과 수분 차단성을 개선시킬 수 있는 고밀도 폴리에틸렌을 제공하고자 한다. The present invention is intended to provide high-density polyethylene capable of improving processability and moisture barrier properties without deterioration of film properties.
또한, 본 발명은 상술한 고밀도 폴리에틸렌을 이용하여 제조함으로써, 물성의 저하 없이 우수한 가공성과 수분 차단성을 나타낼 수 있는 필름을 제공하고자 한다. In addition, the present invention is to provide a film capable of exhibiting excellent processability and moisture barrier properties without deterioration of physical properties by manufacturing using the above-described high-density polyethylene.
발명의 일 구현예에 따르면, 분자량 분포(Mw/Mn)가 4.5 이하이고, Mw (중량평균분자량) 대비 Mz (Z-평균 분자량)의 비율(Mz/Mw)이 2.8 이하이고, ASTM D 1505에 따라 측정한 밀도가 0.960 g/㎤ 내지 0.975 g/㎤인, 고밀도 폴리에틸렌이 제공된다. According to one embodiment of the invention, the molecular weight distribution (Mw/Mn) is 4.5 or less, the ratio of Mz (Z-average molecular weight) to Mw (weight average molecular weight) (Mz/Mw) is 2.8 or less, and ASTM D 1505 A high-density polyethylene having a density of 0.960 g/cm 3 to 0.975 g/cm 3 as measured according to
또한, 상기 고밀도 폴리에틸렌은, 촉매 활성 성분으로 하기 화학식 1로 표시되는 메탈로센 화합물만을 포함하는 메탈로센 촉매 존재 하에서 바이모달 호모 중합 공정으로 제조되는 것을 특징으로 한다. In addition, the high-density polyethylene is characterized in that it is produced by a bimodal homopolymerization process in the presence of a metallocene catalyst containing only a metallocene compound represented by Formula 1 as a catalytically active component.
[화학식 1][Formula 1]
(Cp1Ra)n(Cp2Rb)M1Z1 3-n (Cp 1 R a ) n (Cp 2 R b )M 1 Z 1 3-n
상기 화학식 1에서,In Formula 1,
M1은 4족 전이금속이고;M 1 is a Group 4 transition metal;
Cp1 및 Cp2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 시클로펜타디엔닐, 인데닐, 4,5,6,7-테트라하이드로-1-인데닐, 및 플루오레닐 라디칼로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이고, 이들은 탄소수 1 내지 20의 탄화수소로 치환될 수 있으며;Cp 1 and Cp 2 are the same as or different from each other, and are each independently selected from the group consisting of cyclopentadienyl, indenyl, 4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl, and fluorenyl radicals. one, which may be substituted with a hydrocarbon having 1 to 20 carbon atoms;
Ra 및 Rb는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, C1-20 알킬, C1-10 알콕시, C2-20 알콕시알킬, C6-20 아릴, C6-10 아릴옥시, C2-20 알케닐, C7-40 알킬아릴, C7-40 아릴알킬, C8-40 아릴알케닐, 또는 C2-10 알키닐이고;R a and R b are the same as or different from each other, and are each independently hydrogen, C 1-20 alkyl, C 1-10 alkoxy, C 2-20 alkoxyalkyl, C 6-20 aryl, C 6-10 aryloxy, C 2-20 alkenyl, C 7-40 alkylaryl, C 7-40 arylalkyl, C 8-40 arylalkenyl, or C 2-10 alkynyl;
Z1은 할로겐 원자, C1-20 알킬, C2-10 알케닐, C7-40 알킬아릴, C7-40 아릴알킬, C6-20 아릴, 치환되거나 치환되지 않은 C1-20 알킬리덴, 치환되거나 치환되지 않은 아미노, C2-20 알킬알콕시, 또는 C7-40 아릴알콕시이고; 및Z 1 is a halogen atom, C 1-20 alkyl, C 2-10 alkenyl, C 7-40 alkylaryl, C 7-40 arylalkyl, C 6-20 aryl, substituted or unsubstituted C 1-20 alkylidene , substituted or unsubstituted amino, C 2-20 alkylalkoxy, or C 7-40 arylalkoxy; and
n은 1 또는 0 이다. n is 1 or 0;
또한, 본 발명은 상기 고밀도 폴리에틸렌을 포함하는 필름을 제공한다.In addition, the present invention provides a film comprising the high-density polyethylene.
본 발명에 따르면, 폴리에틸렌(HDPE)의 높은 밀도와 함께 중량평균분자량 및 수평균분자량, Z-평균분자량의 비율에 대한 미세조절을 통해, 필름 가공시 물성 저하 없이 가공성 및 수분차단성을 모두 개선할 수 있다. According to the present invention, it is possible to improve both processability and moisture barrier properties without deterioration of physical properties during film processing through fine adjustment of the ratio of weight average molecular weight, number average molecular weight, and Z-average molecular weight together with high density of polyethylene (HDPE). can
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 고밀도 폴리에틸렌을 제조하는 장치와 공정을 예시적으로 보여주는 모식도이다. 1 is a schematic diagram showing an apparatus and process for producing high-density polyethylene according to an embodiment of the present invention by way of example.
본 발명에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용되며, 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.In the present invention, terms such as first and second are used to describe various components, and the terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 예시적인 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 구성 요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성 요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In addition, terms used in this specification are only used to describe exemplary embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "comprise", "comprise" or "having" are intended to indicate that there is an embodied feature, number, step, component, or combination thereof, but one or more other features or It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, components, or combinations thereof is not precluded.
또한, 본 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.Also, as used throughout this specification, the terms "about", "substantially" and the like are used at or approximating that value when manufacturing and material tolerances inherent in the stated meaning are given, and Exact or absolute figures are used as an aid to understanding and to prevent exploitation by unscrupulous infringers of the disclosed disclosure.
또한, 본 명세서에서 "중량부 (part by weight)"란 어떤 물질의 중량을 기준으로 나머지 물질의 중량을 비로 나타낸 상대적인 개념을 의미한다. 예를 들어, A 물질의 중량이 50 g이고, B 물질의 중량이 20 g이고, C 물질의 중량이 30 g으로 포함된 혼합물에서, A 물질 100 중량부 기준 B 물질 및 C 물질의 양은 각각 40 중량부 및 60 중량부인 것이다.In addition, in the present specification, “part by weight” refers to a relative concept expressed as a ratio of the weight of a material relative to the weight of a material. For example, in a mixture in which the weight of substance A is 50 g, the weight of substance B is 20 g, and the weight of substance C is 30 g, the amounts of substance B and substance C based on 100 parts by weight of substance A are 40, respectively. parts by weight and 60 parts by weight.
또한, "중량% (% by weight)" 란 전체의 중량 중 어떤 물질의 중량의 중량을 백분율로 나타낸 절대적인 개념을 의미한다. 상기 예로 든 혼합물에서, 혼합물 전체 중량 100 % 중 A 물질, B 물질, 및 C 물질의 함량은 각각 50 중량%, 20 중량%, 30 중량%인 것이다. 이 때, 각 성분 함량의 총합은 100 중량%를 초과하지 않는다.In addition, "% by weight" means an absolute concept expressed as a percentage of the weight of a certain material out of the total weight. In the above example mixture, the contents of substance A, substance B, and substance C are 50% by weight, 20% by weight, and 30% by weight, respectively, based on 100% of the total weight of the mixture. At this time, the total content of each component does not exceed 100% by weight.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 하기에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can have various changes and various forms, specific embodiments will be exemplified and described in detail below. However, it should be understood that this is not intended to limit the present invention to the specific disclosed form, and includes all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
발명의 일 구현예에 따르면, 높은 밀도와 함께 중량평균분자량 및 수평균분자량, Z-평균분자량의 비율에 대한 미세조절을 통해, 필름 가공시 물성 저하 없이 우수한 가공성 및 수분차단성을 동시에 개선할 수 고밀도 폴리에틸렌이 제공된다.According to one embodiment of the invention, through fine adjustment of the ratio of weight average molecular weight, number average molecular weight, and Z-average molecular weight with high density, excellent processability and moisture barrier properties can be simultaneously improved without deterioration of physical properties during film processing. High-density polyethylene is provided.
구체적으로, 본 발명의 고밀도 폴리에틸렌은 분자량 분포(Mw/Mn)가 4.5 이하이고, Mw (중량평균분자량) 대비 Mz (Z-평균 분자량)의 비율(Mz/Mw)이 2.8 이하이고, ASTM D 1505에 따라 측정한 밀도가 0.960 내지 0.975 g/㎤이다. Specifically, the high-density polyethylene of the present invention has a molecular weight distribution (Mw/Mn) of 4.5 or less, a ratio of Mz (Z-average molecular weight) to Mw (weight average molecular weight) (Mz/Mw) of 2.8 or less, and ASTM D 1505 The density measured according to is 0.960 to 0.975 g/cm 3 .
특히, 본 발명에서 고밀도 폴리에틸렌은 2개의 반응기(CSTR)만을 사용한 바이모달(bimodal) 호모 중합 공정으로 제조하여 바이모달(bimodal) 또는 멀티모달(multimodal) 특성을 나타내는 것을 특징으로 한다. 특히, 이러한 바이모달(bimodal) 또는 멀티모달(multimodal) 특성은 넓은 분자량 분포를 갖는 하나의 피크(peak)를 가진 유니모달(unimodal) 형태와 달리, 겔투과 크로마토그래피(GPC) 분석을 통해 분자량 분포가 좁은 2개 또는 그 이상의 여러 피크(peak)가 보이거나 디컨볼루션(deconvolution) 등 peak을 여러 개의 peak로 나눌 수 있는 구조를 갖는 것을 지칭한다. 이를 통해 각 peak의 상대적인 위치, 발현 정도를 통해 최적화된 분자 구조 설계가 가능하다. In particular, in the present invention, high-density polyethylene is produced by a bimodal homopolymerization process using only two reactors (CSTR) and is characterized in that it exhibits bimodal or multimodal characteristics. In particular, such a bimodal or multimodal characteristic is different from a unimodal form having one peak with a wide molecular weight distribution, molecular weight distribution through gel permeation chromatography (GPC) analysis. It refers to having a structure in which two or more narrow peaks are visible or a peak can be divided into several peaks such as deconvolution. Through this, it is possible to design an optimized molecular structure through the relative position and expression level of each peak.
본 발명에 따른 고밀도 폴리에틸렌은, 별도의 공중합체를 포함하지 않는 에틸렌 호모 중합체이다. The high-density polyethylene according to the present invention is an ethylene homopolymer that does not contain any other copolymer.
상기 고밀도 폴리에틸렌은 중량평균분자량 및 수평균분자량, Z-평균분자량의 비율에 대한 미세조절을 통해 높은 밀도와 함께, 좁은 분자량 분포(Mw/Mn) 및 높은 중량평균분자량(Mw)으로 Mw (중량평균분자량) 대비 Mz (Z-평균 분자량)의 비율(Mz/Mw)을 낮은 범위로 가짐으로써, 필름의 우수한 수분 차단성을 확보할 수 있다. The high-density polyethylene has a narrow molecular weight distribution (Mw / Mn) and a high weight average molecular weight (Mw) with high density through fine adjustment of the ratio of weight average molecular weight, number average molecular weight, and Z-average molecular weight. By having the ratio (Mz/Mw) of Mz (Z-average molecular weight) to Mz (molecular weight) in a low range, excellent water barrier properties of the film can be secured.
구체적으로, 상기 고밀도 폴리에틸렌의 분자량 분포(Mw/Mn)는 4.5 이하이고, 예컨대, 2.0 내지 4.5일 수 있다. 바람직하게는, 상기 분자량 분포(Mw/Mn)는 4.3 이하, 또는 4.2 이하, 또는 4.0 이하, 또는 3.95 이하, 또는 3.9 이하일 수 있다. 상기 고밀도 폴리에틸렌의 분자량 분포(Mw/Mn)는, 필름 가공시 수분차단성을 향상시키는 측면에서 높은 밀도와 함께 좁은 분자량 분포를 가진다. 다만, 이러한 분자량 분포가 동일한 경우에도 높은 중량평균분자량을 가질 수 있어, 상기 분자량 분포(Mw/Mn)는 2.1 이상, 또는 2.2 이상, 또는 2.5 이상, 또는 2.8 이상, 또는 3 이상, 또는 3.2 이상, 또는 3.4 이상, 또는 3.5 이상일 수 있다. Specifically, the molecular weight distribution (Mw/Mn) of the high-density polyethylene may be 4.5 or less, for example, 2.0 to 4.5. Preferably, the molecular weight distribution (Mw/Mn) may be 4.3 or less, or 4.2 or less, or 4.0 or less, or 3.95 or less, or 3.9 or less. The molecular weight distribution (Mw/Mn) of the high-density polyethylene has a high density and a narrow molecular weight distribution in terms of improving water barrier properties during film processing. However, even when the molecular weight distribution is the same, it may have a high weight average molecular weight, so the molecular weight distribution (Mw / Mn) is 2.1 or more, or 2.2 or more, or 2.5 or more, or 2.8 or more, or 3 or more, or 3.2 or more, or 3.4 or higher, or 3.5 or higher.
일 예로, 상기 분자량 분포(MWD, polydispersity index)는 겔 투과 크로마토그래피(GPC, gel permeation chromatography, Water사 제조)를 이용하여 폴리에틸렌의 중량평균 분자량(Mw)과 수평균 분자량(Mn)을 측정하고, 중량평균 분자량을 수평균 분자량으로 나누어 산측할 수 있다. For example, the molecular weight distribution (MWD, polydispersity index) is measured by using gel permeation chromatography (GPC, gel permeation chromatography, manufactured by Water) to measure the weight average molecular weight (Mw) and number average molecular weight (Mn) of polyethylene, It can be calculated by dividing the weight average molecular weight by the number average molecular weight.
구체적으로, 겔투과 크로마토그래피(GPC) 장치로는 Waters PL-GPC220 기기를 이용하고, Polymer Laboratories PLgel MIX-B 300 mm 길이 칼럼을 사용할 수 있다. 이때 측정 온도는 160 oC이며, 1,2,4-트리클로로벤젠(1,2,4-Trichlorobenzene)을 용매로서 사용할 수 있으며, 유속은 1 mL/min로 적용할 수 있다. 상기 폴리에틸렌 시료는 각각 GPC 분석 기기 (PL-GP220)을 이용하여 BHT 0.0125% 포함된 트리클로로벤젠(1,2,4-Trichlorobenzene)에서 160 oC, 10 시간 동안 녹여 전처리하고, 10 mg/10mL의 농도로 조제한 다음, 200 마이크로리터(μL)의 양으로 공급할 수 있다. 폴리스티렌 표준 시편을 이용하여 형성된 검정 곡선을 이용하여 중량평균분자량(Mw) 및 수평균분자량(Mn), Z-평균분자량(Mz)의 값을 유도할 수 있다. 이때, 폴리스티렌 표준 시편을 이용한 환산법을 적용할 수 있다. 참고로, 폴리스티렌 표준 시편의 중량평균 분자량은 2000 g/mol, 10000 g/mol, 30000 g/mol, 70000 g/mol, 200000 g/mol, 700000 g/mol, 2000000 g/mol, 4000000 g/mol, 10000000 g/mol의 9종을 사용할 수 있다.Specifically, as a gel permeation chromatography (GPC) device, a Waters PL-GPC220 instrument and a Polymer Laboratories PLgel MIX-B 300 mm long column may be used. At this time, the measurement temperature is 160 ° C, 1,2,4-trichlorobenzene (1,2,4-Trichlorobenzene) can be used as a solvent, and the flow rate can be applied at 1 mL / min. The polyethylene samples were pretreated by melting in trichlorobenzene (1,2,4-Trichlorobenzene) containing 0.0125% BHT at 160 ° C for 10 hours using a GPC analyzer (PL-GP220), respectively, and 10 mg/10mL After preparing to a concentration, it can be supplied in an amount of 200 microliters (μL). Values of weight average molecular weight (Mw), number average molecular weight (Mn), and Z-average molecular weight (Mz) can be derived using a calibration curve formed using polystyrene standard specimens. At this time, a conversion method using a polystyrene standard specimen may be applied. For reference, the weight average molecular weights of the polystyrene standard specimens are 2000 g/mol, 10000 g/mol, 30000 g/mol, 70000 g/mol, 200000 g/mol, 700000 g/mol, 2000000 g/mol, and 4000000 g/mol. , 9 types of 10000000 g/mol can be used.
상기 고밀도 폴리에틸렌의 중량평균분자량(Mw)은 60,000 g/mol 내지 150,000 g/mol일 수 있다. 특히, 상기 고밀도 폴리에틸렌은 필름 가공시 수분차단성을 향상시키는 측면에서 동일한 분자량 분포에서 높은 중량평균분자량을 가질 수 있다. 바람직하게는, 상기 중량 평균 분자량(Mw)은 60,500 g/mol 이상, 또는 61,000 g/mol 이상, 또는 61,500 g/mol 이상, 또는 62,000 g/mol 이상, 또는 62,500 g/mol 이상, 또는 63,000 g/mol 이상, 또는 63,500 g/mol 이상, 또는 64,000 g/mol 이상, 또는 65,000 g/mol 이상이면서, 145,000 g/mol 이하, 또는 140,000 g/mol 이하, 또는 135,000 g/mol 이하, 또는 130,000 g/mol 이하, 또는 125,000 g/mol 이하, 또는 120,000 g/mol 이하, 또는 118,000 g/mol 이하, 또는 115,000 g/mol 이하, 또는 112,000 g/mol 이하, 또는 110,000 g/mol 이하, 또는 109,000 g/mol 이하일 수 있다. The weight average molecular weight (Mw) of the high-density polyethylene may be 60,000 g/mol to 150,000 g/mol. In particular, the high-density polyethylene may have a high weight average molecular weight in the same molecular weight distribution in terms of improving water barrier properties during film processing. Preferably, the weight average molecular weight (Mw) is greater than or equal to 60,500 g/mol, or greater than or equal to 61,000 g/mol, or greater than or equal to 61,500 g/mol, or greater than or equal to 62,000 g/mol, or greater than or equal to 62,500 g/mol, or greater than or equal to 63,000 g/mol mol or more, or 63,500 g/mol or more, or 64,000 g/mol or more, or 65,000 g/mol or more, and 145,000 g/mol or less, or 140,000 g/mol or less, or 135,000 g/mol or less, or 130,000 g/mol or less than or equal to 125,000 g/mol, or less than or equal to 120,000 g/mol, or less than or equal to 118,000 g/mol, or less than or equal to 115,000 g/mol, or less than or equal to 112,000 g/mol, or less than or equal to 110,000 g/mol, or less than or equal to 109,000 g/mol can
상기 고밀도 폴리에틸렌의 수평균분자량(Mn)은 12,000 g/mol 내지 50,000 g/mol일 수 있다. 특히, 상기 고밀도 폴리에틸렌은 필름 가공시 수분차단성을 향상시키는 측면에서 높은 수평균분자량을 가질 수 있다. 바람직하게는, 상기 수평균분자량(Mn)은 13,000 g/mol 이상, 또는 14,000 g/mol 이상, 또는 15,000 g/mol 이상, 또는 16,000 g/mol 이상, 또는 16,500 g/mol 이상, 또는 17,000 g/mol 이상, 또는 17,500 g/mol 이상, 또는 17,800 g/mol 이상, 또는 18,000 g/mol 이상이면서, 48,000 g/mol 이하, 또는 45000 g/mol 이하, 또는 44,000 g/mol 이하, 또는 43,000 g/mol 이하, 또는 42,000 g/mol 이하, 또는 40,000 g/mol 이하, 또는 38,000 이하, 또는 35,000 g/mol 이하, 또는 34,000 g/mol 이하, 또는 32,000 g/mol 이하, 또는 31,000 g/mol 이하일 수 있다. The number average molecular weight (Mn) of the high-density polyethylene may be 12,000 g/mol to 50,000 g/mol. In particular, the high-density polyethylene may have a high number average molecular weight in terms of improving water barrier properties during film processing. Preferably, the number average molecular weight (Mn) is 13,000 g/mol or more, or 14,000 g/mol or more, or 15,000 g/mol or more, or 16,000 g/mol or more, or 16,500 g/mol or more, or 17,000 g/mol or more. mol or more, or 17,500 g/mol or more, or 17,800 g/mol or more, or 18,000 g/mol or more, and 48,000 g/mol or less, or 45000 g/mol or less, or 44,000 g/mol or less, or 43,000 g/mol or less than or equal to 42,000 g/mol, or less than or equal to 40,000 g/mol, or less than or equal to 38,000, or less than or equal to 35,000 g/mol, or less than or equal to 34,000 g/mol, or less than or equal to 32,000 g/mol, or less than or equal to 31,000 g/mol.
또한, 상기 고밀도 폴리에틸렌의 Mw (중량평균분자량) 대비 Mz (Z-평균 분자량)의 비율(Mz/Mw)은 2.8 이하이고, 예컨대, 2.0 내지 2.8일 수 있다. 바람직하게는, 상기 Mz/Mw는 2.75 이하, 또는 2.72 이하, 또는 2.7 이하, 또는 2.65 이하, 또는 2.6 이하일 수 있다. 다만, 필름 가공시 수분차단성을 향상시키는 측면에서 높은 밀도와 함께 좁은 분자량 분포를 가지며, 상기 Mz/Mw는 2.0 이상, 또는 2.05 이상, 또는 2.1 이상, 또는 2.15 이상, 또는 2.2 이상, 또는 2.22 이상, 또는 2.25 이상, 또는 2.3 이상일 수 있다. In addition, the ratio (Mz/Mw) of Mw (weight average molecular weight) to Mz (Z-average molecular weight) of the high-density polyethylene may be 2.8 or less, for example, 2.0 to 2.8. Preferably, the Mz/Mw may be 2.75 or less, or 2.72 or less, or 2.7 or less, or 2.65 or less, or 2.6 or less. However, in terms of improving water barrier properties during film processing, it has a high density and a narrow molecular weight distribution, and the Mz/Mw is 2.0 or more, or 2.05 or more, or 2.1 or more, or 2.15 or more, or 2.2 or more, or 2.22 or more. , or 2.25 or greater, or 2.3 or greater.
상술한 바와 같이 중량평균분자량 및 수평균분자량, Z-평균분자량의 비율에 대한 미세조절을 위하여, 상기 고밀도 폴리에틸렌의 Z-평균 분자량(Mz)은 130,000 g/mol 내지 500,000 g/mol일 수 있다. 바람직하게는, 상기 Z-평균 분자량(Mz)이 140,000 g/mol 이상, 또는 145,000 g/mol 이상, 또는 150,000 g/mol 이상, 또는 155,000 g/mol 이상, 또는 160,000 g/mol 이상, 또는 165,000 이상, 또는 168,000 g/mol 이상, 또는 170,000 g/mol 이상, 또는 171,000 g/mol 이상이면서, 480,000 이하, 또는 450,000 g/mol 이하, 또는 400,000 g/mol 이하, 또는 350,000 g/mol 이하, 또는 320,000 g/mol 이하, 또는 300,000 g/mol 이하, 또는 280,000 g/mol 이하, 또는 260,000 g/mol 이하, 또는 250,000 g/mol 이하, 또는 249,000 g/mol 이하, 또는 248,000 g/mol 이하일 수 있다. As described above, for fine adjustment of the ratio of weight average molecular weight, number average molecular weight, and Z-average molecular weight, the Z-average molecular weight (Mz) of the high-density polyethylene may be 130,000 g / mol to 500,000 g / mol. Preferably, the Z-average molecular weight (Mz) is 140,000 g/mol or more, or 145,000 g/mol or more, or 150,000 g/mol or more, or 155,000 g/mol or more, or 160,000 g/mol or more, or 165,000 or more , or greater than or equal to 168,000 g/mol, or greater than or equal to 170,000 g/mol, or greater than or equal to 171,000 g/mol, but less than or equal to 480,000, or less than or equal to 450,000 g/mol, or less than or equal to 400,000 g/mol, or less than or equal to 350,000 g/mol, or less than or equal to 320,000 g /mol or less, or 300,000 g/mol or less, or 280,000 g/mol or less, or 260,000 g/mol or less, or 250,000 g/mol or less, or 249,000 g/mol or less, or 248,000 g/mol or less.
일 예로, 상기 고밀도 폴리에틸렌의 Z-평균 분자량(Mz)은 상술한 바와 같은 방법으로 겔 투과 크로마토그래피(GPC, gel permeation chromatography, Water사 제조)를 이용하여 측정하고, 폴리스티렌 표준 시편을 이용한 환산법을 적용하여 구할 수 있다. For example, the Z-average molecular weight (Mz) of the high-density polyethylene is measured using gel permeation chromatography (GPC, gel permeation chromatography, manufactured by Water) in the same manner as described above, and the conversion method using a polystyrene standard specimen can be obtained by applying
한편, 본 발명의 고밀도 폴리에틸렌은, 상술한 바와 같이 중량평균분자량 및 수평균분자량, Z-평균분자량의 비율에 대한 미세조절을 통해 효과적인 분자 구조를 구현하면서 높은 밀도를 가지는 특징을 갖는다. 특히, 상기 고밀도 폴리에틸렌은, 밀도(ASTM D1505, 23℃)가 약 0.960 g/cm3 내지 0.975 g/cm3이며, 바람직하게는 약 0.961 g/cm3 내지 0.972 g/cm3, 또는 약 0.962 g/cm3 내지 0.970 g/cm3, 또는 약 0.963 g/cm3 내지 0.968 g/cm3, 또는 약 0.964 g/cm3 내지 0.966 g/cm3일 수 있다. 이는 폴리에틸렌의 결정 구조의 함량이 높고 치밀하다는 것을 의미하며, 이에 따라 전체 필름에서 결정영역이 많을수록 비결정 영역이 감소하여 물 분자를 효과적으로 차단할 수 있고, 필름의 수분차단성을 현저히 개선할 수 있다. On the other hand, the high-density polyethylene of the present invention, as described above, has a high density while realizing an effective molecular structure through fine adjustment of the ratio of the weight average molecular weight, number average molecular weight, and Z-average molecular weight. In particular, the high-density polyethylene has a density (ASTM D1505, 23° C.) of about 0.960 g/cm 3 to 0.975 g/cm 3 , preferably about 0.961 g/cm 3 to 0.972 g/cm 3 , or about 0.962 g /cm 3 to 0.970 g/cm 3 , or about 0.963 g/cm 3 to 0.968 g/cm 3 , or about 0.964 g/cm 3 to 0.966 g/cm 3 . This means that the content of the crystal structure of polyethylene is high and dense, and accordingly, as the crystalline region in the entire film increases, the amorphous region decreases, so that water molecules can be effectively blocked, and the water barrier properties of the film can be remarkably improved.
한편, 본 발명에 따른 고밀도 폴리에틸렌은 상술한 바와 같이 2개의 반응기(CSTR)만을 사용한 바이모달(bimodal) 호모 중합 공정으로 제조한 것을 특징으로 한다. 여기서, 바이모달 호모 중합 공정은 상술한 2개의 반응기에 서로 다른 중합 조건을 사용하여 각각 중합하고, 이를 후반응기(post reactor)에서 단순 혼합하는 공정으로 이뤄진 것이다. 상기 바이모달(bimodal) 호모 중합 공정의 구체적인 일례는 후술되는 실시예를 참조할 수 있다. On the other hand, the high-density polyethylene according to the present invention is characterized in that it is produced by a bimodal homopolymerization process using only two reactors (CSTR) as described above. Here, the bimodal homopolymerization process consists of polymerizing each of the above-described two reactors using different polymerization conditions and simply mixing them in a post reactor. A specific example of the bimodal homopolymerization process may refer to Examples described later.
상기 고밀도 폴리에틸렌은, 촉매 활성 성분으로 하기 화학식 1로 표시되는 메탈로센 화합물만을 포함하는 메탈로센 촉매 존재 하에서 바이모달 호모 중합 공정으로 제조되는 것일 수 있다. The high-density polyethylene may be produced by a bimodal homopolymerization process in the presence of a metallocene catalyst containing only a metallocene compound represented by Formula 1 below as a catalytically active component.
[화학식 1][Formula 1]
(Cp1Ra)n(Cp2Rb)M1Z1 3-n (Cp 1 R a ) n (Cp 2 R b )M 1 Z 1 3-n
상기 화학식 1에서,In Formula 1,
M1은 4족 전이금속이고;M 1 is a Group 4 transition metal;
Cp1 및 Cp2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 시클로펜타디엔닐, 인데닐, 4,5,6,7-테트라하이드로-1-인데닐, 및 플루오레닐 라디칼로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이고, 이들은 탄소수 1 내지 20의 탄화수소로 치환될 수 있으며;Cp 1 and Cp 2 are the same as or different from each other, and are each independently selected from the group consisting of cyclopentadienyl, indenyl, 4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl, and fluorenyl radicals. one, which may be substituted with a hydrocarbon having 1 to 20 carbon atoms;
Ra 및 Rb는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, C1-20 알킬, C1-10 알콕시, C2-20 알콕시알킬, C6-20 아릴, C6-10 아릴옥시, C2-20 알케닐, C7-40 알킬아릴, C7-40 아릴알킬, C8-40 아릴알케닐, 또는 C2-10 알키닐이고;R a and R b are the same as or different from each other, and are each independently hydrogen, C 1-20 alkyl, C 1-10 alkoxy, C 2-20 alkoxyalkyl, C 6-20 aryl, C 6-10 aryloxy, C 2-20 alkenyl, C 7-40 alkylaryl, C 7-40 arylalkyl, C 8-40 arylalkenyl, or C 2-10 alkynyl;
Z1은 할로겐 원자, C1-20 알킬, C2-10 알케닐, C7-40 알킬아릴, C7-40 아릴알킬, C6-20 아릴, 치환되거나 치환되지 않은 C1-20 알킬리덴, 치환되거나 치환되지 않은 아미노, C2-20 알킬알콕시, 또는 C7-40 아릴알콕시이고; 및Z 1 is a halogen atom, C 1-20 alkyl, C 2-10 alkenyl, C 7-40 alkylaryl, C 7-40 arylalkyl, C 6-20 aryl, substituted or unsubstituted C 1-20 alkylidene , substituted or unsubstituted amino, C 2-20 alkylalkoxy, or C 7-40 arylalkoxy; and
n은 1 또는 0 이다. n is 1 or 0;
상기 치환기들을 보다 구체적으로 설명하면 하기와 같다.The substituents are described in more detail as follows.
상기 C1-20 알킬로는, 직쇄 또는 분지쇄의 알킬을 포함하고, 구체적으로 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, n-부틸, tert-부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 또는 옥틸 등을 들 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.The C 1-20 alkyl includes straight-chain or branched-chain alkyl, and specifically includes methyl, ethyl, propyl, isopropyl, n-butyl, tert-butyl, pentyl, hexyl, heptyl, or octyl. However, it is not limited thereto.
상기 C2-20 알케닐로는, 직쇄 또는 분지쇄의 알케닐을 포함하고, 구체적으로 알릴, 에테닐, 프로페닐, 부테닐, 또는 펜테닐 등을 들 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.The C 2-20 alkenyl includes straight-chain or branched-chain alkenyl, and specifically includes allyl, ethenyl, propenyl, butenyl, or pentenyl, but is not limited thereto.
상기 C6-20 아릴로는, 단환 또는 축합환의 아릴을 포함하고, 구체적으로 페닐, 비페닐, 나프틸, 페난트레닐, 또는 플루오레닐 등을 들 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.The C 6-20 aryl includes monocyclic or condensed cyclic aryl, and specifically includes phenyl, biphenyl, naphthyl, phenanthrenyl, or fluorenyl, but is not limited thereto.
상기 C5-20 헤테로아릴로는, 단환 또는 축합환의 헤테로아릴을 포함하고, 카바졸릴, 피리딜, 퀴놀린, 이소퀴놀린, 티오페닐, 퓨라닐, 이미다졸, 옥사졸릴, 티아졸릴, 트리아진, 테트라하이드로피라닐, 또는 테트라하이드로퓨라닐 등을 들 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.The C 5-20 heteroaryl includes monocyclic or condensed cyclic heteroaryl, and is selected from carbazolyl, pyridyl, quinoline, isoquinoline, thiophenyl, furanyl, imidazole, oxazolyl, thiazolyl, triazine, tetra Hydropyranil, tetrahydrofuranil, etc. may be mentioned, but is not limited thereto.
상기 C1-20 알콕시로는, 메톡시기, 에톡시, 이소프로폭시, n-부톡시, tert-부톡시, 또는 시클로헥실옥시 등을 들 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.Examples of the C 1-20 alkoxy include methoxy, ethoxy, isopropoxy, n-butoxy, tert-butoxy, or cyclohexyloxy, but are not limited thereto.
상기 C6-10 아릴옥시로는, 페녹시, 비페녹시, 또는 나프톡시 등을 들 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.Examples of the C 6-10 aryloxy include phenoxy, biphenoxy, or naphthoxy, but are not limited thereto.
할로겐(halogen)은 불소(F), 염소(Cl), 브롬(Br), 또는 요오드(I) 등을 들 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.Halogen may include fluorine (F), chlorine (Cl), bromine (Br), or iodine (I), but is not limited thereto.
상기 4족 전이금속으로는 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 또는 하프늄(Hf) 등을 들 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.Examples of the Group 4 transition metal include titanium (Ti), zirconium (Zr), or hafnium (Hf), but are not limited thereto.
상술한 치환기들은 목적하는 효과와 동일 내지 유사한 효과를 발휘하는 범위 내에서 임의적으로 히드록시기; 할로겐; 알킬 또는 알케닐, 아릴, 알콕시; 14족 내지 16족의 헤테로 원자들 중 하나 이상의 헤테로 원자를 포함하는 알킬 또는 알케닐, 아릴, 알콕시; 실릴; 알킬실릴 또는 알콕시실릴; 포스파인기; 포스파이드기; 술포네이트기; 및 술폰기로 이루어진 군에서 선택된 1 이상의 치환기로 치환될 수 있다.The above-mentioned substituents are optionally hydroxy groups within the range of exhibiting the same or similar effects to the desired effect; halogen; alkyl or alkenyl, aryl, alkoxy; Alkyl or alkenyl, aryl, alkoxy containing at least one heteroatom among the heteroatoms of Groups 14 to 16; silyl; alkylsilyl or alkoxysilyl; phosphine group; phosphide group; sulfonate group; And it may be substituted with one or more substituents selected from the group consisting of sulfone groups.
본 발명의 에틸렌 중합을 수행하는 메탈로센 촉매는, 촉매 활성 성분인 촉매 전구체로 상기 화학식 1로 표시되는 메탈로센 화합물만을 단독으로 포함하는 것을 사용할 수 있다. The metallocene catalyst for performing ethylene polymerization of the present invention may use a catalyst precursor, which is a catalyst active component, containing only the metallocene compound represented by Chemical Formula 1 alone.
특히, 상기 화학식 1로 표시되는 메탈로센 화합물은 수소반응성이 좋으며, 이를 단독 담지 촉매 형태로 사용하는 경우에 수소 투입량에 따른 분자 구조 조절이 용이한 특징을 갖는다. 이에 반해, 이를 혼성 담지 촉매 형태로 사용하는 경우에는 전구체가 2개 들어가기 때문에, 즉, 상기 화학식 1로 표시되는 메탈로센 화합물 이외에 별도의 촉매 활성 물질이 추가로 포함되기 때문에, 공정 변수 조절로 분자 구조를 세밀하게 조절하는 데 한계가 있으며, 이에 따른 경향성 파악이 쉽지 않다. 이에, 본 발명에서는 촉매 활성 성분으로 상기 화학식 1로 표시되는 메탈로센 화합물만을 포함하는 단독 담지 촉매를 바이모달 공정을 통해 중합 공정을 수행함으로써, 고밀도 폴리에틸렌의 분자 구조를 미세하게 조정하여 필름 가공시 기계적 물성 등을 저하시키지 않으면서 가공성과 수분 차단성을 개선하는 데 효과적이다. In particular, the metallocene compound represented by Chemical Formula 1 has good hydrogen reactivity, and when used in the form of a single supported catalyst, the molecular structure can be easily controlled according to the amount of hydrogen input. On the other hand, when it is used in the form of a hybrid supported catalyst, since two precursors are included, that is, a separate catalytically active material is additionally included in addition to the metallocene compound represented by Formula 1, the molecule is controlled by controlling process parameters. There is a limit to finely adjusting the structure, and it is not easy to grasp the trend accordingly. Therefore, in the present invention, by performing a polymerization process through a bimodal process with a single supported catalyst containing only the metallocene compound represented by Formula 1 as a catalytically active component, finely adjusting the molecular structure of high-density polyethylene to process the film It is effective in improving processability and moisture barrier properties without deteriorating mechanical properties.
구체적으로, 상기 화학식 1에서, M1은 지르코늄(Zr) 또는 하프늄(Hf)일 수 있으며, 바람직하게는 지르코늄(Zr)일 수 있다. 또, Cp1 및 Cp2는 각각 시클로펜타디엔닐, 인데닐, 또는 플루오레닐일 수 있다. 또, Ra 및 Rb는 각각 수소, C1-6 알킬, C7-12 아릴알킬, C2-12 알콕시알킬, C6-12 아릴, 또는 C2-6 알케닐일 수 있으며, 바람직하게는 수소, 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, n-부틸, tert-부틸, 펜틸, 헥실, 부테닐, 페닐, 페닐 치환된 메틸, 페닐 치환된 부틸, 또는 tert-부톡시헥실일 수 있다. 또, Z1은 각각 할로겐 원자일 수 있으며, 바람직하게는 염소(Cl)일 수 있다. 또, n은 1일 수 있다. Specifically, in Formula 1, M 1 may be zirconium (Zr) or hafnium (Hf), preferably zirconium (Zr). In addition, Cp 1 and Cp 2 may each be cyclopentadienyl, indenyl, or fluorenyl. In addition, R a and R b may each be hydrogen, C 1-6 alkyl, C 7-12 arylalkyl, C 2-12 alkoxyalkyl, C 6-12 aryl, or C 2-6 alkenyl, preferably hydrogen, methyl, ethyl, propyl, isopropyl, n-butyl, tert-butyl, pentyl, hexyl, butenyl, phenyl, phenyl substituted methyl, phenyl substituted butyl, or tert-butoxyhexyl. In addition, Z 1 may each be a halogen atom, preferably chlorine (Cl). Also, n may be 1.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물로는 예를 들어 하기 구조식들 중 하나로 표시되는 화합물일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.The compound represented by Formula 1 may be, for example, a compound represented by one of the following structural formulas, but is not limited thereto.
. .
상기 메탈로센 화합물의 제조방법은 후술하는 실시예에 구체적으로 기재하였다.The method for preparing the metallocene compound was specifically described in Examples to be described later.
한편, 본 발명에서 상기 메탈로센 촉매는, 촉매 활성 성분으로서 상기 화학식 1로 표시되는 메탈로센 화합물이 단독 담지된 촉매이다. Meanwhile, in the present invention, the metallocene catalyst is a catalyst in which the metallocene compound represented by Chemical Formula 1 is solely supported as a catalytically active component.
상기 메탈로센 촉매는 조촉매 화합물과 함께 담체에 담지한 것일 수 있다. The metallocene catalyst may be supported on a carrier together with a cocatalyst compound.
상기 메탈로센 촉매는 제조되는 고밀도 폴리에틸렌에서 높은 밀도와 좁은 분자량 분포와 함께 Mz/Mw를 낮춤으로써 필름 물성 저하 없이 가공성과 수분차단성을 개선할 수 있다. The metallocene catalyst can improve processability and water barrier properties without deterioration of film properties by lowering Mz/Mw with high density and narrow molecular weight distribution in the high-density polyethylene produced.
본 발명에 따른 메탈로센 촉매에 있어서, 상기 메탈로센 화합물을 활성화하기 위하여 담체에 함께 담지되는 조촉매로는 13족 금속을 포함하는 유기 금속 화합물로서, 일반적인 메탈로센 촉매 하에 올레핀을 중합할 때 사용될 수 있는 것이라면 특별히 한정되는 것은 아니다. In the metallocene catalyst according to the present invention, the cocatalyst supported on the carrier to activate the metallocene compound is an organometallic compound containing a Group 13 metal, which can polymerize olefins under a general metallocene catalyst. It is not particularly limited as long as it can be used when.
구체적으로, 상기 조촉매는 하기 화학식 2 내지 4로 표시되는 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다:Specifically, the cocatalyst may be at least one selected from the group consisting of compounds represented by Formulas 2 to 4 below:
[화학식 2][Formula 2]
-[Al(R21)-O]c--[Al(R 21 )-O] c -
상기 화학식 2에서, In Formula 2,
R21은 각각 독립적으로 할로겐, C1-20 알킬 또는 C1-20 할로알킬이고, each R 21 is independently halogen, C 1-20 alkyl or C 1-20 haloalkyl;
c는 2 이상의 정수이며,c is an integer greater than or equal to 2;
[화학식 3][Formula 3]
D(R31)3 D(R 31 ) 3
상기 화학식 3에서,In Formula 3,
D는 알루미늄 또는 보론이고, D is aluminum or boron;
R31은 각각 독립적으로, 수소, 할로겐, C1-20 하이드로카빌 또는 할로겐으로 치환된 C1-20 하이드로카빌이고,each R 31 is independently hydrogen, halogen, C 1-20 hydrocarbyl or halogen-substituted C 1-20 hydrocarbyl;
[화학식 4][Formula 4]
[L-H]+[Q(E)4]- 또는 [L]+[Q(E)4]- [LH] + [Q(E) 4 ] - or [L] + [Q(E) 4 ] -
상기 화학식 4에서,In Formula 4,
L은 중성 또는 양이온성 루이스 염기이고, L is a neutral or cationic Lewis base;
[L-H]+는 브론스테드 산이며, [LH] + is a Bronsted acid,
Q는 B3+ 또는 Al3+이고, Q is B 3+ or Al 3+ ;
E는 각각 독립적으로 C6-20 아릴 또는 C1-20 알킬이고, 여기서 상기 C6-20 아릴 또는 C1-20 알킬은 비치환되거나 또는 할로겐, C1-20 알킬, C1-20 알콕시 및 C6-20 아릴옥시로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 치환기로 치환된다.E is each independently C 6-20 aryl or C 1-20 alkyl, wherein the C 6-20 aryl or C 1-20 alkyl is unsubstituted or is selected from halogen, C 1-20 alkyl, C 1-20 alkoxy and It is substituted with one or more substituents selected from the group consisting of C 6-20 aryloxy.
상기 화학식 2로 표시되는 화합물은, 예를 들어 개질메틸알루미녹산(MMAO), 메틸알루미녹산(MAO), 에틸알루미녹산, 이소부틸알루미녹산, 부틸알루미녹산 등과 같은 알킬알루미녹산일 수 있다.The compound represented by Chemical Formula 2 may be, for example, an alkylaluminoxane such as modified methylaluminoxane (MMAO), methylaluminoxane (MAO), ethylaluminoxane, isobutylaluminoxane, or butylaluminoxane.
상기 화학식 3으로 표시되는 알킬 금속 화합물은, 예를 들어 트리메틸알루미늄, 트리에틸알루미늄, 트리이소부틸알루미늄, 트리프로필알루미늄, 트리부틸알루미늄, 디메틸클로로알루미늄, 디메틸이소부틸알루미늄, 디메틸에틸알루미늄, 디에틸클로로알루미늄, 트리이소프로필알루미늄, 트리-s-부틸알루미늄, 트리씨클로펜틸알루미늄, 트리펜틸알루미늄, 트리이소펜틸알루미늄, 트리헥실알루미늄, 에틸디메틸알루미늄, 메틸디에틸알루미늄, 트리페닐알루미늄, 트리-p-톨릴알루미늄, 디메틸알루미늄메톡시드, 디메틸알루미늄에톡시드, 트리메틸보론, 트리에틸보론, 트리이소부틸보론, 트리프로필보론, 트리부틸보론 등일 수 있다.The alkyl metal compound represented by Formula 3 is, for example, trimethylaluminum, triethylaluminum, triisobutylaluminum, tripropylaluminum, tributylaluminum, dimethylchloroaluminum, dimethylisobutylaluminum, dimethylethylaluminum, diethylchloro Aluminum, triisopropylaluminum, tri-s-butylaluminum, tricyclopentylaluminium, tripentylaluminium, triisopentylaluminium, trihexylaluminum, ethyldimethylaluminium, methyldiethylaluminum, triphenylaluminum, tri-p-tolyl aluminum, dimethylaluminum methoxide, dimethylaluminum ethoxide, trimethylboron, triethylboron, triisobutylboron, tripropylboron, tributylboron and the like.
상기 화학식 4로 표시되는 화합물은, 예를 들어 트리에틸암모니움테트라페닐보론, 트리부틸암모니움테트라페닐보론, 트리메틸암모니움테트라페닐보론, 트리프로필암모니움테트라페닐보론, 트리메틸암모니움테트라(p-톨릴)보론, 트리프로필암모니움테트라(p-톨릴)보론, 트리에틸암모니움테트라(o,p-디메틸페닐)보론, 트리메틸암모니움테트라(o,p-디메틸페닐)보론, 트리부틸암모니움테트라(p-트리플루오로메틸페닐)보론, 트리메틸암모니움테트라(p-트리플로로메틸페닐)보론, 트리부틸암모니움테트라펜타플루오로페닐보론, N,N-디메틸아닐리니움테트라페닐 보론, N,N-디에틸아닐리니움테트라페닐보론, N,N-디에틸아닐리니움테트라펜타플루오로페닐보론, 디에틸암모니움테트라펜타플루오로페닐보론, 트리페닐포스포늄테트라페닐보론, 트리메틸포스포늄테트라페닐보론, 트리에틸암모니움테트라페닐알루미늄, 트리부틸암모니움테트라페닐알루미늄, 트리메틸암모니움테트라페닐알루미늄, 트리프로필암모니움테트라페닐알루미늄, 트리메틸암모니움테트라(p-톨릴)알루미늄, 트리프로필암모니움테트라(p-톨릴)알루미늄, 트리에틸암모니움테트라(o,p-디메틸페닐)알루미늄, 트리부틸암모니움테트라(p-트리플루오로메틸페닐)알루미늄, 트리메틸암모니움테트라(p-트리플루오로메틸페닐)알루미늄,트리부틸암모니움테트라펜타플루오로페닐알루미늄, N,N-디메틸아닐리니움테트라페닐알루미늄, N,N-디에틸아닐리니움테트라페닐알루미늄, N,N-디에틸아닐리니움테트라펜타플로로페닐알루미늄, 디에틸암모니움테트라펜타플루오로페닐알루미늄, 트리페닐포스포늄테트라페닐알루미늄, 트리메틸포스포늄테트라페닐알루미늄, 트리페닐카보니움테트라페닐보론, 트리페닐카보니움테트라페닐알루미늄, 트리페닐카보니움테트라(p-트리플로로메틸페닐)보론, 트리페닐카보니움테트라펜타플루오로페닐보론 등일 수 있다.The compound represented by Formula 4 is, for example, triethylammonium tetraphenylboron, tributylammonium tetraphenylboron, trimethylammonium tetraphenylboron, tripropylammonium tetraphenylboron, trimethylammonium tetra (p- Tolyl) boron, tripropylammonium tetra (p-tolyl) boron, triethylammonium tetra (o, p-dimethylphenyl) boron, trimethylammonium tetra (o, p-dimethylphenyl) boron, tributylammonium tetra (p-trifluoromethylphenyl) boron, trimethylammonium tetra(p-trifluoromethylphenyl) boron, tributylammonium tetrapentafluorophenyl boron, N,N-dimethylanilinium tetraphenyl boron, N,N -Diethylanilinium tetraphenyl boron, N,N-diethylanilinium tetrapentafluorophenyl boron, diethylammonium tetrapentafluorophenyl boron, triphenylphosphonium tetraphenyl boron, trimethylphosphonium tetraphenyl Boron, triethylammonium tetraphenyl aluminum, tributylammonium tetraphenyl aluminum, trimethylammonium tetraphenyl aluminum, tripropylammonium tetraphenyl aluminum, trimethylammonium tetra(p-tolyl) aluminum, tripropylammonium tetra( p-tolyl) aluminum, triethylammonium tetra (o, p-dimethylphenyl) aluminum, tributylammonium tetra (p-trifluoromethylphenyl) aluminum, trimethylammonium tetra (p-trifluoromethylphenyl) aluminum, Tributylammonium tetrapentafluorophenyl aluminum, N,N-dimethylanilinium tetraphenyl aluminum, N,N-diethylanilinium tetraphenyl aluminum, N,N-diethylanilinium tetrapentafluorophenyl Aluminum, diethylammonium tetrapentafluorophenyl aluminum, triphenylphosphonium tetraphenyl aluminum, trimethylphosphonium tetraphenyl aluminum, triphenyl carbonium tetraphenyl boron, triphenyl carbonium tetraphenyl aluminum, triphenyl carbonone Umtetra (p-trifluoromethylphenyl) boron, triphenylcarbonium tetrapentafluorophenylboron, and the like may be used.
이러한 조촉매의 담지량은 담체 1 g을 기준으로 5 mmol 내지 20 mmol일 수 있다.The supported amount of the cocatalyst may be 5 mmol to 20 mmol based on 1 g of the carrier.
본 발명에 따른 담지 메탈로센 촉매에 있어서, 화학식 1로 표시되는 메탈로센 화합물에 포함되는 전체 전이금속 대 담체의 중량비는 1 : 10 내지 1 : 1,000 일 수 있다. 상기 중량비로 담체 및 메탈로센 화합물을 포함할 때, 최적의 형상을 나타낼 수 있다. 또한, 조촉매 화합물 대 담체의 중량비는 1 : 1 내지 1 : 100 일 수 있다. In the supported metallocene catalyst according to the present invention, the weight ratio of all transition metals included in the metallocene compound represented by Chemical Formula 1 to the carrier may be 1:10 to 1:1,000. When the carrier and the metallocene compound are included in the above weight ratio, an optimal shape can be exhibited. In addition, the weight ratio of the cocatalyst compound to the carrier may be 1:1 to 1:100.
본 발명에 따른 메탈로센 단독 담지 촉매에 있어서, 상기 담체로는 표면에 하이드록시기를 함유하는 담체를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 건조되어 표면에 수분이 제거된, 반응성이 큰 하이드록시기와 실록산기를 가지고 있는 담체를 사용할 수 있다.In the metallocene alone-supported catalyst according to the present invention, a carrier containing a hydroxyl group on the surface may be used as the carrier, preferably a highly reactive hydroxyl group and a siloxane group that has been dried to remove moisture from the surface. Any carrier you have can be used.
예컨대, 고온에서 건조된 실리카, 실리카-알루미나, 및 실리카-마그네시아 등이 사용될 수 있고, 이들은 통상적으로 Na2O, K2CO3, BaSO4, 및 Mg(NO3)2 등의 산화물, 탄산염, 황산염, 및 질산염 성분을 함유할 수 있다.For example, silica dried at high temperature, silica-alumina, and silica-magnesia may be used, and these are typically oxides, carbonates, such as Na 2 O, K 2 CO 3 , BaSO 4 , and Mg(NO 3 ) 2 , It may contain sulfate and nitrate components.
상기 담체의 건조 온도는 200 내지 800 ℃가 바람직하고, 300 내지 600℃가 더욱 바람직하며, 300 내지 400℃가 가장 바람직하다. 상기 담체의 건조 온도가 200℃ 미만인 경우 수분이 너무 많아서 표면의 수분과 조촉매가 반응하게 되고, 800℃를 초과하는 경우에는 담체 표면의 기공들이 합쳐지면서 표면적이 줄어들며, 또한 표면에 하이드록시기가 많이 없어지고 실록산기만 남게 되어 조촉매와의 반응자리가 감소하기 때문에 바람직하지 않다.The drying temperature of the carrier is preferably 200 to 800 °C, more preferably 300 to 600 °C, and most preferably 300 to 400 °C. When the drying temperature of the support is less than 200 ° C, the moisture on the surface is too high, and the moisture on the surface and the cocatalyst react, and when the drying temperature exceeds 800 ° C, the pores on the surface of the carrier are combined and the surface area is reduced. This is undesirable because only siloxane remains and the reaction site with the cocatalyst decreases.
상기 담체 표면의 하이드록시기 양은 0.1 내지 10 mmol/g이 바람직하며, 0.5 내지 5 mmol/g일 때 더욱 바람직하다. 상기 담체 표면에 있는 하이드록시기의 양은 담체의 제조방법 및 조건 또는 건조 조건, 예컨대 온도, 시간, 진공 또는 스프레이 건조 등에 의해 조절할 수 있다.The amount of hydroxy groups on the surface of the carrier is preferably 0.1 to 10 mmol/g, more preferably 0.5 to 5 mmol/g. The amount of hydroxyl groups on the surface of the carrier can be controlled by the manufacturing method and conditions of the carrier or drying conditions, such as temperature, time, vacuum or spray drying.
상기 하이드록시기의 양이 0.1 mmol/g 미만이면 조촉매와의 반응자리가 적고, 10 mmol/g을 초과하면 담체 입자 표면에 존재하는 하이드록시기 이외에 수분에서 기인한 것일 가능성이 있기 때문에 바람직하지 않다.If the amount of the hydroxy group is less than 0.1 mmol / g, there are few reaction sites with the cocatalyst, and if it exceeds 10 mmol / g, it is not preferable because it may originate from moisture in addition to the hydroxy group present on the surface of the carrier particle. not.
한편, 본 발명에 따른 고밀도 폴리에틸렌은, 상술한 메탈로센 촉매의 존재 하에서, 바이모달 호모 중합 공정으로 에틸렌을 호모 중합시킴으로써 제조할 수 있다. Meanwhile, the high-density polyethylene according to the present invention can be produced by homopolymerizing ethylene in a bimodal homopolymerization process in the presence of the above-described metallocene catalyst.
상술한 바이모달 호모 중합 반응은 하나의 연속식 슬러리 중합 반응기, 루프 슬러리 반응기, 기상 반응기 또는 용액 반응기를 이용하여 에틸렌을 호모 중합하여 진행할 수 있다.The bimodal homopolymerization reaction described above may be performed by homopolymerizing ethylene using one continuous slurry polymerization reactor, a loop slurry reactor, a gas phase reactor, or a solution reactor.
구체적으로, 상기 바이모달 호모 중합 공정은, (a) 상기 메탈로센 촉매 존재 하에서 수소 기체를 에틸렌 중량 100 중량부를 기준으로 0.006 중량부 이상의 함량으로 투입하며 에틸렌 호모 중합하여 제1 폴리에틸렌을 얻는 단계; Specifically, the bimodal homopolymerization process may include (a) introducing hydrogen gas in an amount of 0.006 parts by weight or more based on 100 parts by weight of ethylene in the presence of the metallocene catalyst, and performing ethylene homopolymerization to obtain a first polyethylene;
(b) 상기 메탈로센 촉매 존재 하에서 수소 기체를 에틸렌 중량 100 중량부를 기준으로 0.005 중량부 이하의 함량으로 투입하며 에틸렌 호모 중합하여 제2 폴리에틸렌을 얻는 단계; 및 (b) in the presence of the metallocene catalyst, injecting hydrogen gas in an amount of 0.005 parts by weight or less based on 100 parts by weight of ethylene, and performing ethylene homopolymerization to obtain a second polyethylene; and
(c) 상기 제1 폴리에틸렌과 제2 폴리에틸렌을 혼합하는 단계;로 이뤄진 것일 수 있다. (c) mixing the first polyethylene and the second polyethylene;
상기 (a) 단계는, 제1 반응기 내에서 메탈로센 촉매 존재 하에서 수소 기체를 투입하며 에틸렌을 중합하여 제1 폴리에틸렌을 얻는 것으로 이뤄진다. Step (a) consists of obtaining first polyethylene by polymerizing ethylene while introducing hydrogen gas in the presence of a metallocene catalyst in a first reactor.
상기 (a) 단계는, 수소 기체를 에틸렌 중량 100 중량부를 기준으로 0.006 중량부 이상 또는 0.006 중량부 내지 0.015 중량부의 함량으로 투입하며 수행할 수 있다. 바람직하게는, 상기 수소 기체는 0.006 중량부 이상, 또는 0.007 중량부 이상, 또는 0.008 중량부 이상, 또는 0.009 중량부 이상, 또는 0.01 중량부 이상의 함량으로 투입하며 수행할 수 있다. 상기 수소 기체 함량은, 낮은 분자량을 갖는 제1 폴리에틸렌을 효과적으로 제조하는 측면에서 상술한 바와 같은 범위가 될 수 있다. 또한, 상기 수소 기체는 0.015 중량부 이하, 또는 0.014 중량부 이하, 또는 0.013 중량부 이하, 또는 0.012 중량부 이하의 함량으로 투입하며 수행할 수 있다. 상기 수소 기체 함량은, 중합 조건 안정화를 위한 공정 변수 미세 조절 측면에서 상술한 바와 같은 범위가 될 수 있다.Step (a) may be performed by introducing hydrogen gas in an amount of 0.006 parts by weight or more or 0.006 to 0.015 parts by weight based on 100 parts by weight of ethylene. Preferably, the hydrogen gas may be added in an amount of 0.006 parts by weight or more, or 0.007 parts by weight or more, or 0.008 parts by weight or more, or 0.009 parts by weight or more, or 0.01 parts by weight or more. The hydrogen gas content may be in the range as described above in terms of effectively producing the first polyethylene having a low molecular weight. In addition, the hydrogen gas may be introduced in an amount of 0.015 parts by weight or less, or 0.014 parts by weight or less, or 0.013 parts by weight or less, or 0.012 parts by weight or less. The hydrogen gas content may be in the range as described above in terms of fine adjustment of process parameters for stabilization of polymerization conditions.
그리고, 상기 (a) 단계는, 중합 온도는 약 25 oC 내지 약 500 oC, 바람직하게는 약 25 oC 내지 약 200 oC, 또는 약 30 oC 내지 약 150 oC, 또는 약 40 oC 내지 약 120 oC, 또는 약 45 oC 내지 약 100 oC, 또는 약 50 oC 내지 약 85 oC일 수 있다. 또한, 중합 압력은 약 1 kgf/cm2 내지 약 100 kgf/cm2, 바람직하게는 약 1 kgf/cm2 내지 약 50 kgf/cm2, 좀더 바람직하게는 약 5 kgf/cm2 내지 약 30 kgf/cm2일 수 있다. In step (a), the polymerization temperature is about 25o C to about 500o C, preferably about 25o C to about 200o C, or about 30o C to about 150 o C, or about 40 o C. C to about 120 ° C, or about 45 ° C to about 100 ° C, or about 50 ° C to about 85 ° C. In addition, the polymerization pressure is about 1 kgf/cm 2 to about 100 kgf/cm 2 , preferably about 1 kgf/cm 2 to about 50 kgf/cm 2 , more preferably about 5 kgf/cm 2 to about 30 kgf /cm 2 .
상기 (a) 단계의 중합 조건은 소정의 범위로 수소 존재 하에서, 낮은 분자량을 갖는 제1 폴리에틸렌을 효과적으로 제조할 수 있도록 한다. The polymerization conditions of the step (a) enable effective production of the first polyethylene having a low molecular weight in the presence of hydrogen within a predetermined range.
상기 (a) 단계에서 메탈로센 촉매의 함량은 에틸렌 중량 100 중량부를 기준으로 0.002 중량부 내지 0.015 중량부, 또는 0.003 중량부 내지 0.014 중량부, 또는 0.004 중량부 내지 0.014 중량부, 또는 0.005 중량부 내지 0.013 중량부, 또는 0.006 중량부 내지 0.012 중량부, 또는 0.007 중량부 내지 0.011 중량부, 또는 0.008 중량부 내지 0.010 중량부의 함량으로 투입하며 수행할 수 있다. In step (a), the content of the metallocene catalyst is 0.002 to 0.015 parts by weight, or 0.003 to 0.014 parts by weight, or 0.004 to 0.014 parts by weight, or 0.005 parts by weight based on 100 parts by weight of ethylene. to 0.013 parts by weight, or 0.006 parts by weight to 0.012 parts by weight, or 0.007 parts by weight to 0.011 parts by weight, or 0.008 parts by weight to 0.010 parts by weight.
일예로, 상기 (a) 단계 단계에서, 상기 메탈로센 촉매는 600 mg/h 내지 920 mg/h, 또는 650 mg/h 내지 910 mg/h, 또는 680 mg/h 내지 900 mg/h, 또는 700 mg/h 내지 890 mg/h, 또는 750 mg/h 내지 870 mg/h, 또는 780 mg/h 내지 850 mg/h 로 투입할 수 있다. For example, in step (a), the metallocene catalyst is 600 mg/h to 920 mg/h, or 650 mg/h to 910 mg/h, or 680 mg/h to 900 mg/h, or 700 mg/h to 890 mg/h, or 750 mg/h to 870 mg/h, or 780 mg/h to 850 mg/h may be introduced.
이때, 상기 메탈로센 촉매 중 화학식 1로 표시되는 메탈로센 화합물의 함량은 촉매 총중량을 기준으로 0.20 wt% 내지 0.50 wt%일 수 있다. In this case, the content of the metallocene compound represented by Chemical Formula 1 in the metallocene catalyst may be 0.20 wt% to 0.50 wt% based on the total weight of the catalyst.
상기 (a) 단계를 통해 얻어지는 제1 폴리에틸렌은, 에틸렌 호모 중합체이다. The first polyethylene obtained through step (a) is an ethylene homopolymer.
또, 상기 제1 폴리에틸렌은, 밀도가 0.960 g/cm3 내지 0.975 g/cm3, 또는 0.950 g/cm3 내지 0.970 g/cm3이고, 중량평균분자량(Mw) 40,000 g/mol 내지 60,000 g/mol, 또는 45,000 g/mol 내지 55,000 g/mol이고, 수평균분자량(Mn)이 10,000 g/mol 내지 25,000 g/mol, 또는 15,000 g/mol 내지 20,000 g/mol이고, Z-평균분자량(Mz)이 95,000 g/mol 내지 117,000 g/mol, 또는 100,000 g/mol 내지 110,000 g/mol이고, 분자량분포(Mw/Mn)가 2.5 내지 4, 또는 2.8 내지 3.5일 수 있다.In addition, the first polyethylene has a density of 0.960 g/cm 3 to 0.975 g/cm 3 , or 0.950 g/cm 3 to 0.970 g/cm 3 , and a weight average molecular weight (Mw) of 40,000 g/mol to 60,000 g/cm 3 . mol, or 45,000 g/mol to 55,000 g/mol, a number average molecular weight (Mn) of 10,000 g/mol to 25,000 g/mol, or 15,000 g/mol to 20,000 g/mol, and a Z-average molecular weight (Mz) 95,000 g / mol to 117,000 g / mol, or 100,000 g / mol to 110,000 g / mol, and the molecular weight distribution (Mw / Mn) may be 2.5 to 4, or 2.8 to 3.5.
한편, 본 발명에 따른 고밀도 폴리에틸렌은 상기 (a) 단계와 별도로 (b) 단계를 수행하며, 상기 (b) 단계는 제2 반응기를 사용하여 메탈로센 촉매 존재 하에서 수소 기체를 투입하지 않으며 에틸렌을 호모 중합하여 제2 폴리에틸렌을 얻는 것으로 이뤄진다. Meanwhile, the high-density polyethylene according to the present invention performs step (b) separately from step (a), and step (b) uses a second reactor to produce ethylene without introducing hydrogen gas in the presence of a metallocene catalyst. Homopolymerization is performed to obtain the second polyethylene.
상기 (b) 단계는, 상기 (a) 단계와 달리 수소 기체가 최소화한 조건 하에서 수행하는 것이다. Unlike step (a), step (b) is performed under conditions in which hydrogen gas is minimized.
상기 (b) 단계는, 수소 기체를 에틸렌 중량 100 중량부를 기준으로 0.005 중량부 이하 또는 0 내지 0.005 중량부의 함량으로 투입하며 수행할 수 있다. 바람직하게는, 상기 수소 기체는 0.0045 중량부 이하, 또는 0.004 중량부 이하, 또는 0.0035 중량부 이하의 함량으로 투입하며 수행할 수 있다. 상기 수소 기체 함량은, 높은 분자량을 갖는 제2 폴리에틸렌을 효과적으로 제조하는 측면에서 상술한 바와 같은 범위가 될 수 있다. 또한, 상기 수소 기체는 0.001 중량부 이상, 또는 0.0015 중량부 이상, 또는 0.002 중량부 이상, 또는 0.0025 중량부 이상의 함량으로 투입하며 수행할 수 있다. 상기 수소 기체 함량은, 중합 조건 안정화를 위한 공정 변수 미세 조절 측면에서 상술한 바와 같은 범위가 될 수 있다.Step (b) may be performed by introducing hydrogen gas in an amount of 0.005 parts by weight or less or 0 to 0.005 parts by weight based on 100 parts by weight of ethylene. Preferably, the hydrogen gas may be introduced in an amount of 0.0045 parts by weight or less, or 0.004 parts by weight or less, or 0.0035 parts by weight or less. The hydrogen gas content may be in the range as described above in terms of effectively producing the second polyethylene having a high molecular weight. In addition, the hydrogen gas may be introduced in an amount of 0.001 parts by weight or more, or 0.0015 parts by weight or more, or 0.002 parts by weight or more, or 0.0025 parts by weight or more. The hydrogen gas content may be in the range as described above in terms of fine adjustment of process parameters for stabilization of polymerization conditions.
그리고, 상기 (b) 단계는, 중합 온도는 약 25 oC 내지 약 500 oC, 바람직하게는 약 25 oC 내지 약 200 oC, 또는 약 30 oC 내지 약 150 oC, 또는 약 40 oC 내지 약 120 oC, 또는 약 45 oC 내지 약 100 oC, 또는 약 50 oC 내지 약 85 oC일 수 있다. 또한, 중합 압력은 약 1 kgf/cm2 내지 약 100 kgf/cm2, 바람직하게는 약 1 kgf/cm2 내지 약 50 kgf/cm2, 좀더 바람직하게는 약 5 kgf/cm2 내지 약 30 kgf/cm2일 수 있다. And, in step (b), the polymerization temperature is about 25o C to about 500o C, preferably about 25o C to about 200o C, or about 30o C to about 150 o C, or about 40 o C. C to about 120 ° C, or about 45 ° C to about 100 ° C, or about 50 ° C to about 85 ° C. In addition, the polymerization pressure is about 1 kgf/cm 2 to about 100 kgf/cm 2 , preferably about 1 kgf/cm 2 to about 50 kgf/cm 2 , more preferably about 5 kgf/cm 2 to about 30 kgf /cm 2 .
상기 (b) 단계의 중합 조건은 수소 기체가 없거나 소량으로 존재하는 조건 하에서, 높은 분자량을 갖는 제2 폴리에틸렌을 효과적으로 제조할 수 있도록 한다. The polymerization conditions in the step (b) enable effective production of the second polyethylene having a high molecular weight under conditions in which there is no or a small amount of hydrogen gas.
상기 (b) 단계에서 메탈로센 촉매의 함량은 에틸렌 중량 100 중량부를 기준으로 0.002 중량부 내지 0.015 중량부, 또는 0.003 중량부 내지 0.014 중량부, 또는 0.004 중량부 내지 0.014 중량부, 또는 0.005 중량부 내지 0.013 중량부, 또는 0.006 중량부 내지 0.012 중량부, 또는 0.007 중량부 내지 0.011 중량부, 또는 0.008 중량부 내지 0.010 중량부의 함량으로 투입하며 수행할 수 있다. In the step (b), the content of the metallocene catalyst is 0.002 to 0.015 parts by weight, or 0.003 to 0.014 parts by weight, or 0.004 to 0.014 parts by weight, or 0.005 parts by weight based on 100 parts by weight of ethylene. to 0.013 parts by weight, or 0.006 parts by weight to 0.012 parts by weight, or 0.007 parts by weight to 0.011 parts by weight, or 0.008 parts by weight to 0.010 parts by weight.
일예로, 상기 (b) 단계 단계에서, 상기 메탈로센 촉매는 600 mg/h 내지 920 mg/h, 또는 650 mg/h 내지 910 mg/h, 또는 680 mg/h 내지 900 mg/h, 또는 700 mg/h 내지 890 mg/h, 또는 750 mg/h 내지 870 mg/h, 또는 780 mg/h 내지 850 mg/h 로 투입할 수 있다. For example, in step (b), the metallocene catalyst is 600 mg/h to 920 mg/h, or 650 mg/h to 910 mg/h, or 680 mg/h to 900 mg/h, or 700 mg/h to 890 mg/h, or 750 mg/h to 870 mg/h, or 780 mg/h to 850 mg/h may be introduced.
이때, 상기 메탈로센 촉매 중 화학식 1로 표시되는 메탈로센 화합물의 함량은 촉매 총중량을 기준으로 0.20 wt% 내지 0.50 wt%일 수 있다. In this case, the content of the metallocene compound represented by Chemical Formula 1 in the metallocene catalyst may be 0.20 wt% to 0.50 wt% based on the total weight of the catalyst.
상기 (b) 단계를 통해 얻어지는 제2 폴리에틸렌은, 에틸렌 호모 중합체이다. The second polyethylene obtained through step (b) is an ethylene homopolymer.
또, 상기 제2 폴리에틸렌은, 밀도가 0.960 g/cm3 내지 0.975 g/cm3, 또는 0.950 g/cm3 내지 0.970 g/cm3이고, 중량평균분자량(Mw) 100,000 g/mol 내지 150,000 g/mol, 또는 110,000 g/mol 내지 140,000 g/mol이고, 수평균분자량(Mn)이 30,000 g/mol 내지 50,000 g/mol, 또는 35,000 g/mol 내지 45,000 g/mol 이고, Z-평균분자량(Mz)이 240,000 g/mol 내지 270,000 g/mol, 또는 250,000 g/mol 내지 265,000 g/mol이고, 분자량분포(Mw/Mn)가 2.5 내지 3.5, 또는 2.8 내지 3.2일 수 있다.In addition, the second polyethylene has a density of 0.960 g/cm 3 to 0.975 g/cm 3 , or 0.950 g/cm 3 to 0.970 g/cm 3 , and a weight average molecular weight (Mw) of 100,000 g/mol to 150,000 g/cm 3 . mol, or 110,000 g/mol to 140,000 g/mol, a number average molecular weight (Mn) of 30,000 g/mol to 50,000 g/mol, or 35,000 g/mol to 45,000 g/mol, and a Z-average molecular weight (Mz) 240,000 g/mol to 270,000 g/mol, or 250,000 g/mol to 265,000 g/mol, and the molecular weight distribution (Mw/Mn) may be 2.5 to 3.5 or 2.8 to 3.2.
한편, 본 발명에 따른 고밀도 폴리에틸렌은, 상기 (a) 단계를 통해 얻어진 제1 폴리에틸렌과 (b) 단계를 통해 얻어진 제2 폴리에틸렌을, 제3 반응기를 사용하여 혼합하는 (c) 단계를 포함하여 제조된 것일 수 있다. On the other hand, the high-density polyethylene according to the present invention is prepared by including the step (c) of mixing the first polyethylene obtained through step (a) and the second polyethylene obtained through step (b) using a third reactor. may have been
상기 (c) 단계는, 제1 폴리에틸렌과 제2 폴리에틸렌을 15:85 내지 85:15의 중량비, 또는 17:83 내지 83:17의 중량비, 또는 25:75 내지 75:25의 중량비, 또는 30:70 내지 70:30의 중량비로 혼합하며 수행한다. 상기 제1 폴리에틸렌과 제2 폴리에틸렌의 혼합비는, 조성물의 용융지수 및 밀도를 최적화하는 측면에서 상술한 바와 같은 범위가 될 수 있다.In step (c), the weight ratio of the first polyethylene and the second polyethylene is 15:85 to 85:15, or 17:83 to 83:17, or 25:75 to 75:25, or 30: It is carried out while mixing in a weight ratio of 70 to 70:30. The mixing ratio of the first polyethylene and the second polyethylene may be in the range as described above in terms of optimizing the melt index and density of the composition.
상기 (c) 단계는, 수소 기체가 없는 조건 하에서 수행하며, C4-12의 알파-올레핀 등을 추가로 투입하지 않고 수행하는 것이다. The step (c) is performed under conditions in which there is no hydrogen gas, and is performed without additionally introducing a C 4-12 alpha-olefin or the like.
다만, 상기 (c) 단계는 후반응 안정화를 위해 소량의 에틸렌을 투입할 수 있으며, 이 경우에 상기 (c) 단계에서 에틸렌은 10 kg/h 이하 또는 0.1 내지 10 kg/h, 또는 10 kg/h 이하 또는 0.1 내지 5 kg/h, 10 kg/h 이하 또는 0.1 내지 3.5 kg/h으로 투입할 수 있다.However, in step (c), a small amount of ethylene may be added to stabilize the post-reaction. In this case, in step (c), ethylene is 10 kg/h or less, or 0.1 to 10 kg/h, or 10 kg/h. h or less or 0.1 to 5 kg/h, 10 kg/h or less or 0.1 to 3.5 kg/h.
그리고, 상기 (c) 단계는 상술한 바와 같이 별도의 중합 공정을 수행하는 것이 아니라 단순히 블렌딩하는 것을 목적으로 하는 공정이므로, 중합 온도 및 압력은 굳이 높게 유지할 필요는 없으며 단지 공정 효율을 위한 적절한 범위에서 수행할 수 있다. 구체적으로, 상기 (c) 단계의 반응기 온도는 약 25 oC 내지 약 500 oC, 바람직하게는 약 25 oC 내지 약 200 oC, 또는 약 30 oC 내지 약 150 oC, 또는 약 40 oC 내지 약 120 oC, 또는 약 45 oC 내지 약 100 oC, 또는 약 50 oC 내지 약 85 oC일 수 있다. 또한, 반응기 압력은 약 1 kgf/cm2 내지 약 100 kgf/cm2, 바람직하게는 약 1 kgf/cm2 내지 약 50 kgf/cm2 또는 약 1 kgf/cm2 내지 약 15 kgf/cm2, 혹은 약 1 kgf/cm2 내지 약 10 kgf/cm2 또는 약 1 kgf/cm2 내지 약 5 kgf/cm2일 수 있다. In addition, since the step (c) is not a separate polymerization process as described above, but a process aimed at simply blending, the polymerization temperature and pressure do not necessarily need to be maintained high, but within an appropriate range for process efficiency. can be done Specifically, the reactor temperature in step (c) is about 25o C to about 500o C, preferably about 25o C to about 200o C, or about 30o C to about 150o C, or about 40o C. C to about 120 ° C, or about 45 ° C to about 100 ° C, or about 50 ° C to about 85 ° C. In addition, the reactor pressure is about 1 kgf/cm 2 to about 100 kgf/cm 2 , preferably about 1 kgf/cm 2 to about 50 kgf/cm 2 or about 1 kgf/cm 2 to about 15 kgf/cm 2 , or about 1 kgf/cm 2 to about 10 kgf/cm 2 or about 1 kgf/cm 2 to about 5 kgf/cm 2 .
일 예로, 본 본 발명에 따른 고밀도 폴리에틸렌은, 도 1에 나타낸 바와 같이, (a) 단계를 통해 제1 폴리에틸렌을 제조하는 제1 중합 반응기(R1)와, (b) 단계를 통해 제2 폴리에틸렌을 제조하는 제2 중합 반응기(R2), 및 (c) 단계를 통해 제1 중합 반응기(R1) 및 제2 중합 반응기(R2)에서 얻어진 제1 폴리에틸렌과 제2 폴리에틸렌을 혼합하는 반응기(Post-R, post reactor)로 구성된 장치를 이용하여 제조된 것일 수 있다. As an example, the high-density polyethylene according to the present invention, as shown in Figure 1, the first polymerization reactor (R1) for producing the first polyethylene through step (a), and the second polyethylene through step (b) A second polymerization reactor (R2) for preparing, and a reactor (Post-R, for mixing the first polyethylene and the second polyethylene obtained in the first polymerization reactor (R1) and the second polymerization reactor (R2) through step (c) It may be manufactured using a device composed of a post reactor).
상술한 고밀도 폴리에틸렌은 분자량 분포가 좁은 여러 개의 peak로 다양한 분자 구조 튜닝(tuning)이 가능한 특징에 기인한 제반 특성으로 인해, 필름 가공시 기계적 물성 등의 저하 없이 낮은 압출 부하를 유지하며 우수한 가공성과 높은 수분차단성을 확보할 수 있다. 이에 따라, 이러한 고밀도 폴리에틸렌은 높은 수분차단성이 요구되는 필름, 특히 식품 포장용 필름의 제조에 유용하다.The above-described high-density polyethylene maintains a low extrusion load without deterioration of mechanical properties during film processing, and has excellent processability and high Moisture barrier can be secured. Accordingly, such high-density polyethylene is useful for manufacturing a film requiring high moisture barrier properties, in particular, a food packaging film.
이에 발명의 다른 구현예에 따르면, 상술한 일 구현예의 고밀도 폴리에틸렌을 포함하는 필름, 예컨대, 높은 수분차단성이 요구되는 필름, 특히 식품 포장용 필름이 제공된다. Accordingly, according to another embodiment of the present invention, a film comprising the high-density polyethylene of the above-described embodiment, for example, a film requiring high moisture barrier properties, particularly a food packaging film, is provided.
상기 필름은 상술한 고밀도 폴리에틸렌을 포함함에 따라, 높은 밀도와 함께 중량평균분자량 및 수평균분자량, Z-평균분자량의 비율에 대한 미세조절을 통해, 필름 물성의 저하 없이, 현저히 개선된 가공성 및 수분차단성을 나타낼 수 있다.As the film includes the above-described high-density polyethylene, through fine adjustment of the ratio of weight average molecular weight, number average molecular weight, and Z-average molecular weight with high density, significantly improved processability and moisture barrier without deterioration of film properties gender can be indicated.
한편, 본 발명에 따른 폴리에틸렌 필름은, 필름 두께 25 ㎛ 조건 하에서, 1일 기준으로 한 수분 차단성(WVTR)이 5500 mg/m2ㆍday 이하 또는 500 mg/m2ㆍday 내지 5500 mg/m2ㆍday, 혹은 5000 mg/m2ㆍday 이하 또는 800 mg/m2ㆍday 내지 5000 mg/m2ㆍday, 혹은 4500 mg/m2ㆍday 이하 또는 1000 mg/m2ㆍday 내지 4500 mg/m2ㆍday, 혹은 4000 mg/m2ㆍday 이하 또는 1200 mg/m2ㆍday 내지 4000 mg/m2ㆍday, 혹은 3800 mg/m2ㆍday 이하 또는 1300 mg/m2ㆍday 내지 3800 mg/m2ㆍday일 수 있다. 여기서, 상기 필름의 수분 차단성(WVTR) 값이 작을수록 수분 차단성이 개선되었음을 의미한다.On the other hand, the polyethylene film according to the present invention, under the condition of a film thickness of 25 μm, the moisture barrier property (WVTR) on a per-day basis is 5500 mg/m 2 •day or less or 500 mg/m 2 •day to 5500 mg/m 2 ㆍday, or 5000 mg/m 2 ㆍday or less or 800 mg/m 2 ㆍday to 5000 mg/m 2 ㆍday, or 4500 mg/m 2 ㆍday or less or 1000 mg/m 2 ㆍday to 4500 mg /m 2 ㆍday, or less than 4000 mg/m 2 ㆍday or less than 1200 mg/m 2 ㆍday to 4000 mg/m 2 ㆍday, or less than 3800 mg/m 2 ㆍ day or less than 1300 mg/m 2 ㆍday It may be 3800 mg/m 2 ㆍday. Here, the smaller the water barrier property (WVTR) value of the film means that the water barrier property is improved.
구체적으로, 이러한 필름 가공 방법으로 25 ㎛의 두께를 갖는 필름으로 각 수지 시편을 가공한 후, 아래와 같은 방법으로 필름의 수분 차단 성능(WVTR, water vapor transmission rate, mg/m2ㆍday)을 측정할 수 있다. 일예로, 상기 필름의 수분 차단 성능(WVTR)은 필름 두께 25 ㎛에서, 1일 기준으로 필름 50 cm2 당 투과된 수증기량(g)으로, ASTM F 1249-90에 따라 모던 콘트롤스 사(Modern Controls Inc.)의 Mocon AquaTran을 사용하여 하기와 같은 조건에서 측정할 수 있다. Specifically, after processing each resin specimen into a film having a thickness of 25 μm by this film processing method, the moisture barrier performance (WVTR, water vapor transmission rate, mg/m 2 ㆍday) of the film was measured by the following method can do. For example, the moisture barrier performance (WVTR) of the film is the amount of water vapor (g) permeated per 50 cm 2 of the film on a daily basis at a film thickness of 25 μm, Modern Controls Inc. (Modern Controls) according to ASTM F 1249-90 Inc.) can be measured under the following conditions using Mocon AquaTran.
필름 두께: 25 ㎛Film thickness: 25 μm
필름 넓이: 50 cm2 Film width: 50 cm 2
습도: 100%Humidity: 100%
압력: 1 barPressure: 1 bar
온도: 37.8 ℃. Temperature: 37.8 °C.
상기 필름은, 상술한 고밀도 폴리에틸렌을 적용한다는 점을 제외하고는, 일반적인 필름 제막법에 따라 제조될 수 있다. 이에 관한 추가적인 상세한 설명은 생략하기로 한다.The film may be manufactured according to a general film forming method, except that the above-described high-density polyethylene is applied. Additional detailed descriptions thereof will be omitted.
일예로, 본 발명에 따른 폴리에틸렌 필름은, 상술한 바와 같은 고밀도 폴리에틸렌을 용융 압출하여 얻어진 폴리에틸렌 조성물로 필름 제막 압출기를 이용하여 제조할 수 있다. 일예로, 상기 고밀도 폴리에틸렌을 직경 35 mm의 단축 압출기(L/D=20)에 투입하여, 약 240 ℃의 온도로 용융 혼련 및 반응 압출한 후, 이를 냉각하여 각각의 펠렛 조성물을 수득한다. 나아가, 이렇게 얻어진 펠렛 조성물을 약 180 ℃의 온도로 설정된 필름 제막 압출기를 이용하여 두께 20 ㎛ 내지 30 ㎛ (평균 두께 25 ㎛)의 필름을 제조한다. 이 때, 구체적인 가공 조건은, FLH (Frost Line Height)를 300 mm 이하로 하고, BUR 2.5 기준 압출량을 300 g/min 이상으로 유지할 수 있다.As an example, the polyethylene film according to the present invention can be produced using a film forming extruder with a polyethylene composition obtained by melt-extruding high-density polyethylene as described above. For example, the high-density polyethylene is put into a single screw extruder (L / D = 20) having a diameter of 35 mm, melt-kneaded and reactively extruded at a temperature of about 240 ° C., and then cooled to obtain each pellet composition. Furthermore, a film having a thickness of 20 μm to 30 μm (average thickness 25 μm) is prepared using a film forming extruder set at a temperature of about 180° C. for the pellet composition thus obtained. At this time, as specific processing conditions, the FLH (Frost Line Height) may be 300 mm or less, and the BUR 2.5 standard extrusion amount may be maintained at 300 g/min or more.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, a preferred embodiment is presented to aid understanding of the present invention. However, the following examples are only provided to more easily understand the present invention, and the content of the present invention is not limited thereby.
<촉매 전구체의 제조><Preparation of Catalyst Precursor>
합성예 1Synthesis Example 1
6-클로로헥사놀을 사용하여 문헌(Tetrahedron Lett. 2951(1988))에 기재된 방벙으로 t-butyl-O-(CH2)6-Cl을 제조하고, 여기에 시클로펜타티데닐나트륨(NaCp)를 반응시켜 t-butyl-O-(CH2)6-C5H5를 얻었다(수율 60%, b.p. 80 oC/0.1 mmHg).Using 6-chlorohexanol, t-butyl-O-(CH 2 ) 6 -Cl was prepared by the method described in the literature (Tetrahedron Lett. 2951 (1988)), and cyclopentathidenyl sodium (NaCp) was added thereto. The reaction gave t-butyl-O-(CH 2 ) 6 -C 5 H 5 (yield 60%, bp 80 o C/0.1 mmHg).
또한, -78 oC에서 t-butyl-O-(CH2)6-C5H5를 테트라히드로퓨란(THF)에 녹이고 n-부틸리튬(n-BuLi)을 천천히 가한 후, 실온으로 승온시킨 후, 8 시간 동안 반응시켰다. 상기 용액을 다시 -78 oC에서 ZrCl4(THF)2 (170 g, 4.50 mmol)/THF(30 mL)의 서스펜젼 용액에 상기 합성된 리튬염 용액을 천천히 가하고 실온에서 6 시간 동안 더 반응시켰다. 모든 휘발성 물질을 진공 건조하여 제거하고, 얻어진 오일성 액체 물질에 헥산을 가하여 필터하였다. 필터 용액을 진공 건조한 후, 헥산을 가하여 저온(-20 oC)에서 침전물을 유도하였다. 얻어진 침전물을 저온에서 걸러내어 흰색 고체 형태의 [tert-butyl-O-(CH2)6-C5H4]2ZrCl2]을 얻었다(수율 92%).In addition, after dissolving t-butyl-O-(CH 2 ) 6 -C 5 H 5 in tetrahydrofuran (THF) at -78 o C and slowly adding n-butyllithium (n-BuLi), the temperature was raised to room temperature. After that, it was reacted for 8 hours. The lithium salt solution synthesized above was slowly added to the suspension solution of ZrCl 4 (THF) 2 (170 g, 4.50 mmol)/THF (30 mL) at -78 o C and further reacted at room temperature for 6 hours. made it All volatile substances were removed by vacuum drying, and hexane was added to the obtained oily liquid substance for filtering. After vacuum drying the filter solution, hexane was added to induce a precipitate at low temperature (-20 ° C). The obtained precipitate was filtered at low temperature to obtain [tert-butyl-O-(CH 2 ) 6 -C 5 H 4 ] 2 ZrCl 2 ] in the form of a white solid (yield: 92%).
1H-NMR (300 MHz, CDCl3): 6.28 (t, J=2.6 Hz, 2H), 6.19 (t, J=2.6 Hz, 2H), 3.31 (t, 6.6 Hz, 2H), 2.62 (t, J=8 Hz), 1.7 - 1.3 (m, 8H), 1.17 (s, 9H) 1 H-NMR (300 MHz, CDCl 3 ): 6.28 (t, J=2.6 Hz, 2H), 6.19 (t, J=2.6 Hz, 2H), 3.31 (t, 6.6 Hz, 2H), 2.62 (t, J=8 Hz), 1.7 - 1.3 (m, 8H), 1.17 (s, 9H)
13C-NMR (CDCl3): 135.09, 116.66, 112.28, 72.42, 61.52, 30.66, 30.31, 30.14, 29.18, 27.58, 26.00 13 C-NMR (CDCl 3 ): 135.09, 116.66, 112.28, 72.42, 61.52, 30.66, 30.31, 30.14, 29.18, 27.58, 26.00
합성예 2Synthesis Example 2
THF 용매하에서 tert-butyl-O-(CH2)6Cl 화합물과 Mg(0) 간의 반응으로부터 그리냐드(Grignard) 시약인 tert-butyl-O-(CH2)6MgCl 용액 1.0 mole을 얻었다. 상기 제조된 그리냐드 화합물을 -30 ℃의 상태의 (CH3)SiCl3 화합물(176.1 mL, 1.5 mol)과 THF(2.0 mL)가 담겨있는 플라스크에 가하고, 상온에서 8 시간 이상 교반시킨 후, 걸러낸 용액을 진공 건조하여 tert-butyl-O-(CH2)6Si(CH3)Cl2의 화합물을 얻었다(수율 92%).From the reaction between the tert-butyl-O-(CH 2 ) 6 Cl compound and Mg(0) in a THF solvent, 1.0 mole of a Grignard reagent tert-butyl-O-(CH 2 ) 6 MgCl solution was obtained. The prepared Grignard compound was added to a flask containing (CH 3 )SiCl 3 compound (176.1 mL, 1.5 mol) and THF (2.0 mL) at -30 ° C, stirred at room temperature for 8 hours or more, and then filtered. The resulting solution was vacuum-dried to obtain a compound of tert-butyl-O-(CH 2 ) 6 Si(CH 3 )Cl 2 (yield: 92%).
-20 ℃에서 반응기에 플루오렌(Flu, fluoren, 3.33 g, 20mmol)과 헥산(100mL)와 MTBE(methyl tert-butyl ether, 1.2 mL, 10 mmol)를 넣고, 8 mL의 n-BuLi(2.5M in Hexane)을 천천히 가하고, 상온에서 6 시간 교반시켰다. 교반이 종결된 후, 반응기 온도를 -30 ℃로 냉각시키고, -30 ℃에서 헥산(100 mL)에 녹아있는 tert-butyl-O-(CH2)6Si(CH3)Cl2(2.7 g, 10mmol) 용액에 상기 제조된 플루오레닐 리튬 용액을 1 시간에 걸쳐 천천히 가하였다. 상온에서 8 시간 이상 교반한 후, 물을 첨가하여 추출하고, 건조(evaporation)하여 (tert-butyl-O-(CH2)6)(CH3)Si(9-C13H10)2 화합물을 얻었다(5.3g, 수율 100%). 리간드의 구조는 1H-NMR을 통해 확인하였다.At -20 ° C, fluorene (Flu, fluoren, 3.33 g, 20 mmol), hexane (100 mL) and MTBE (methyl tert-butyl ether, 1.2 mL, 10 mmol) were added to the reactor, and 8 mL of n-BuLi (2.5 M in Hexane) was slowly added, and the mixture was stirred at room temperature for 6 hours. After stirring was completed, the reactor temperature was cooled to -30 °C, and tert-butyl-O-(CH 2 ) 6 Si(CH 3 )Cl 2 (2.7 g, 10 mmol) was slowly added over 1 hour to the fluorenyl lithium solution prepared above. After stirring at room temperature for 8 hours or more, water was added to extract, and dried (evaporation) to obtain a (tert-butyl-O-(CH 2 ) 6 )(CH 3 )Si(9-C 13 H 10 ) 2 compound. (5.3 g, yield 100%). The structure of the ligand was confirmed through 1 H-NMR.
1H NMR(500 MHz, CDCl3) : -0.35 (CH3Si, 3H, s), 0.26 (Si-CH2, 2H, m), 0.58 (CH2, 2H, m), 0.95 (CH2, 4H, m), 1.17(tert-butyl-O, 9H, s), 1.29(CH2, 2H, m), 3.21(tert-butyl-O-CH2, 2H, t), 4.10(Flu-9H, 2H, s), 7.25(Flu-H, 4H, m), 7.35(Flu-H, 4H, m), 7.40(Flu-H, 4H, m), 7.85(Flu-H, 4H, d). 1 H NMR (500 MHz, CDCl 3 ): -0.35 (CH 3 Si, 3H, s), 0.26 (Si-CH 2 , 2H, m), 0.58 (CH 2 , 2H, m), 0.95 (CH 2 , 4H, m), 1.17 (tert-butyl-O, 9H, s), 1.29 (CH 2 , 2H, m), 3.21 (tert-butyl-O-CH 2 , 2H, t), 4.10 (Flu-9H, 2H, s), 7.25 (Flu-H, 4H, m), 7.35 (Flu-H, 4H, m), 7.40 (Flu-H, 4H, m), 7.85 (Flu-H, 4H, d).
-20 ℃에서 (tert-butyl-O-(CH2)6)(CH3)Si(9-C13H10)2(3.18 g, 6mmol)/MTBE(20mL) 용액에 4.8 mL의 n-BuLi(2.5M in Hexane)을 천천히 가하고 상온으로 올리면서 8시간 이상 반응시킨 후, -20 ℃에서 상기 제조된 디리튬염(dilithium salts) 슬러리 용액을 ZrCl4(THF)2(2.26 g, 6mmol)/헥산(20mL)의 슬러리 용액으로 천천히 가하고 상온에서 8 시간 동안 더 반응시켰다. 침전물을 여과하고 여러 번 헥산으로 씻어내어 붉은색 고체 형태의 (tert-butyl-O-(CH2)6) (CH3)Si(9-C13H9)2ZrCl2 화합물을 얻었다(4.3 g, 수율 94.5%).4.8 mL of n-BuLi in (tert-butyl-O-(CH 2 ) 6 )(CH 3 )Si(9-C 13 H 10 ) 2 (3.18 g, 6 mmol)/MTBE (20 mL) solution at -20 °C. (2.5M in Hexane) was slowly added and reacted for more than 8 hours while raising the temperature to room temperature, and then the prepared dilithium salts slurry solution was prepared above at -20 ° C. ZrCl 4 (THF) 2 (2.26 g, 6mmol) / Hexane (20 mL) was slowly added as a slurry solution and further reacted at room temperature for 8 hours. The precipitate was filtered and washed with hexane several times to obtain (tert-butyl-O-(CH 2 ) 6 ) (CH 3 )Si(9-C 13 H 9 ) 2 ZrCl 2 compound as a red solid (4.3 g , yield 94.5%).
1H NMR(500 MHz, C6D6) : 1.15(tert-butyl-O, 9H, s), 1.26 (CH3Si, 3H, s), 1.58 (Si-CH2, 2H, m), 1.66 (CH2, 4H, m), 1.91(CH2, 4H, m), 3.32(tert-butyl-O-CH2, 2H, t), 6.86 (Flu-H, 2H, t), 6.90 (Flu-H, 2H, t), 7.15 (Flu-H, 4H, m), 7.60 (Flu-H, 4H, dd), 7.64(Flu-H, 2H, d), 7.77(Flu-H, 2H, d). 1 H NMR (500 MHz, C 6 D 6 ): 1.15 (tert-butyl-O, 9H, s), 1.26 (CH 3 Si, 3H, s), 1.58 (Si-CH 2 , 2H, m), 1.66 ( CH2, 4H, m), 1.91 (CH2, 4H, m), 3.32 (tert-butyl-O-CH2, 2H, t), 6.86 (Flu-H, 2H, t), 6.90 (Flu-H, 2H, t), 7.15 (Flu-H, 4H, m), 7.60 (Flu-H, 4H, dd), 7.64 (Flu-H, 2H, d), 7.77 (Flu-H, 2H, d).
<담지 촉매의 제조><Preparation of Supported Catalyst>
제조예 1: 단독 담지 촉매의 제조Preparation Example 1: Preparation of single supported catalyst
건조된 실리카 10 g를 유리 반응기에 넣고, 톨루엔 100 mL을 추가로 넣고 교반을 한다. 10 wt% 메틸알루미녹산(MAO)/톨루엔 용액을 50 mL를 가하여 40℃에서 교반하며 천천히 반응시켰다. 이 후 충분한 양의 톨루엔으로 세척하여 반응하지 않은 알루미늄 화합물을 제거하고, 감압하여 남아 있는 톨루엔을 제거하였다. 다시 톨루엔 100 mL를 투입한 후, 상기 합성예 1에서 제조된 메탈로센 화합물 0.25 mmol을 톨루엔에 녹여 같이 투입하여 1 시간 동안 반응을 시켰다. 반응이 끝난 후, 50 ℃에서 감압하여 톨루엔을 제거하여, 담지 촉매를 제조하였다.Put 10 g of dried silica into a glass reactor, add 100 mL of toluene, and stir. After adding 50 mL of a 10 wt% methylaluminoxane (MAO)/toluene solution, the mixture was reacted slowly at 40° C. while stirring. Thereafter, unreacted aluminum compounds were removed by washing with a sufficient amount of toluene, and remaining toluene was removed by reducing the pressure. After adding 100 mL of toluene again, 0.25 mmol of the metallocene compound prepared in Synthesis Example 1 was dissolved in toluene and added together to react for 1 hour. After the reaction was completed, toluene was removed under reduced pressure at 50 °C to prepare a supported catalyst.
비교제조예 1: 혼성 담지 촉매의 제조Comparative Preparation Example 1: Preparation of Hybrid Supported Catalyst
20 L의 스테인레스스틸(sus) 고압 반응기에 톨루엔 용액 5.0 kg을 넣고 반응기 온도를 40 oC로 유지하였다. 600 oC의 온도에서 12 시간 동안 진공을 가해 탈수시킨 실리카(Grace Davison사 제조, SP948) 1000 g을 반응기에 투입하고 실리카를 충분히 분산시킨 후, 합성예 1의 메탈로센 화합물 84 g을 톨루엔에 녹여 투입하고 40 oC에서 200 rpm으로 2 시간 동안 교반하여 반응시켰다. 이후 교반을 중지하고 30 분 동안 세틀링하고 반응 용액을 디캔테이션하였다.5.0 kg of toluene solution was put into a 20 L stainless steel (sus) high-pressure reactor and the temperature of the reactor was maintained at 40 ° C. 1000 g of silica (manufactured by Grace Davison, SP948) dehydrated by applying vacuum at a temperature of 600 o C for 12 hours was introduced into the reactor, and after sufficiently dispersing the silica, 84 g of the metallocene compound of Synthesis Example 1 was added to toluene. After melting, the mixture was reacted by stirring at 40 ° C. at 200 rpm for 2 hours. After stopping the stirring and settling for 30 minutes, the reaction solution was decanted.
반응기에 톨루엔 2.5 kg을 투입하고, 10 wt% 메틸알루미녹산(MAO)/톨루엔 용액 9.4 kg을 투입한 후, 40 oC에서 200 rpm으로 12 시간 동안 교반하였다. 반응 후, 교반을 중지하고 30 분 동안 세틀링하고 반응 용액을 디캔테이션하였다. 톨루엔 3.0 kg을 투입하고 10 분 동안 교반한 다음, 교반을 중지하고 30 분 동안 세틀링하고 톨루엔 용액을 디캔테이션하였다. 2.5 kg of toluene was added to the reactor, and 9.4 kg of a 10 wt% methylaluminoxane (MAO)/toluene solution was added, followed by stirring at 40 ° C. and 200 rpm for 12 hours. After the reaction, stirring was stopped, settling was performed for 30 minutes, and the reaction solution was decanted. After adding 3.0 kg of toluene and stirring for 10 minutes, stopping stirring and settling for 30 minutes, the toluene solution was decanted.
반응기에 톨루엔 3.0 kg을 투입하고, 합성예 2의 메탈로센 화합물 116 g을 톨루엔 용액 1 L에 녹여 반응기에 투입하고, 40 oC에서 200 rpm으로 2 시간 동안 교반하여 반응시켰다. 이 때, 상기 합성예 1의 메탈로센 화합물과 합성예 2의 메탈로센 화합물과의 비율은 몰비 기준 1:1.2가 되었다. 반응기 온도를 상온으로 낮춘 후, 교반을 중지하고 30 분 동안 세틀링하고 반응 용액을 디캔테이션하였다. 3.0 kg of toluene was added to the reactor, and 116 g of the metallocene compound of Synthesis Example 2 was dissolved in 1 L of a toluene solution, introduced into the reactor, and reacted by stirring at 40 ° C. at 200 rpm for 2 hours. At this time, the ratio of the metallocene compound of Synthesis Example 1 and the metallocene compound of Synthesis Example 2 was 1:1.2 based on the molar ratio. After the reactor temperature was lowered to room temperature, stirring was stopped, settling was performed for 30 minutes, and the reaction solution was decanted.
반응기에 톨루엔 2.0 kg을 투입하고 10 분 동안 교반한 후, 교반을 중지하고 30 분 동안 세틀링하고 반응 용액을 디캔테이션하였다. After adding 2.0 kg of toluene to the reactor and stirring for 10 minutes, stirring was stopped, settling was performed for 30 minutes, and the reaction solution was decanted.
반응기에 헥산 3.0 kg을 투입하고 헥산 슬러리를 필터 드라이로 이송하고 헥산 용액을 필터하였다. 40 oC에서 4 시간 동안 감압 하에 건조하여 1 kg-SiO2 혼성 담지 촉매를 제조하였다. 3.0 kg of hexane was added to the reactor, the hexane slurry was transferred to a filter dryer, and the hexane solution was filtered. A 1 kg-SiO 2 hybrid supported catalyst was prepared by drying under reduced pressure at 40 ° C. for 4 hours.
<에틸렌 호모 중합체의 제조><Preparation of ethylene homopolymer>
실시예 1Example 1
상기 제조예 1에서 제조된 단독 담지 촉매를 사용하여 아래와 같은 방법으로 2개의 CSTR 반응기를 포함한 반응 장치에서 (a) 단계, (b) 단계, (c) 단계를 하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조건으로 수행하여 바이모달(bimodal) 고밀도 폴리에틸렌을 제조하였다. Steps (a), (b), and (c) were performed in a reaction apparatus including two CSTR reactors in the following manner using the single supported catalyst prepared in Preparation Example 1 under the conditions shown in Table 1 below. This was done to produce bimodal high density polyethylene.
구체적으로, 도 1에 나타낸 바와 같이, 제1 중합 반응기(R1, CSTR 반응기)와 제2 중합 반응기(R2, CSTR 반응기), 및 후처리 반응기(Post-R, post-reactor)를 포함하는 장치를 이용하여 멀티모달 폴리에틸렌 조성물을 제조하였다. 먼저 (a) 단계의 반응기(R1)에 상기 제조예 1에서 제조된 단독 담지 촉매 (cat) 800 mg/h, 에틸렌(C2) 투입량 10 kg/h, 수소(H2) 1.00 g/h을 투입하였다. (b) 단계의 반응기(R2)에 상기 제조예 1에서 제조된 단독 담지 촉매 (cat) 800 mg/h, 에틸렌(C2) 투입량 10 kg/h, 수소(H2) 0.30 g/h을 투입하였다. 각각의 반응기(R1, R2) 안에는 교반기가 있으며, 회전 속도는 250~260 rpm으로 수행하였다. 또한, 수분 제거를 위해 트리에틸알루미늄(Teal)을 150 mL/h로 투입하며, 중합된 파우더의 정전기 발생 방지를 위해 정전기 방지제(ASA, Atmer163)를 25 mL/h로 투입하였다. 또한, 수소와 에틸렌, 1-부텐은 기체 형태로, 촉매와 Teal, ASA는 헥산(Hx)에 녹여 반응기로 투입하였다. 이후 R1 및 R2에서 중합된 파우더들은 (c) 단계의 후처리 반응기(Post-R)로 병렬 형태로 넘어가며 혼합(mixing)되고, 이때 에틸렌(C2) 투입량 2.7 kg/h 조건 하에서 수행하였다. Specifically, as shown in FIG. 1, a device including a first polymerization reactor (R1, CSTR reactor), a second polymerization reactor (R2, CSTR reactor), and a post-treatment reactor (Post-R, post-reactor) A multimodal polyethylene composition was prepared using. First, 800 mg/h of the single supported catalyst (cat) prepared in Preparation Example 1, 10 kg/h of ethylene (C2), and 1.00 g/h of hydrogen (H 2 ) were added to the reactor (R1) in step (a). did 800 mg/h of the single supported catalyst (cat) prepared in Preparation Example 1, 10 kg/h of ethylene (C2), and 0.30 g/h of hydrogen (H 2 ) were added to the reactor (R2) in step (b). . There is an agitator in each reactor (R1, R2), and the rotation speed was performed at 250 to 260 rpm. In addition, triethyl aluminum (Teal) was added at 150 mL/h to remove moisture, and an antistatic agent (ASA, Atmer163) was added at 25 mL/h to prevent static electricity from occurring in the polymerized powder. In addition, hydrogen, ethylene, and 1-butene were dissolved in gaseous form, and the catalyst, Teal, and ASA were dissolved in hexane (Hx) and introduced into the reactor. Thereafter, the powders polymerized in R1 and R2 are transferred in parallel to the post-treatment reactor (Post-R) in step (c) and mixed, and at this time, the ethylene (C2) input amount was 2.7 kg / h. It was carried out under the condition.
이때, (c) 단계에서 제1 폴리에틸렌(R1 HDPE)과 제2 폴리에틸렌(R2 HDPE)의 혼합비는 중량 기준으로 5:25(R1:R2)로 수행하였다. At this time, in step (c), the mixing ratio of the first polyethylene (R1 HDPE) and the second polyethylene (R2 HDPE) was 5:25 (R1:R2) by weight.
또한, 상기 제1 폴리에틸렌(R1 HDPE)의 Mn은 17000 g/mol, Mw은 50000 g/mol, Mz은 107000 g/mol, PDI(Mw/Mn)는 3이고, 제2 폴리에틸렌(R2 HDPE)의 Mn은 39000 g/mol, Mw은 120000 g/mol, Mz은 258000 g/mol, PDI(Mw/Mn)는 3.1이었으며, 상기 Mn, Mw, Mz, PDI(Mw/Mn)는 하기 시험예 1에 기재된 바와 같이 측정하였다. In addition, the Mn of the first polyethylene (R1 HDPE) is 17000 g / mol, Mw is 50000 g / mol, Mz is 107000 g / mol, PDI (Mw / Mn) is 3, the second polyethylene (R2 HDPE) Mn was 39000 g/mol, Mw was 120000 g/mol, Mz was 258000 g/mol, and PDI (Mw/Mn) was 3.1. Measured as described.
(R1)(a) step process conditions
(R1)
(R2)(b) step process conditions
(R2)
(Post-R)(c) step process conditions
(Post-R)
상기 표 1에서 촉매 활성 (activity, kg PE/gㆍcatㆍhr)은, 단위 시간(h)을 기준으로 사용된 담지 촉매 질량(g)당 생성된 제1 폴리에틸렌(R1-HDPE) 및 제2 폴리에틸렌(R2-HDPE)의 무게(kg PE)의 비로 각각 계산하였다.In Table 1, the catalyst activity (activity, kg PE / g cat hr) is the first polyethylene (R1-HDPE) and the second polyethylene (R1-HDPE) produced per supported catalyst mass (g) used based on unit time (h). Each was calculated as a ratio of the weight (kg PE) of polyethylene (R2-HDPE).
또한, 상기 표 1에 나타난 바와 같이, 실시예에서 제1 폴리에틸렌과 제2 폴리에틸렌을 혼합하는 단계를 수행하는 후처리 반응기(Post-R)는, 추가 중합 공정을 수행하기 위한 목적이 아닌, 상기 제1 중합 반응기(R1) 및 상기 제2 중합 반응기(R2)에서 얻어진 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 파우더를 단순히 블렌딩하는 것을 주목적으로 한다. 따라서, 상기 후처리 반응기(Post-R)는 후공정 안정화를 위해 필요한 경우에만 소량의 에틸렌을 투입하며, 1-부텐이나 수소 투입없이 블렌딩 공정만 수행하는 정도로 가동시킬 수 있다. 이러한 후처리 반응기(Post-R)는, 반응기 온도 및 압력을 각각 80 ℃ 및 2.1 bar로 비교적 낮게 수행할 수 있다. In addition, as shown in Table 1, the post-treatment reactor (Post-R) performing the step of mixing the first polyethylene and the second polyethylene in the embodiment is not for performing an additional polymerization process, The main purpose is to simply blend the high-density polyethylene (HDPE) powder obtained in the first polymerization reactor (R1) and the second polymerization reactor (R2). Therefore, the post-treatment reactor (Post-R) can be operated to such an extent that only a blending process is performed without inputting 1-butene or hydrogen, while introducing a small amount of ethylene only when necessary for post-process stabilization. In this post-treatment reactor (Post-R), the reactor temperature and pressure can be relatively low at 80 °C and 2.1 bar, respectively.
실시예 2Example 2
실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, (c) 단계에서 제1 폴리에틸렌(R1 HDPE)과 제2 폴리에틸렌(R2 HDPE)의 혼합비는 중량 기준으로 10:20(R1:R2)로 달리하여, 상기 표 1에 나타낸 바와 같은 조건으로 수행하여 바이모달(bimodal) 고밀도 폴리에틸렌을 제조하였다.It was prepared in the same manner as in Example 1, but in step (c), the mixing ratio of the first polyethylene (R1 HDPE) and the second polyethylene (R2 HDPE) was changed to 10:20 (R1:R2) by weight, 1, to prepare bimodal high-density polyethylene.
실시예 3Example 3
실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, (c) 단계에서 제1 폴리에틸렌(R1 HDPE)과 제2 폴리에틸렌(R2 HDPE)의 혼합비는 중량 기준으로 15:15(R1:R2)로 달리하여, 상기 표 1에 나타낸 바와 같은 조건으로 수행하여 바이모달(bimodal) 고밀도 폴리에틸렌을 제조하였다.It was prepared in the same manner as in Example 1, but in step (c), the mixing ratio of the first polyethylene (R1 HDPE) and the second polyethylene (R2 HDPE) was changed to 15:15 (R1:R2) by weight, 1, to prepare bimodal high-density polyethylene.
실시예 4Example 4
실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, (c) 단계에서 제 제1 폴리에틸렌(R1 HDPE)과 제2 폴리에틸렌(R2 HDPE)의 혼합비는 중량 기준으로 20:10(R1:R2)로 달리하여, 상기 표 1에 나타낸 바와 같은 조건으로 수행하여 바이모달(bimodal) 고밀도 폴리에틸렌을 제조하였다.It was prepared in the same manner as in Example 1, but in step (c), the mixing ratio of the first polyethylene (R1 HDPE) and the second polyethylene (R2 HDPE) was changed to 20:10 (R1:R2) by weight, It was carried out under the conditions shown in Table 1 to prepare bimodal high-density polyethylene.
실시예 5Example 5
실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, (c) 단계에서 제 제1 폴리에틸렌(R1 HDPE)과 제2 폴리에틸렌(R2 HDPE)의 혼합비는 중량 기준으로 25:5(R1:R2)로 달리하여, 상기 표 1에 나타낸 바와 같은 조건으로 수행하여 바이모달(bimodal) 고밀도 폴리에틸렌을 제조하였다.It was prepared in the same manner as in Example 1, but in step (c), the mixing ratio of the first polyethylene (R1 HDPE) and the second polyethylene (R2 HDPE) was changed to 25:5 (R1:R2) by weight, It was carried out under the conditions shown in Table 1 to prepare bimodal high-density polyethylene.
비교예 1Comparative Example 1
실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 상기 제조예 2에서 제조된 혼성 담지 촉매를 사용하여 하기 표 2와 같은 조건으로 (a) 단계, (b) 단계에서 촉매 투입량과 에틸렌 투입량 및 수소 투입량을 서로 동일하게 수행하여 고밀도 폴리에틸렌을 제조하였다.It was prepared in the same manner as in Example 1, but using the hybrid supported catalyst prepared in Preparation Example 2, the catalyst input amount, ethylene input amount, and hydrogen input amount in steps (a) and (b) under the conditions shown in Table 2 below were mutually The same was done to prepare high-density polyethylene.
(R1)(a) step process conditions
(R1)
(R2)(b) step process conditions
(R2)
(Post-R)(c) step process conditions
(Post-R)
비교예 2 내지 5비교예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 하기 표 3과 같은 조건으로 (a) 단계, (b) 단계에서 촉매 투입량과 에틸렌 투입량 및 수소 투입량을 달리하며, (a) 단계와 (b) 단계의 공정 조건을 동일하게 수행하여, 고밀도 폴리에틸렌을 제조하였다. Comparative Examples 2 to 5 It was prepared in the same manner as in Comparative Example 1, but the catalyst input amount, ethylene input amount, and hydrogen input amount were varied in steps (a) and (b) under the conditions shown in Table 3 below, and steps (a) and ( By performing the same process conditions of step b), high-density polyethylene was prepared.
<고밀도 폴리에틸렌 및 필름의 물성 평가>시험예 1<Evaluation of physical properties of high-density polyethylene and film> Test Example 1
실시예 및 비교예에서 제조된 고밀도 폴리에틸렌에 대해 하기와 같은 방법으로 물성을 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.The physical properties of the high-density polyethylene prepared in Examples and Comparative Examples were measured in the following manner, and the results are shown in Table 1 below.
(1) 밀도(1) Density
ASTM D 1505의 방법으로 고밀도 폴리에틸렌의 밀도(g/cm3)를 측정하였다.Density (g/cm 3 ) of high-density polyethylene was measured according to ASTM D 1505.
(2) 중량평균분자량(Mw) 및 분자량 분포(PDI, polydispersity index) (2) Weight average molecular weight (Mw) and molecular weight distribution (PDI, polydispersity index)
겔 투과 크로마토그래피(GPC, gel permeation chromatography, Water사 제조)를 이용하여 폴리에틸렌의 Mw(중량평균분자량), Mz(Z-평균 분자량) 및 Mn(수평균분자량)을 측정하고, 중량평균 분자량을 수평균 분자량으로 나누어 Mw/Mn (PDI, 분자량 분포) 및 Mz/Mw 를 계산하였다. Mw (weight average molecular weight), Mz (Z-average molecular weight) and Mn (number average molecular weight) of polyethylene were measured using gel permeation chromatography (GPC, gel permeation chromatography, manufactured by Water), and the weight average molecular weight was measured. Mw/Mn (PDI, molecular weight distribution) and Mz/Mw were calculated by dividing by the average molecular weight.
구체적으로, 겔투과 크로마토그래피(GPC) 장치로는 Waters PL-GPC220 기기를 이용하고, Polymer Laboratories PLgel MIX-B 300 mm 길이 칼럼을 사용하였다. 이때 측정 온도는 160 oC이며, 1,2,4-트리클로로벤젠(1,2,4-Trichlorobenzene)을 용매로서 사용하였으며, 유속은 1 mL/min로 하였다. 실시예 및 비교예에 따른 폴리에틸렌 시료는 각각 GPC 분석 기기 (PL-GP220)을 이용하여 디부틸히드록시톨루엔 (BHT, 2,6-bis(1,1-dimethylethyl)-4-methylphenol) 0.0125% 포함된 트리클로로벤젠(1,2,4-Trichlorobenzene)에서 160 oC, 10 시간 동안 녹여 전처리하고, 10 mg/10mL의 농도로 조제한 다음, 200 μL의 양으로 공급하였다. 폴리스티렌 표준 시편을 이용하여 형성된 검정 곡선을 이용하여 Mw 및 Mn의 값을 유도하였다. 폴리스티렌 표준 시편의 중량평균 분자량은 2000 g/mol, 10000 g/mol, 30000 g/mol, 70000 g/mol, 200000 g/mol, 700000 g/mol, 2000000 g/mol, 4000000 g/mol, 10000000 g/mol의 9종을 사용하였다.Specifically, a Waters PL-GPC220 instrument was used as a gel permeation chromatography (GPC) apparatus, and a Polymer Laboratories PLgel MIX-B 300 mm long column was used. At this time, the measurement temperature was 160 ° C, 1,2,4-trichlorobenzene was used as a solvent, and the flow rate was 1 mL/min. Polyethylene samples according to Examples and Comparative Examples each contained 0.0125% of dibutylhydroxytoluene (BHT, 2,6-bis(1,1-dimethylethyl)-4-methylphenol) using a GPC analyzer (PL-GP220). It was pretreated by dissolving in 1,2,4-Trichlorobenzene at 160 o C for 10 hours, prepared at a concentration of 10 mg/10mL, and then supplied in an amount of 200 μL. The values of Mw and Mn were derived using a calibration curve formed using polystyrene standard specimens. The weight average molecular weight of the polystyrene standard specimen is 2000 g/mol, 10000 g/mol, 30000 g/mol, 70000 g/mol, 200000 g/mol, 700000 g/mol, 2000000 g/mol, 4000000 g/mol, 10000000 g / mol of 9 species were used.
상기 표 4에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 5의 고밀도 폴리에틸렌은 비교예 1 내지 5 대비 높은 밀도와 함께 Mw/Mn 및 Mz/Mw가 모두 낮게 나타남을 확인할 수 있다. As shown in Table 4, it can be seen that the high-density polyethylene of Examples 1 to 5 of the present invention has a high density and low Mw/Mn and Mz/Mw compared to Comparative Examples 1 to 5.
시험예 2Test Example 2
실시예 및 비교예에 따른 고밀도 폴리에틸렌을 이용하여 제조한 필름에 대해 하기와 같은 방법으로 물성을 측정하고, 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.The physical properties of the films prepared using the high-density polyethylene according to Examples and Comparative Examples were measured in the following manner, and the results are shown in Table 5 below.
구체적으로 실시예 및 비교예의 고밀도 폴리에틸렌을 각각, 직경 35 mm의 단축 압출기(L/D=20)에 투입하여, 약 240 ℃의 온도로 용융 혼련 및 반응 압출한 후, 이를 냉각하여 각각의 펠렛 조성물을 수득하였다. 나아가, 이렇게 얻어진 각각의 펠렛 조성물을 약 180 ℃의 온도로 설정된 필름 제막 압출기를 이용하여 두께 20 ㎛ 내지 30 ㎛ (평균 두께 25 ㎛)의 필름을 제조하였다. 이 때, 구체적인 가공 조건은, FLH (Frost Line Height)를 300 mm 이하로 하고, BUR 2.5 기준 압출량을 300 g/min 이상으로 유지하였다. 이러한 필름 가공 방법으로 25 ㎛의 두께를 갖는 필름으로 각 수지 시편을 가공한 후, 아래와 같은 방법으로 필름의 수분 차단 성능(WVTR, water vapor transmission rate, mg/m2ㆍday)을 측정하였다. Specifically, each of the high-density polyethylenes of Examples and Comparative Examples was put into a single screw extruder (L/D = 20) having a diameter of 35 mm, melt-kneaded and reactive-extruded at a temperature of about 240 ° C., and then cooled to each pellet composition. was obtained. Further, each pellet composition obtained in this way was prepared into a film having a thickness of 20 μm to 30 μm (average thickness 25 μm) using a film forming extruder set at a temperature of about 180 ° C. At this time, as specific processing conditions, the FLH (Frost Line Height) was set to 300 mm or less, and the BUR 2.5 standard extrusion amount was maintained at 300 g/min or more. After each resin specimen was processed into a film having a thickness of 25 μm by this film processing method, the moisture barrier performance (WVTR, water vapor transmission rate, mg/m 2 ·day) of the film was measured in the following manner.
(1) 필름 수분차단성(WVTR)(1) Film moisture barrier (WVTR)
WVTR은 필름 두께 25 ㎛에서, 1일 기준으로 필름 50 cm2 당 투과된 수증기량(g)으로, ASTM F 1249-90에 따라 모던 콘트롤스 사(Modern Controls Inc.)의 Mocon AquaTran을 사용하여 하기와 같은 조건에서 측정하였다. WVTR 값이 작을수록 수분 차단성이 개선되었음을 의미한다.WVTR is the amount of water vapor (g) transmitted per film 50 cm 2 per day at a film thickness of 25 μm, using Mocon AquaTran from Modern Controls Inc. according to ASTM F 1249-90 as follows: Measurements were made under the same conditions. A smaller WVTR value means improved moisture barrier properties.
필름 두께: 25 ㎛Film thickness: 25 μm
필름 넓이: 50 cm2 Film width: 50 cm 2
습도: 100%Humidity: 100%
압력: 1 barPressure: 1 bar
온도: 37.8 ℃. Temperature: 37.8 °C.
(mg/m2·Day)WVTR
(mg/ m2 Day)
상기 표 5에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 높은 밀도와 함께 중량평균분자량 및 수평균분자량, Z-평균분자량의 비율에 대한 미세조절을 통해 최적화된 분자 구조를 구현한 실시예 1 내지 5의 고밀도 폴리에틸렌은 비교예 1 내지 5 대비 필름 수분차단성이 현저히 우수함을 확인할 수 있다.As shown in Table 5, the high density of Examples 1 to 5, in which the molecular structure was optimized through fine adjustment of the ratio of weight average molecular weight, number average molecular weight, and Z-average molecular weight, along with high density according to the present invention It can be seen that the polyethylene film is remarkably superior in moisture barrier properties compared to Comparative Examples 1 to 5.
Claims (12)
Mw (중량평균분자량) 대비 Mz (Z-평균 분자량)의 비율(Mz/Mw)이 2.8 이하이고,
ASTM D 1505에 따라 측정한 밀도가 0.960 g/㎤ 내지 0.975 g/㎤인,
고밀도 폴리에틸렌.
The molecular weight distribution (Mw/Mn) is 4.5 or less,
The ratio (Mz/Mw) of Mz (Z-average molecular weight) to Mw (weight average molecular weight) is 2.8 or less,
having a density of 0.960 g/cm 3 to 0.975 g/cm 3 measured according to ASTM D 1505;
high-density polyethylene.
상기 폴리에틸렌은, 에틸렌 호모 중합체인,
고밀도 폴리에틸렌.
According to claim 1,
The polyethylene is an ethylene homopolymer,
high-density polyethylene.
분자량 분포(Mw/Mn)가 2.0 내지 4.5인,
고밀도 폴리에틸렌.
According to claim 1,
having a molecular weight distribution (Mw/Mn) of 2.0 to 4.5;
high-density polyethylene.
Mw (중량평균분자량)이 60,000 g/mol 내지 150,000 g/mol인,
고밀도 폴리에틸렌.
According to claim 1,
Mw (weight average molecular weight) is 60,000 g / mol to 150,000 g / mol,
high-density polyethylene.
Mw (중량평균분자량) 대비 Mz (Z-평균 분자량)의 비율(Mz/Mw)이 2.0 내지 2.8인,
고밀도 폴리에틸렌.
According to claim 1,
The ratio of Mz (Z-average molecular weight) to Mw (weight average molecular weight) (Mz/Mw) is 2.0 to 2.8,
high-density polyethylene.
Mz (Z-평균 분자량)이 130,000 g/mol 내지 500,000 g/mol인,
고밀도 폴리에틸렌.
According to claim 1,
Mz (Z-average molecular weight) is between 130,000 g/mol and 500,000 g/mol;
high-density polyethylene.
상기 폴리에틸렌은, 촉매 활성 성분으로 하기 화학식 1로 표시되는 메탈로센 화합물만을 포함하는 메탈로센 촉매 존재 하에서 바이모달 호모 중합 공정으로 제조되는 것인,
고밀도 폴리에틸렌:
[화학식 1]
(Cp1Ra)n(Cp2Rb)M1Z1 3-n
상기 화학식 1에서,
M1은 4족 전이금속이고;
Cp1 및 Cp2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 시클로펜타디엔닐, 인데닐, 4,5,6,7-테트라하이드로-1-인데닐, 및 플루오레닐 라디칼로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이고, 이들은 탄소수 1 내지 20의 탄화수소로 치환될 수 있으며;
Ra 및 Rb는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, C1-20 알킬, C1-10 알콕시, C2-20 알콕시알킬, C6-20 아릴, C6-10 아릴옥시, C2-20 알케닐, C7-40 알킬아릴, C7-40 아릴알킬, C8-40 아릴알케닐, 또는 C2-10 알키닐이고;
Z1은 할로겐 원자, C1-20 알킬, C2-10 알케닐, C7-40 알킬아릴, C7-40 아릴알킬, C6-20 아릴, 치환되거나 치환되지 않은 C1-20 알킬리덴, 치환되거나 치환되지 않은 아미노, C2-20 알킬알콕시, 또는 C7-40 아릴알콕시이고; 및
n은 1 또는 0 이다.
According to claim 1,
The polyethylene is produced by a bimodal homopolymerization process in the presence of a metallocene catalyst containing only a metallocene compound represented by Formula 1 as a catalytically active component,
High Density Polyethylene:
[Formula 1]
(Cp 1 R a ) n (Cp 2 R b )M 1 Z 1 3-n
In Formula 1,
M 1 is a Group 4 transition metal;
Cp 1 and Cp 2 are the same as or different from each other, and are each independently selected from the group consisting of cyclopentadienyl, indenyl, 4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl, and fluorenyl radicals. one, which may be substituted with a hydrocarbon having 1 to 20 carbon atoms;
R a and R b are the same as or different from each other, and are each independently hydrogen, C 1-20 alkyl, C 1-10 alkoxy, C 2-20 alkoxyalkyl, C 6-20 aryl, C 6-10 aryloxy, C 2-20 alkenyl, C 7-40 alkylaryl, C 7-40 arylalkyl, C 8-40 arylalkenyl, or C 2-10 alkynyl;
Z 1 is a halogen atom, C 1-20 alkyl, C 2-10 alkenyl, C 7-40 alkylaryl, C 7-40 arylalkyl, C 6-20 aryl, substituted or unsubstituted C 1-20 alkylidene , substituted or unsubstituted amino, C 2-20 alkylalkoxy, or C 7-40 arylalkoxy; and
n is 1 or 0;
상기 바이모달 호모 중합 공정은,
(a) 상기 메탈로센 촉매 존재 하에서 수소 기체를 에틸렌 중량 100 중량부를 기준으로 0.006 중량부 이상의 함량으로 투입하며 에틸렌 호모 중합하여 제1 폴리에틸렌을 얻는 단계;
(b) 상기 메탈로센 촉매 존재 하에서 수소 기체를 에틸렌 중량 100 중량부를 기준으로 0.005 중량부 이하의 함량으로 투입하며 에틸렌 호모 중합하여 제2 폴리에틸렌을 얻는 단계; 및
(c) 상기 제1 폴리에틸렌과 제2 폴리에틸렌을 혼합하는 단계;로 이뤄진 것인,
고밀도 폴리에틸렌.
According to claim 7,
The bimodal homopolymerization process,
(a) in the presence of the metallocene catalyst, hydrogen gas is introduced in an amount of 0.006 parts by weight or more based on 100 parts by weight of ethylene to homopolymerize ethylene to obtain a first polyethylene;
(b) in the presence of the metallocene catalyst, injecting hydrogen gas in an amount of 0.005 parts by weight or less based on 100 parts by weight of ethylene, and performing ethylene homopolymerization to obtain a second polyethylene; and
(c) mixing the first polyethylene and the second polyethylene; consisting of,
high-density polyethylene.
상기 (a) 단계 및 상기 (b) 단계에서, 상기 메탈로센 촉매는 각각 독립적으로 에틸렌 중량 100 중량부를 기준으로 0.002 중량부 내지 0.015 중량부의 함량으로 투입하는,
고밀도 폴리에틸렌.
According to claim 8,
In step (a) and step (b), the metallocene catalysts are each independently added in an amount of 0.002 parts by weight to 0.015 parts by weight based on 100 parts by weight of ethylene.
high-density polyethylene.
상기 화학식 1에서, M1은 지르코늄 또는 하프늄이고; Ra 및 Rb는 각각 수소, C1-6 알킬, C7-12 아릴알킬, C2-12 알콕시알킬, C6-12 아릴, 또는 C2-6 알케닐이고; Z1은 할로겐 원자인,
고밀도 폴리에틸렌.
According to claim 7,
In Formula 1, M 1 is zirconium or hafnium; R a and R b are each hydrogen, C 1-6 alkyl, C 7-12 arylalkyl, C 2-12 alkoxyalkyl, C 6-12 aryl, or C 2-6 alkenyl; Z 1 is a halogen atom,
high-density polyethylene.
상기 메탈로센 화합물은, 하기 구조식들 중 어느 하나로 표시되는 화합물인,
고밀도 폴리에틸렌:
.
According to claim 7,
The metallocene compound is a compound represented by any one of the following structural formulas,
High Density Polyethylene:
.
폴리에틸렌 필름.It contains the high-density polyethylene according to any one of claims 1 to 11, and has a water barrier property (WVTR) of 5500 mg/m 2 ·day or less based on a film thickness of 25 ㎛,
polyethylene film.
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