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WO2017034142A1 - 전이 금속 화합물, 이를 포함하는 촉매 조성물 및 이를 이용한 올레핀 중합체의 제조 방법 - Google Patents

전이 금속 화합물, 이를 포함하는 촉매 조성물 및 이를 이용한 올레핀 중합체의 제조 방법 Download PDF

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WO2017034142A1
WO2017034142A1 PCT/KR2016/006910 KR2016006910W WO2017034142A1 WO 2017034142 A1 WO2017034142 A1 WO 2017034142A1 KR 2016006910 W KR2016006910 W KR 2016006910W WO 2017034142 A1 WO2017034142 A1 WO 2017034142A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
carbon atoms
group
transition metal
metal compound
catalyst composition
Prior art date
Application number
PCT/KR2016/006910
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
김병석
박희광
노경섭
안상은
이인선
이혜경
전상진
최라윤
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1020160007128A external-priority patent/KR101790672B1/ko
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to CN201680015630.3A priority Critical patent/CN107406475B/zh
Priority to EP16839432.8A priority patent/EP3252061B1/en
Priority to US15/557,328 priority patent/US10280238B2/en
Publication of WO2017034142A1 publication Critical patent/WO2017034142A1/ko

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    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Definitions

  • Transition metal compound, catalyst composition comprising the same, and method for producing olefin polymer using same
  • the present invention relates to a transition metal compound, a catalyst composition comprising the transition metal compound, and a method for producing an olefin polymer using the catalyst composition.
  • Ziegler-Natta catalysts of titanium or vanadium compounds have been widely used in the commercial production process of polyolefins.
  • the Ziegler-Natta catalysts have high activity, but because they are multi-site catalysts, the molecular weight distribution of the resulting polymers is broad and Since the composition distribution of the monomer was not uniform, there was a limit to securing desired physical properties.
  • metallocene catalysts in which a transition metal such as titanium, zirconium, hafnium and the like and a ligand including a cyclopentadiene functional group have been developed have been widely used.
  • Metallocene compounds are generally used by activating aluminoxane, borane, borate or other activators.
  • a metallocene compound having a ligand containing a cyclopentadienyl group and two sigma chloride ligands uses aluminoxane as an activator.
  • These metallocene catalysts are characterized by a narrow molecular weight distribution of the resulting polymer as a single active site catalyst having one type of active site.
  • the polyolefin polymerized with a metallocene catalyst has a narrow molecular weight distribution, and when used in some products, there is a problem that it is difficult to apply the field such as productivity decreases significantly due to the extruded load.
  • the present invention provides a transition metal compound capable of providing an olefin polymer having excellent energy saving effect during processing or molding.
  • the present invention also provides a catalyst composition comprising the transition metal compound and a method for producing an olefin polymer using the catalyst composition.
  • a transition metal compound represented by the following formula (1).
  • M 1 is any one of a Group 3 transition metal, a Group 4 transition metal, a Group 5 transition metal, a lanthanide transition metal and an actanide transition metal,
  • X 1 and X 2 are the same as or different from each other, and each independently one of halogen and alkyl having 1 to 20 carbon atoms,
  • A is any one of Group 14 elements, n is an integer between 1 and 20, R 1 is alkyl having 1 to 20 carbon atoms, alkenyl having 2 to 20 carbon atoms, alkylaryl having 7 to 30 carbon atoms, and having 7 to 7 carbon atoms. Any one of arylalkyl of 30 and aryl of 6 to 30 carbon atoms,
  • R 2 is hydrogen, alkyl of 1 to 20 carbon atoms, alkenyl of 2 to 20 carbon atoms, alkylaryl of 7 to 30 carbon atoms, arylalkyl of 7 to 30 carbon atoms and 6 carbon atoms Aryl of any one of from 30 to 30,
  • R 3 and R 4 are each independently hydrogen or alkyl having 1 to 20 carbon atoms. Specifically, in Formula 1, R 3 and R 4 may be each independently hydrogen and straight chain alkyl having 1 to 5 carbon atoms. In the general formula 1 R 1 is either a branched alkyl having 3 to 6, n can be an integer between 4-8. In Formula 1, R 2 may be any one of linear alkyl alkyl having 1 to 6 carbon atoms.
  • M 1 may be either a Group 4 transition metal.
  • a catalyst composition comprising a transition metal compound represented by the formula (1).
  • the catalyst composition may include one or more cocatalysts selected from the group consisting of compounds represented by the following Chemical Formulas 2 to 4.
  • R 5 , R 6 and R 7 are each independently hydrogen, halogen, a hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms and a hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms substituted with halogen,
  • n is an integer of 2 or more
  • D is aluminum or boron
  • Each R 8 is independently a halogen, a hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms, a hydrocarbyloxy group having 1 to 20 carbon atoms, and a hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms substituted with halogen,
  • L is a neutral or cationic Lewis base
  • W is a Group 13 element
  • J is each independently a hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms; Hydrocarbyloxy group having 1 to 20 carbon atoms; And one or more hydrogen atoms of these substituents are substituted with one or more substituents of halogen, a hydrocarbyloxy group having 1 to 20 carbon atoms, and a hydrocarbyl (oxy) silyl group having 1 to 20 carbon atoms.
  • the catalyst composition may further include a carrier supporting the transition metal compound.
  • a carrier supporting the transition metal compound.
  • silica, alumina, magnesia or a mixture thereof may be used.
  • the catalyst composition when the catalyst composition further includes a carrier supporting the transition metal compound, the catalyst composition may include the transition metal compound and the promoter in a molar ratio of 10: 1 to 1: 1.
  • the catalyst composition can be used in a propylene polymerization reaction to provide a polypropylene exhibiting a low melt temperature and a high melt flow rate.
  • a method for producing an olephine polymer comprising the step of polymerizing the olephine monomer in the presence of the catalyst composition.
  • the method for producing the olepin polymer can provide polypropylene that exhibits low melt temperature and high melt flow rate using propylene as an olepin monomer.
  • the melting temperature of the polypropylene may be about .13 CTC to 146 ° C, measured under a load of temperature of 230 ° C 2. 16 kg for polypropylene having a weight average molecular weight of less than 150, 000 g / mol
  • the melt flow may be 70 g / 10 min or more.
  • the present invention not only can exhibit high activity in the olefin polymerization reaction, but also a transition metal compound capable of easily controlling the physical properties of the olefin polymer to be synthesized, a catalyst composition comprising the same, and the preparation of inolepine polymer using the catalyst composition.
  • a method may be provided.
  • olefins with excellent energy saving effect during processing or molding Polymers may be provided.
  • transition metal compound according to a specific embodiment of the present invention, a catalyst composition including the same, and a method for preparing an olefin polymer using the same will be described.
  • a transition metal compound represented by the following formula (1).
  • M 1 is a transition metal of Group 3, "Group 4 transition metal, a Group 5 transition metal, lanthanide series transition metals, transition metal of any one of a series of akta arsenide, and
  • X 1 and X 2 are the same as or different from each other, and each independently one of halogen and alkyl having 1 to 20 carbon atoms,
  • A is any one of elemental elements of group 14, n is an integer between 1 and 20,
  • R 1 is any one of alkyl of 1 to 20 carbon atoms, alkenyl of 2 to 20 carbon atoms, alkylaryl of 7 to 30 carbon atoms, arylalkyl of 7 to 30 carbon atoms, and aryl of 6 to 30 carbon atoms,
  • R 2 is any one of hydrogen, alkyl having 1 to 20 carbon atoms, alkenyl having 2 to 20 carbon atoms, alkylaryl having 7 to 30 carbon atoms, arylalkyl having 7 to 30 carbon atoms, and aryl having 6 to 30 carbon atoms,
  • R 3 and R 4 are each independently hydrogen and alkyl of 1 to 20 carbon atoms Which one.
  • Halogen may be fluorine (F), chlorine (C1), bromine (Br) or iodine (I).
  • Alkyl having 1 to 20 carbon atoms may be linear, branched or cyclic alkyl. Specifically, alkyl having 1 to 20 carbon atoms is straight chain alkyl having 1 to 20 carbon atoms; Straight chain alkyl having 1 to 10 carbon atoms; Straight chain alkyl of 1 to 5 carbon atoms; Branched or cyclic alkyl having 3 to 20 carbon atoms; Branched or cyclic alkyl having 3 to 15 carbon atoms; Or branched or cyclic alkyl having 3 to 10 carbon atoms.
  • alkyl having 1 to 20 carbon atoms is methyl group, ethyl group, n-propyl group, i so-propyl group, n-butyl group, i so-butyl group, tert-butyl group, n—pentyl group, i so- Penyl group or cyclonuclear group.
  • Alkenyl having 2 to 20 carbon atoms may be straight-chain branched or cyclic alkenyl.
  • alkenyl having 2 to 20 carbon atoms includes straight-chain alkenyl having 2 to 20 carbon atoms, straight-chain alkenyl having 2 to 10 carbon atoms, straight-chain alkenyl having 2 to 5 carbon atoms, branched alkenyl having 3 to 20 carbon atoms, and 3 carbon atoms.
  • alkenyl having 2 to 20 carbon atoms may be ethenyl, propenyl, butenyl, pentenyl or cyclonuxenyl.
  • Aryl having 6 to 30 carbon atoms may mean monocyclic, bicyclic or tricyclic aromatic hydrocarbons. Specifically, the aryl having 6 to 30 carbon atoms may be a phenyl group, a naphthyl group, an anthracenyl group, or the like.
  • Alkylaryl having 7 to 30 carbon atoms may mean a substituent in which at least one hydrogen of aryl is substituted by alkyl.
  • the alkylaryl having 7 to 30 carbon atoms may be methylphenyl, ethylphenyl, n-propylphenyl, i so-propylphenyl, n-butylphenyl, i so-butylphenyl, tert-butylphenyl or cyclonucleophenyl.
  • Arylalkyl having 7 to 30 carbon atoms has at least one hydrogen of alkyl It may mean a substituent substituted by.
  • arylalkyl having 7 to 30 carbon atoms may be a benzyl group, phenylpropyl, or phenylnuclear chamber.
  • the transition metal compound represented by Formula 1 includes two benzoindenyl groups as ligands, and serves as a Lewis base as an oxygen-donor to a bridge group connecting the two ligands. It has a structure that includes a working container capable of doing so. For example, when a transition metal compound having such a specific structure is activated in an appropriate manner and used as a polymerization catalyst for an olefin monomer, an olefin polymer having a low melting temperature and a high melt flow rate can be produced with excellent energy saving effect during processing or molding. Can be. In particular, as described below, this effect can be maximized during the propylene addition.
  • the benzoindenyl ligand may be substituted with an unsubstituted or less sterically hindered substituent.
  • the olefin polymer of the desired three-dimensional structure can be manufactured easily, showing favorable catalytic activity.
  • R 3 and R 4 of Formula 1 may each independently be any one of hydrogen and linear alkyl having 1 to 5 carbon atoms.
  • R 1 of Formula 1 may be any one of branched alkyl having 3 to 6 carbon atoms, and n may be an integer of 4 to 8 for improved supporting efficiency.
  • R 2 of Formula 1 may be any one of linear alkyl having 1 to 6 carbon atoms.
  • the results of the inventors of the present invention can exhibit an excellent energy saving effect during molding or processing.
  • the olefin polymer which can be prepared, can be prepared only through a transition metal compound in which the ligand of the above-described structure is connected to the bridge group of the above-described structure, as shown in Formula 1, and even if the ligand of the above-described structure It was found that it could not be made via a transition metal compound that was not linked to a bridge group.
  • any one of Group 4 transition metals any one of Ti, Zr, and Hf may be used to improve the storage stability of the metal complex.
  • X 1 and X 2 are the same as or different from each other, and each Independently halogen or any one of alkyl of 1 to 20 carbon atoms; Or each independently halogen or alkyl having 1 to 10 carbon atoms; Or each independently halogen.
  • the transition metal compound represented by Chemical Formula 1 may be synthesized by using known reactions, and a detailed synthesis method may be referred to Preparation Example 1, which will be described later.
  • a catalyst composition comprising a transition metal compound represented by the formula (1).
  • the catalyst composition may further comprise a cocatalyst that was able to activate the transition metal compound.
  • a promoter any one conventionally used in the art to which the present invention pertains may be used without particular limitation.
  • the promoter may be at least one compound selected from the group consisting of compounds represented by the following Chemical Formulas 2 to 4.
  • R 5 , R 6 and R 7 are each independently hydrogen, halogen, a hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms and a hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms substituted with halogen,
  • n is an integer of 2 or more
  • D is aluminum or boron
  • Each R 8 is independently a halogen, a hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms, a hydrocarbyloxy group having 1 to 20 carbon atoms, and a hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms substituted with halogen,
  • L is a neutral or cationic Lewis base
  • ⁇ is a Group 13 element, and each J independently represents a hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms; Hydrocarbyloxy group having 1 to 20 carbon atoms; And one or more hydrogen atoms of these substituents are substituted with one or more substituents of halogen, a hydrocarbyloxy group having 1 to 20 carbon atoms, and a hydrocarbyl (oxy) silyl group having 1 to 20 carbon atoms.
  • Hydrocarbyl groups are monovalent functional groups in which hydrogen atoms are removed from hydrocarbons, and are alkyl, alkenal, alkynyl, aryl, aralkyl, aralkenyl, aralkynyl, alkylaryl, alkenylaryl and alkoxy groups. And a arylaryl group.
  • the hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms may be a hydrocarbyl group having 1 to 15 carbon atoms or 1 to 10 carbon atoms.
  • the hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms is methyl group, ethyl group, n-propyl group, i so-propyl group, n-butyl group, i so-butyl group, t ert-butyl group, n_pentyl group, n — Straight chain, branched or cyclic alkyl groups such as —nuclear group, n-heptyl group and cyclonuclear group; Or an aryl group such as a phenyl group, naphthyl group, or anthracenyl group.
  • Hydrocarbyloxy group is a functional group which the hydrocarbyl group couple
  • the hydrocarbyloxy group having 1 to 20 carbon atoms may be a hydrocarbyloxy group having 1 to 15 carbon atoms or 1 to 10 carbon atoms. More specifically, the hydrocarbyloxy group having 1 to 20 carbon atoms has a methoxy group, ethoxy group, n-propoxy group, i so-propoxy group, n-butoxy group, i so-subspecial group, t er t-butoxy group, linear, branched, or cyclic alkoxy groups such as n _ phenoxy group, n _ nucleo group, n _ heptoxy group, and cyclonucleooxy group; Or an aryloxy group such as a phenoxy group or a naphthaleneoxy group.
  • Hydrocarbyl (oxy) silyl groups are functional groups in which one to three hydrogens of -Si3 ⁇ 4 are substituted with one to three hydrocarbyl groups or hydrocarbyloxy groups.
  • the hydrocarbyl (oxy) silyl group having 1 to 20 carbon atoms may be a hydrocarbyl (oxy) silyl group having 1 to 15 carbon atoms, 1 to 10 carbon atoms, or 1 to 5 carbon atoms.
  • hydrocarbyl (oxy) silyl groups include alkylsilyl groups such as methylsilyl group, dimethylsilyl group, trimethylsilyl group, dimethylethylsilyl group, diethylmethylsilyl group and dimethylpropylsilyl group; Alkoxy silyl groups, such as a mesoxy silyl group, a dimethoxy silyl group, a trimethoxy silyl group, and a dimethoxy ethoxy silyl group; Alkoxy alkyl silyl groups, such as a methoxy dimethyl silyl group, a dieoxy methyl silyl group, and a dimethoxy propyl silyl group, etc. can be sufficient.
  • Non-limiting examples of the compound represented by the formula (2) include methyl aluminoxane, ethyl aluminoxane, isobutyl aluminoxane or tert- butyl aluminoxane.
  • Non-limiting examples of the compound represented by Formula 3 include trimethylaluminum, triethylaluminum triisobutylaluminum, tripropylaluminum, tributylaluminum dimethylchloroaluminum, triisopropylaluminum, tri- sec -butylaluminum tricyclopentyl Aluminum, tripentylaluminum, triisopentylaluminum trinuclear silaluminum, trioctylaluminum, ethyldimethylaluminum methyldiethylaluminum, triphenylaluminum, tri-P-lrylaluminum dimethylaluminum mesoxide or dimethylaluminum have.
  • non-limiting examples of the compound represented by the formula (4) include trimethylammonium tetrakis (pentafluorophenyl) borate, triethylammonium tetrakis ' (pentafluorophenyl) borate, N, N-dimethylanilinium tetrakis (Pentafluorophenyl) borate, ⁇ , ⁇ -dimethylanilinium ⁇ -butyltris (pentafluorophenyl) borate, ⁇ , ⁇ -dimethylanilinium benzyltris (pentafluorophenyl) borate, ⁇ , ⁇ -dimethylaniyl Linium tetrakis (4- ( t -butyldimethylsilyl) -2,3,5,6-tetrafluorophenyl) borate, ⁇ , ⁇ -dimethylanilinium pentakis (4- (triisopropylsilyl) -2
  • the catalyst composition may be a supported catalyst having the above-described transition metal compound supported on a carrier.
  • the transition metal compound represented by Chemical Formula 1 may be stably supported on a carrier having the above-described structural characteristics.
  • the supported catalyst on which the transition metal compound is supported exhibits high activity in olefin polymerization and can easily provide a low molecular weight olefin polymer.
  • a carrier containing a hydroxyl group or a siloxane group may be used.
  • the carrier may be a carrier containing a hydroxyl group or a siloxane group having high reaction properties by drying at a high temperature to remove moisture on the surface.
  • the carrier may be used, such as silica, alumina, magnesia or a mixture thereof.
  • the carrier may be dried at high temperature, and they may typically include oxides, carbonates, sulfates, nitrates, such as Na 2 O, K 2 CO 3, BaS0 4, and Mg (N0 3 ) 2 .
  • a small amount of promoter may activate the transition metal compound according to the embodiment.
  • the catalyst composition further includes a carrier supporting the transition metal compound
  • the transition metal compound and the promoter may be used in a molar ratio of 10: 1 to 1: 1.
  • the catalyst composition described above is used in the polymerization reaction of the olefin monomer, exhibits high catalytic activity, and can easily provide a low molecular weight olefin polymer.
  • the catalyst composition is used in the propylene polymerization reaction, and exhibits a much lower melting temperature and higher melt flow rate than the polymer of the same molecular weight, thereby providing a polypropylene excellent energy saving effect during processing or molding.
  • a method for producing an olefin polymer comprising the step of polymerizing the olefin monomer in the presence of the catalyst composition.
  • the additive catalyst composition is a conventional structure due to the specific structure Compared to the polyolefin polymerized using a metallocene catalyst, it is easy to provide a low molecular weight olefin polymer, and may exhibit higher activity in the polymerization of the olefin monomer.
  • olefin monomer examples include ethylene, alpha-olefin, cyclic olefin, and the like, and diene olefin monomers or triene olefin resin monomers having two or more double bonds can also be polymerized.
  • the monomer examples include ethylene, propylene, 1-butene, 1-pentene, 4-methyl- 1-pentene, 1-nuxene, 1-heptene, 1-octene, 1-decene, 1-undecene, 1-dodec Sen, 1-tetradecene, 1-nuxadecene, 1-aitocene, norbornene, norbornadiene, ethylidenenorbornene, phenylnorbornene, vinylnorbornene, dicyclopentadiene, 1, 4-butadiene, 1, 5-pentadiene, 1, 6-nuxadiene, styrene, alpha-methylstyrene, divinylbenzene, 3-chloromethyl styrene, etc., These monomers may be mixed and copolymerized two or more kinds.
  • the catalyst composition may provide an olefin polymer having high hydrophobicity and a narrow molecular weight distribution under excellent hydrogen reactivity even under the same amount of hydrogen feeding conditions.
  • the leupin polymer prepared by the manufacturing method according to another embodiment may have a narrow molecular weight distribution of about 1.5 to 3 black or about 1.5 to 2.5.
  • Such olepin polymer is excellent in impact resistance, strength, elasticity, etc. and is expected to be used in various products.
  • the catalyst composition may be used in the propylene polymerization reaction due to the specific structure of the transition metal compound of Formula 1 described above to provide a polypropylene having a low melting temperature.
  • These polypropylenes can be processed or molded at relatively low temperatures due to their low melting temperature, providing a variety of plastic products with less energy.
  • the melting temperature of the polypropylene produced using the catalyst composition is about 20 ° C lower than that of the polypropylene produced using a known Ziegler-Natta catalyst, using a known metallocene catalyst It was found to appear about 6 ° C. lower than the polypropylene produced. More specifically, using the catalyst composition The polypropylene produced may have a melting temperature of about 130 ° C. to 146 ° C. Therefore, the catalyst composition may be particularly useful for the production method of the propylene polymer.
  • the catalyst composition may be used in a propylene polymerization reaction to provide a polypropylene having a high melt flow rate due to the specific structure of the transition metal compound of Formula 1 described above.
  • These polypropylenes have excellent flowability and processability due to the high melt flow rate, which can significantly increase the productivity of various plastic products.
  • the melt flow rate measured under a load of temperature of 230 ' C 2. 16 kg for polypropylene having a weight average molecular weight of 150, 000 g / mol or less, 70g / 10min or more, 80g 10 g or more, 90 g / 10 min or more Black can provide polypropylene of 100 g / 10 min or more.
  • the upper limit of the melt flow rate is not particularly limited and may be adjusted, for example, to about 150 g / 10 min or less.
  • polymerization reaction of olefin monomers such as continuous solution polymerization, bulk polymerization, suspension polymerization, slurry polymerization or emulsion polymerization, can be employed for the polymerization reaction of the olefin resin.
  • the polymerization reaction is about 50 . To 110 ° C. or about 60 to KXrC and a pressure of about 1 to 100 kgf / cm 2 .
  • the catalyst composition in the polymerization reaction, may be used in a dissolved or diluted state in a solvent such as pentane, nucleic acid, heptane, nonane, decane, toluene, benzene, dichloromethane, chlorobenzene and the like.
  • a solvent such as pentane, nucleic acid, heptane, nonane, decane, toluene, benzene, dichloromethane, chlorobenzene and the like.
  • the olefin polymer prepared by the above method is manufactured using the catalyst composition described above, the olefin polymer may have a low melting temperature and thus exhibit an excellent energy saving effect during molding or processing.
  • reaction mixture containing the compound D was dried to remove the solvent. Then, the remaining solute was added to 10 mL of dichloromethane, and cooled to 0 ° C.
  • 5.2 g of aluminum chloride was dispersed in 40 mL of dichloromethane and slowly added to the reaction mixture. Then obtained The reaction mixture was refluxed for 30 minutes, and the compound E was obtained by extracting an organic layer using HC1 aqueous solution and dichloromethane.
  • Step 3 Preparation of bis (2-methyl-1H ⁇ benzoinden-1-yl) (6- (t-subspecial) nucleus) (methyl) silane
  • Step 4 Preparation of bis (2-methyl-1H-benzoinden-1-yl) (6 ′ (t-subsidiary) nucleus) (methyl) silane zirconium dichloride
  • reaction mixture was added to a reaction vessel containing 2.09 g of bis (tetrahydrofuran) zirconium tetrachloride [ZrCl 4 (C 4 H 5 0) 2 ] and stirred at room temperature for one day. Then, after drying the reaction mixture to remove the solvent Dichloromethane was injected. Then, the obtained mixed solution was filtered to dry the filtrate. And the solid obtained by drying was recrystallized in -3 (C using toluene, and the transition metal compound was obtained in 17% yield.
  • Methyl aluminoxane (MA0) 30 ⁇ ol was added to a shrink flask containing 3 g of silica and reacted at 90 ° C for 24 hours. After the completion of the reaction, when the reaction product was settled, the upper layer solution was removed and the remaining precipitate was washed once with toluene. Then, 180 ⁇ l of the transition metal compound prepared above was dissolved in toluene, and the flask was reacted at 70 ° C. for 5 hours. After the reaction was completed, when the reaction product subsided, the upper layer solution was removed and the remaining precipitate was washed once with toluene.
  • reaction mixture was added to a reaction vessel containing 1.78 g of hafnium tetrachloride (HfCl 4 ), followed by stirring at room temperature for one day. Thereafter, the reaction mixture was dried to remove the solvent, followed by dichloromethane. And then obtained The combined solution was filtered to dry the filtrate. Then, the solid obtained by drying was recrystallized at -30 ° C with toluene to obtain a transition metal compound in a yield of 1.
  • hafnium tetrachloride HfCl 4
  • the 2L stainless reaction vessel was dried in vacuo at 65 ° C., chopped, and 3 mL of triethylaluminum was added at room temperature, and 770 g of propylene was added thereto.
  • 45 mg of the supported catalyst prepared in Preparation Example 1 was dispersed in 20 mL of nucleic acid, prepared in a slurry form, and charged into a reactor using nitrogen pressure. At this time, about 331 ppm hydrogen gas was added together with the catalyst. Thereafter, the temperature of the reactor was gradually raised to 70 ° C. and then polymerized for 1 hour. After the reaction was completed, unreacted propylene was vented.
  • Example 2 Polymerization of Olefin Monomer
  • the 2 L stainless reactor was dried in vacuo at 65 ° C., then cooled, and 3 mL of triethylaluminum was added at room temperature, and 770 g of propylene was added thereto.
  • 45 mg of the supported catalyst prepared in Preparation Example 2 was dispersed in 20 mL of nucleic acid, prepared in a slurry form, and charged into a reactor using nitrogen pressure. At this time, about 331 ppm hydrogen gas was added together with the catalyst. After the reaction temperature was slowly raised to 70 ° C. and then polymerized for 1 hour. Unreacted propylene was vented after completion of the reaction.
  • Example 3 Polymerization of Illepin Monomer First, the 2L stainless reaction vessel was dried in vacuo at 65 ° C., chopped, and 3 mL of triethylaluminum was added at room temperature, and 770 g of propylene and 12, 000 cc of ethylene were added thereto. After stirring for 10 minutes, 30 mg of the supported catalyst prepared in Preparation Example 1 was dispersed in 20 mL of nucleic acid, prepared in a slurry form, and charged into a reactor using nitrogen pressure. At this time, about 331 ppm hydrogen gas was added together with the catalyst. The reactor temperature was then slowly raised to 7 rc and then polymerized for 1 hour. After completion of the reaction, unmixed propylene and ethylene were vented.
  • Example 4 Polymerization of an Olefin Monomer
  • a supported catalyst was prepared in the same manner as in step 5 of Preparation Example 1 using the transition metal compound represented by Formula P1.
  • the olefin monomer was polymerized using a supported catalyst containing the transition metal compound of Formula P1.
  • the optimum conditions for the polymerization of the olefin monomers are different depending on the type of catalyst, so that the olefin monomers are polymerized under conditions optimized for the supported catalyst including the transition metal compound represented by the above formula (P1).
  • the olefin monomer was polymerized using a transition metal compound represented by the following formula (P2).
  • P2 a transition metal compound represented by the following formula (P2)
  • the supporting stability was low and was activated by an excessive promoter as follows.
  • melt flow rate MFR: mel tf low rate

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Abstract

본 발명에 따르면, 올레핀 중합 반응에서 높은 활성을 나타낼 수 있을 뿐만 아니라, 합성되는 올레핀 중합체의 물성을 용이하게 조절할 수 있는 전이 금속 화합물, 이를 포함하는 촉매 조성물 및 상기 촉매 조성물을 이용한 올레핀 중합체의 제조 방법이 제공될 수 있다. 상기 전이 금속 화합물을 이용하면 가공 혹은 성형 시에 에너지 절감 효과가 우수한 올레핀 중합체를 제공할 수 있다.

Description

【명세서】
【발명의 명칭】
전이 금속 화합물, 이를 포함하는 촉매 조성물 및 이를 이용한 올레핀 중합체의 제조 방법
【기술분야】
. 관련 출원 (들)과의 상호 인용
본 출원은 2015년 8월 24일자 한국 특허 출원 제 10-2015-0118902 호 및 2016년 1월 20일자 한국 특허 출원 제 10-2016—0007128 호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며， 해당 한국 특허 출원들의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전이 금속 화합물， 상기 전이 금속 화합물을 포함하는 촉매 조성물 및 상기 촉매 조성물을 이용한 올레핀 중합체의 제조 방법에 관한 것이다.
【배경기술]
기존의 폴리을레핀의 상업적 제조 과정에는 티타늄 또는 바나듐 화합물의 지글러—나타 촉매가 널리 사용되어 왔는데, 상기 지글러 -나타 촉매는 높은 활성을 갖지만， 다활성점 촉매이기 때문에 생성 고분자의 분자량 분포가 넓으며 공단량체의 조성 분포가 균일하지 않아 원하는 물성 확보에 한계가 있었다.
이에 따라， 최근에는 티타늄 , 지르코늄， 하프늄 등의 전이 금속과 사이클로펜타디엔 작용기를 포함하는 리간드가 결합된 메탈로센 촉매가 개발되어 널리 사용되고 있다. 메탈로센 화합물은 일반적으로 알루미녹산， 보레인， 보레이트 또는 다른 활성화제를 이용하여 활성화시켜 사용한다. 예를 들어， 사이클로펜타다이에닐기를 포함한 리간드와 두 개의 시그마 클로라이드 리간드를 갖는 메탈로센 화합물은 알루미녹산을 활성화제로 사용한다. 이러한 메탈로센 촉매는 한 종류의 활성점을 가진 단일 활성점 촉매로 생성 중합체의 분자량 분포가 좁은 특징이 있다. 이에 따라， 메탈로센 촉매로 중합한 폴리올레핀은 분자량 분포가 좁아 일부 제품에 웅용할 경우， 압출부하 등의 영향으로 생산성이 현저히 떨어지는 등 현장 적용이 어려운 문제가 있다. 【발명의 내용】
【해결하려는 과제】
본 발명은 가공 혹은 성형 시에 에너지 절감 효과가 우수한 올레핀 중합체를 제공할 수 있는 전이 금속 화합물을 제공한다.
또한， 본 발명은 상기 전이 금속 화합물을 포함하는 촉매 조성물과 상기 촉매 조성물을 이용한 올레핀 중합체의 제조 방법을 제공한다.
【과제의 해결 수단】
발명의 일 구현예에 따르면， 하기 화학식 1로 표시되는 전이 금속 화합물이 제공된다.
Figure imgf000003_0001
상기 화학식 1에서
M1은 3족 전이 금속, 4족 전이 금속， 5족 전이 금속, 란타나이드 계열의 전이 금속 및 악타나이드 계열의 전이 금속 중 어느 하나이고，
X1 및 X2는 서로 동일하거나 상이하며 각각 독립적으로 할로겐 및 탄소수 1 내지 20의 알킬 중 어느 하나이고，
A는 14족의 원소 중 어느 하나이며, n은 1 내지 20사이의 정수이고， R1은 탄소수 1 내지 20의 알킬, 탄소수 2 내지 20의 알케닐， 탄소수 7 내지 30의 알킬아릴, 탄소수 7 내지 30의 아릴알킬 및 탄소수 6 내지 30의 아릴 중 어느 하나이며，
R2는 수소， 탄소수 1 내지 20의 알킬， 탄소수 2 내지 20의 알케닐， 탄소수 7 내지 30의 알킬아릴， 탄소수 7 내지 30의 아릴알킬 및 탄소수 6 내지 30의 아릴 중 어느 하나이고，
R3 및 R4는 각각 독립적으로 수소 및 탄소수 1 내지 20의 알킬 중 어느 하나이다. - 구체적으로， 상기 화학식 1에서 R3 및 R4는 각각 독립적으로 수소 및 탄소수 1 내지 5의 직쇄 알킬 중 어느 하나일 수 있다. 상기 화학식 1에서 R1은 탄소수 3 내지 6의 분지쇄 알킬 중 어느 하나이고， n은 4 내지 8 사이의 정수일 수 있다. 상기 화학식 1에서 R2는 탄소수 1 내지 6의 직쇄 알킬 증 어느 하나일 수 있다.
상기 화학식 1에서 M1은 4족 전이 금속 중 어느 하나일 수 있다. 한편 , 발명의 다른 구현예에 따르면， 상기 화학식 1로 표시되는 전이 금속 화합물을 포함하는 촉매 조성물이 제공된다.
상기 촉매 조성물은 하기 화학식 2 내지 4로 표시되는 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 조촉매를 포함할 수 있다.
[화학식 2]
R6-[Al (R5)-0]m-R7
상기 화학식 2에서，
R5 , R6 및 R7은 각각 독립적으로 수소， 할로겐， 탄소수 1 내지 20 의 하이드로카빌기 및 할로겐으로 치환된 탄소수 1 내지 20 의 하이드로카빌기 중 어느 하나이고，
m은 2 이상의 정수이며，
[화학식 3]
D(R8)3
상기 화학식 3에서，
D는 알루미늄 또는 보론이고，
R8은 각각 독립적으로 할로겐， 탄소수 1 내지 20 의 하이드로카빌기， 탄소수 1 내지 20 의 하이드로카빌옥시기 및 할로겐으로 치환된 탄소수 1 내지 20의 하이드로카빌기 중 어느 하나이며，
[화학식 4]
[L_H] + [W(J)4r 또는 [L] + [W(J )4]—
상기 화학식 4에서， L은 중성 또는 양이온성 루이스 염기이고， ■
W는 13족 원소이며， J는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 20의 하이드로카빌기; 탄소수 1 내지 20의 하이드로카빌옥시기; 및 이들 치환기의 1 이상의 수소 원자가 할로겐, 탄소수 1 내지 20의 하이드로카빌옥시기 및 탄소수 1 내지 20의 하이드로카빌 (옥시)실릴기 중 1 이상의 치환기로 치환된 치환기들 중 어느 하나이다.
한편， 상기 촉매 조성물은 상기 전이 금속 화합물을 담지하는 담체를 추가로 포함할 수 있다. 상기 담체로는 실리카， 알루미나， 마그네시아 또는 이들의 흔합물이 사용될 수 있다.
일 예로， 상기 촉매 조성물이 상기 전이 금속 화합물을 담지하는 담체를 추가로 포함할 경우, 촉매 조성물은 상기 전이 금속 화합물 및 조촉매를 10 : 1 내지 1 : 1의 몰비로 포함할 수 있다.
상기 촉매 조성물은 상기 화학식 1의 전이 금속 화합물의 특유한 입체 구조로 인해， 프로필렌 중합 반웅에 사용되어 낮은 용융 온도 및 높은 용융 유동률을 나타내는 폴리프로필렌을 제공할 수 있다.
한편， 발명의 또 다른 구현예에 따르면， 상기 촉매 조성물 존재 하에 을레핀 단량체를 중합 반응시키는 단계를 포함하는 을레핀 중합체의 제조 방법이 제공된다.
특히， 상기 을레핀 중합체의 제조 방법은 을레핀 단량체로서 프로필렌을 사용하여 낮은 용융 온도 및 높은 용융 유동률을 나타내는 폴리프로필렌을 제공할 수 있다. 일 예로， 상기 폴리프로필렌의 용융 온도는 약 .13CTC 내지 146°C일 수 있고， 150 , 000 g/mol 이하의 중량평균분자량을 가지는 폴리프로필렌에 대해 230°C의 온도 2. 16kg의 하중 하에서 측정된 용융 유동를은 70g/10min 이상일 수 있다.
[발명의 효과]
본 발명에 따르면， 올레핀 중합 반웅에서 높은 활성을 나타낼 수 있을 뿐만 아니라， 합성되는 올레핀 중합체의 물성을 용이하게 조절할 수 있는 전이 금속 화합물， 이를 포함하는 촉매 조성물 및 상기 촉매 조성물을 이용한 을레핀 중합체의 제조 방법이 제공될 수 있다. 상기 전이 금속 화합물을 이용하면 가공 혹은 성형 시에 에너지 절감 효과가 우수한 을레핀 중합체를 제공할 수 있다.
【발명을 실시하기 위한 구체적인 내용】
이하 발명의 구체적인 구현예에 따른 전이 금속 화합물， 이를 포함하는 촉매 조성물 및 상기를 이용하여 올레핀 중합체를 제조하는 방법 등에 대해 설명하기로 한다.
발명의 일 구현예에 따르면， 하기 화학식 1로 표시되는 전이 금속 화합물이 제공된다.
Figure imgf000006_0001
상기 화학식 1에서，
M1은 3족 전이 금속，' 4족 전이 금속， 5족 전이 금속， 란타나이드 계열의 전이 금속 및 악타나이드 계열의 전이 금속 중 어느 하나이고，
X1 및 X2는 서로 동일하거나 상이하며 각각 독립적으로 할로겐 및 탄소수 1 내지 20의 알킬 중 어느 하나이고，
A는 14족의 원소 증 어느 하나이며， n은 1 내지 20사이의 정수이고,
R1은 탄소수 1 내지 20의 알킬， 탄소수 2 내지 20의 알케닐， 탄소수 7 내지 30의 알킬아릴， 탄소수 7 내지 30의 아릴알킬 및 탄소수 6 내지 30의 아릴 중 어느 하나이며，
R2는 수소， 탄소수 1 내지 20의 알킬， 탄소수 2 내지 20의 알케닐， 탄소수 7 내지 30의 알킬아릴, 탄소수 7 내지 30의 아릴알킬 및 탄소수 6 내지 30의 아릴 중 어느 하나이고，
R3 및 R4는 각각 독립적으로 수소 및 탄소수 1 내지 20의 알킬 중 어느 하나이다.
본 명세서에서 특별한 제한이 없는 한 다음 용어는 하기와 같이 정의될 수 있다.
할로겐 (halogen)은 불소 (F) , 염소 (C1 ) , 브롬 (Br ) 또는 요오드 ( I )일 수 있다.
탄소수 1 내지 20의 알킬은 직쇄， 분지쇄 또는 고리형 알킬일 수 있다. 구체적으로, 탄소수 1 내지 20의 알킬은 탄소수 1 내지 20의 직쇄 알킬; 탄소수 1 내지 10의 직쇄 알킬; 탄소수 1 내지 5의 직쇄 알킬; 탄소수 3 내지 20의 분지쇄 또는 고리형 알킬; 탄소수 3 내지 15의 분지쇄 또는 고리형 알킬; 또는 탄소수 3 내지 10의 분지쇄 또는 고리형 알킬일 수 있다. 보다 구체적으로， 탄소수 1 내지 20의 알킬은 메틸기, 에틸기， n- 프로필기， i so-프로필기, n-부틸기， i so-부틸기， tert-부틸기， n—펜틸기, i so-펜될기 또는 사이클로핵실기 등일 수 있다.
탄소수 2 내지 20의 알케닐은 직쇄 분지쇄 또는 고리형 알케닐일 수 있다. 구체적으로， 탄소수 2 내지 20의 알케닐은 탄소수 2 내지 20의 직쇄 알케닐， 탄소수 2 내지 10의 직쇄 알케닐， 탄소수 2 내지 5의 직쇄 알케닐， 탄소수 3 내지 20의 분지쇄 알케닐， 탄소수 3 내지 15의 분지쇄 알케닐， 탄소수 3 내지 10의 분지쇄 알케닐， 탄소수 5 내지 20의 고리형 알케닐 또는 탄소수 5 내지 10의 고리형 알케닐일 수 있다. 보다 구체적으로， 탄소수 2 내지 20의 알케닐은 에테닐， 프로페닐， 부테닐， 펜테닐 또는 사이클로핵세닐 등일 수 있다.
탄소수 6 내지 30의 아릴은 모노사이클릭， 바이사이클릭 또는 트라이사이클릭 방향족 탄화수소를 의미할 수 있다. 구체적으로， 탄소수 6 내지 30의 아릴은 페닐기， 나프틸기 또는 안트라세닐기 등일 수 있다.
탄소수 7 내지 30의 알킬아릴은 아릴의 1 이상의 수소가 알킬에 의하여 치환된 치환기를 의미할 수 있다. 구체적으로， 탄소수 7 내지 30의 알킬아릴은 메틸페닐， 에틸페닐， n-프로필페닐， i so-프로필페닐， n- 부틸페닐， i so-부틸페닐, tert-부틸페닐 또는 사이클로핵실페닐 등일 수 있다.
탄소수 7 내지 30의 아릴알킬은 알킬의 1 이상의 수소가 아릴에 의하여 치환된 치환기를 의미할 수 있다. 구체적으로， 탄소수 7 내지 30의 아릴알킬은 벤질기, 페닐프로필 또는 페닐핵실 등일 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 전이 금속 화합물은 2개의 벤조인데닐기를 리간드로 포함하고， 상기 2개의 리간드를 연결하는 브릿지 그룹 (br i dge group)에 산소 -주게 (oxygen-donor )로서 루이스 염기의 역할을 할 수 있는 작.용기가 포함된 구조를 가진다. 일 예로， 이러한 특정 구조를 가지는 전이 금속 화합물을 적절한 방법으로 활성화시켜 올레핀 단량체의 중합 촉매로 이용하면, 낮은 용융 온도 및 높은 용융 유동률을 나타내 가공 혹은 성형 시에 에너지 절감 효과가 우수한 올레핀 중합체를 제조할 수 있다. 특히, 후술하는 바와 같이 이러한 효과는 프로필렌의 증합 시에 극대화될 수 있다. 구체적으로， 상기 화학식 1로 표시되는 전이 금속 화합물에서， 벤조인데닐 리간드는 치환되지 않거나 혹은 입체 장애가 적은 치환기로 치환될 수 있다. 이에 따라, 양호한 촉매 활성을 나타내면서 목적하는 입체 구조의 올레핀 중합체를 용이하게 제조할 수 있다. 일 예로， 상기 화학식 1의 R3 및 R4는 각각 독립적으로 수소 및 탄소수 1 내지 5의 직쇄 알킬 중 어느 하나일 수 있다.
그리고， 상기 화학식 1에서 벤조인데닐 리간드를 연결하는 브릿지 그룹은 전이 금속 화합물의 담지 안정성에 영향을 미칠 수 있다. 일 예로， 보다 개선된 담지 효율을 위해 화학식 1의 R1은 탄소수 3 내지 6의 분지쇄 알킬 중 어느 하나이고, n은 4 내지 8 사이의 정수일 수 있다. 그리고， 화학식 1의 R2는 탄소수 1 내자 6의 직쇄 알킬 중 어느 하나일 수 있다.
특히， 본 발명자들의 실험 결과， 성형 혹은 가공 시에 우수한 에너지 절감 효과를 발현할. 수 있는 올레핀 중합체는， 화학식 1과 같이， 상술한 구조의 리간드가 상술한 구조의 브릿지 그룹으로 연결된 전이 금속 화합물을 통해서만 제조될 수 있으며, 상술한 구조의 리간드를 포함하더라도 상기 리간드가 상술한 구조의 브릿지 그룹으로 연결되지 않은 전이 금속 화합물을 통해서는 제조될 수 없음이 확인되었다.
한편， 상기 화학식 1의 M1으로는 4족 전이 금속 중 어느 하나; 혹은 Ti , Zr 및 Hf 중 어느 하나를 사용하여 금속 착물의 보관 안정성을 향상시킬 수 있다. 그리고， X1 및 X2는 서로 동일하거나 상이하며， 각각 독립적으로 할로겐 및 탄소수 1 내지 20의 알킬 중 어느 하나이거나; 혹은 각각 독립적으로 할로겐 및 탄소수 1 내지 10의 알킬 중 어느 하나이거나; 혹은 각각 독립적으로 할로겐 중 어느 하나일 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 전이 금속 화합물은 공지의 반웅들을 웅용하여 합성될 수 있으며， 보다 상세한 합성 방법은 후술하는 제조예 1을 참고할 수 있다.
한편， 발명의 다른 구현예에 따르면， 상기 화학식 1로 표시되는 전이 금속 화합물을 포함하는 촉매 조성물이 제공된다.
상기 촉매 조성물은 전이 금속 화합물을 활성화시킬 수 았는 조촉매를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 조촉매로는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 사용하는 것을 특별한 제한 없이 사용할 수 있다. 비제한적인 예로， 상기 조촉매는 하기 화학식 2 내지 4로 표시되는 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 화합물일 수 있다.
[화학식 2]
R6-[Al (R5)-0]m-R7
상기 화학식 2에서，
R5 , R6 및 R7은 각각 독립적으로 수소， 할로겐, 탄소수 1 내지 20 의 하이드로카빌기 및 할로겐으로 치환된 탄소수 1 내지 20 의 하이드로카빌기 중 어느 하나이고，
m은 2 이상의 정수이며，
[화학식 3]
D(R8)3
상기 화학식 3에서，
D는 알루미늄 또는 .보론이고，
R8은 각각 독립적으로 할로겐， 탄소수 1 내지 20 의 하이드로카빌기， 탄소수 1 내지 20 의 하이드로카빌옥시가 및 할로겐으로 치환된 탄소수 1 내지 20의 하이드로카빌기 중 어느 하나이며，
[화학식 4]
[L-H] + [W(J)4]— 또는 [L] + [W(J )4:r
상기 화학식 4에서， L은 중성 또는 양이온성 루이스 염기이고，
Ψ는 13족 원소이며， J는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 20의 하이드로카빌기; 탄소수 1 내지 20의 하이드로카빌옥시기; 및 이들 치환기의 1 이상의 수소 원자가 할로겐， 탄소수 1 내지 20의 하이드로카빌옥시기 및 탄소수 1 내지 20의 하이드로카빌 (옥시)실릴기 중 1 이상의 치환기로 치환된 치환기들 중 어느 하나이다.
본 명세서에서 특별한 제한이 없는 한 다음 용어는 하기와 같이 정의될 수 있다.
하이드로카빌기는 하이드로카본으로부터 수소 원자를 제거한 형태의 1가 작용기로서, 알킬기， 알케날기， 알키닐기， 아릴기， 아르알킬기， 아르알케닐기， 아르알키닐기， 알킬아릴기， 알케닐아릴기 및 알키닐아릴기 등을 포함할 수 있다. 그리고, 탄소수 1 내지 20의 하이드로카빌기는 탄소수 1 내지 15 또는 탄소수 1 내지 10의 하이드로카빌기일 수 있다. 구체적으로, 탄소수 1 내지 20의 하이드로카빌기는 메틸기， 에틸기， n- 프로필기， i so-프로필기， n-부틸기, i so—부틸기, t ert—부틸기， n_펜틸기， n—핵실기， n-헵틸기， 사이클로핵실기 등의 직쇄， 분지쇄 또는 고리형 알킬기; 또는 페닐기， 나프틸기， 또는 안트라세닐기 등의 아릴기일 수 있다. 하이드로카빌옥시기는 하이드로카빌기가 산소에 결합한 작용기이다. 구체적으로， 탄소수 1 내지 20의 하이드로카빌옥시기는 탄소수 1 내지 15 또는 탄소수 1 내지 10의 하이드로카빌옥시기일 수 있다. 보다 구체적으로， 탄소수 1 내지 20의 하이드로카빌옥시기는 메록시기， 에톡시기， n- 프로폭시기， i so-프로폭시기， n-부톡시기， i so-부특시기， t er t-부톡시기， n_펜특시기， n_핵록시기， n_헵톡시기， 사이클로핵록시기 등의 직쇄, 분지쇄 또는 고리형 알콕시기 ; 또는 페녹시기 또는 나프탈렌옥시 (naphtha l enoxy)기 등의 아릴옥시기일 수 있다.
하이드로카빌 (옥시)실릴기는 -Si¾의 1 내지 3개의 수소가 1 내지 3개의 하이드로카빌기 또는 하이드로카빌옥시기로 치환된 작용기이다. 구체적으로， 탄소수 1 내지 20의 하이드로카빌 (옥시)실릴기는， 탄소수 1 내지 15 , 탄소수 1 、내지 10 또는 탄소수 1 내지 5의 하이드로카빌 (옥시)실릴기일 수 있다. 보다 구체적으로， 탄소수 1 내지 20의 하이드로카빌 (옥시)실릴기는 메틸실릴기， 다이메틸실릴기， 트라이메틸실릴기， 다이메틸에틸실릴기， 다이에틸메틸실릴기 및 다이메틸프로필실릴기 등의 알킬실릴기; 메특시실릴기, 다이메록시실릴기， 트라이메록시실릴기 및 다이메톡시에록시실릴기 등의 알콕시실릴기; 메록시다이메틸실릴기, 다이에특시메틸실릴기 및 다이메록시프로필실릴기 등의 알콕시알킬실릴기 등일 수 있다.
상기에서 화학식 2로 표시되는 화합물의 비제한적인 예로는 메틸알루미녹산， 에틸알루미녹산， 이소부틸알루미녹산 또는 tert- 부틸알루미녹산 등을 들 수 있다. 그리고, 화학식 3으로 표시되는 화합물의 비제한적인 예로는 트리메틸알루미늄， 트리에틸알루미늄 트리이소부틸알루미늄， 트리프로필알루미늄， 트리부틸알루미늄 디메틸클로로알루미늄, 트리이소프로필알루미늄， 트리 -sec-부틸알루미늄 트리사이클로펜틸알루미늄， 트리펜틸알루미늄， 트리이소펜틸알루미늄 트리핵실알루미늄， 트리옥틸알루미늄， 에틸디메틸알루미늄 메틸디에틸알루미늄， 트리페닐알루미늄， 트리 -P—를릴알루미늄 디메틸알루미늄메특시드 또는 디메틸알루미늄에특시드 등을 들 수 있다. 마지막으로， 화학식 4로 표시되는 화합물의 비제한적인 예로는 트리메틸암모늄 테트라키스 (펜타플루오로페닐)보레이트, 트리에틸암모늄 테트라키스' (펜타플루오로페닐)보레이트， N， N-디메틸아닐리늄 테트라키스 (펜타플루오로페닐)보레이트， Ν,Ν-디메틸아닐리늄 η- 부틸트리스 (펜타플루오로페닐)보레이트， Ν,Ν-디메틸아닐리늄 벤질트리스 (펜타플루오로페닐)보레이트， Ν,Ν-디메틸아닐리늄 테트라키스 (4- (t-부틸디메틸실릴) -2,3,5,6-테트라플루오로페닐)보레이트， Ν,Ν- 디메틸아닐리늄 쩨트라키스 (4- (트리이소프로필실릴) -2，3，5，6- 테트라플루오로페닐)보레이트， Ν,Ν-디메틸아닐리늄 펜타플루오로페녹시트리스 (펜타플루오로페닐)보레이트, ^^디메틸-2，4，6- 트리메틸아닐리늄 테트라키스 (펜타플루오로페닐)보레이트, 트리메틸암모늄 테트라키스 (2,3,4,6-테트라플루오로페닐)보레이트， Ν,Ν-디메틸아닐리늄 테트라키스 (2 , 3,4, 6-테트라플루오로페닐)보레이트， 핵사데실디메틸암모늄 테트라키스 (펜타플루오로페닐)보레이트， Ν-메틸 -Ν-도데실아닐리늄 테트라키스 (펜타플루오로페닐)보레이트 또는 메틸디 (도데실)암모늄 테트라키.스 (펜타플루오로페닐)보레이트 등을 들 수 있다.
상기 촉매 조성물은 상술한 전이 금속 화합물이 담체에 담지된 담지 촉매일 수 있다. 상기 화학식 1로 표시되는 전이 금속 화합물은 상술한 구조적 특징을 가겨 담체에 안정적으로 담지될 수 있다. 또한, 이러한 전이 금속 화합물이 담지된 담지 촉매는 올레핀 중합에 높은 활성을 나타내며， 저분자량의 올레핀 중합체를 용이하게 제공할 수 있다.
상기 담체로는 표면에 하이드록시기 또는 실록산기를 함유하는 담체를 사용할 수 있다. 구체적으로， 상기 담체로는 고온에서 건조하여 표면에 수분을 제거함으로써 반웅성이 큰 하이드록시기 또는 실록산기를 함유하는 담체를 사용할 수 있다. 보다 구체적으로， 상기 담체로는 실리카, 알루미나, 마그네시아 또는 이들의 흔합물 등을 사용할 수 있다. 상기 담체는 고온에서 건조된 것일 수 있고， 이들은 통상적으로 Na20 , K2CO3 , BaS04 및 Mg(N03)2 등의 산화물， 탄산염， 황산염， 질산염 성분을 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이 상기 촉매 조성물이 담지 촉매의 형태로 제공될 때에는 적은 양의 조촉매로도 상기 일 구현예에 따른 전이 금속 화합물을 활성화시킬 수 있다. 일 예로， 상기 촉매 조성물이 상기 전이 금속 화합물을 담지하는 담체를 추가로 포함할 경우， 상기 전이 금속 화합물 및 조촉매는 10 : 1 내지 1 : 1의 몰비로 사용될 수 있다.
상술한 촉매 조성물은 올레핀 단량체의 중합 반응에 사용되어 높은 촉매 활성을 나타내며， 저분자량의 올레핀 중합체를 용이하게 제공할 수 있다. 특히， 상기 촉매 조성물은 프로필렌 중합 반응에 사용되어， 동일 분자량의 중합체에 비해 훨씬 낮은 용융 온도 및 높은 용융 유동률을 나타내며 이로 인해 가공 혹은 성형 시에 에너지 절감 효과가 우수한 폴리프로필렌을 제공할 수 있다.
한편， 발명의 다른 구현예에 따르면， 상기 촉매 조성물의 존재 하에， 올레핀 단량체를 중합 반웅시키는 단계를 포함하는 을레핀 중합체의 제조 방법이 제공된다.
상술한 바와 같이， 상가 촉매 조성물은 특정 구조로 인하여 기존의 메탈로센 촉매를 이용하여 중합되는 폴리올레핀에 비하여 저분자량의 올레핀 중합체를 용이하게 제공하며， 을레핀 단량체의 중합 시 더 높은 활성을 나타낼 수 있다.
상기 촉매 조성물로 중합 가능한 올레핀 단량체의 예로는 에틸렌, 알파-올레핀， 사이클릭 을레핀 등이 있으며， 이중 결합을 2개 이상 가지고 있는 다이엔 올레핀계 단량체 또는 트라이엔 을레핀계 단량체 등도 중합 가능하다. 상기 단량체의 구체적인 예로는 에틸렌, 프로필렌， 1-부텐， 1- 펜텐， 4-메틸— 1—펜텐， 1-핵센， 1-헵텐， 1-옥텐， 1-데센， 1-운데센， 1- 도데센， 1-테트라데센, 1-핵사데센, 1-아이토센, 노보넨， 노보나디엔， 에틸리덴노보넨， 페닐노보넨， 비닐노보넨, 디사이클로펜타디엔， 1 , 4- 부타디엔， 1 , 5-펜타디엔， 1， 6-핵사디엔， 스티렌， 알파-메틸스티렌， 디비닐벤젠， 3-클로로메틸스티렌 등이 있으며， 이들 단량체를 2 종 이상 흔합하여 공중합할 수도 있다.
상기 촉매 조성물은 동일한 양의 수소 feeding 조건에서도 수소 반응성이 우수하여 고유동성을 가지며 좁은 분자량 분포를 가지는 올리핀 중합체를 제공할 수 있다. 일 예로， 상기 다른 일 구현예에 따른 제조 방법에 의해 제조된 을레핀 중합체는 약 1.5 내지 3 흑은 약 1.5 내지 2.5의 좁은 분자량 분포를 가질 수 있다. 이러한 을레핀 중합체는 내충격성， 강도， 탄성 등이 우수하며 뛰어난 성형성을 나타내 다양한 제품에 활용될 것으로 기대된다.
특히， 상기 촉매 조성물은 상술한 화학식 1의 전이 금속 화합물의 특정 구조로 인해， 프로필렌 중합 반응에 사용되어 용융 온도가 낮은 폴리프로필렌을 제공할 수 있다. 이러한 폴리프로필렌은 낮은 용융 온도로 인해 비교적 낮은 온도에서 가공 흑은 성형이 가능하여 적은 에너지로 다양한 플라스틱 제품을 제공할 수 있다.
본 발명자들의 실험 결과， 상기 촉매 조성물을 이용해 제조되는 폴리프로필렌의 용융 온도는 기존에 알려진 지글러 -나타 촉매를 이용해 제조되는 폴리프로필렌보다 약 20°C 정도 낮게 나타나며， 기존에 알려진 메탈로센 촉매를 이용해 제조되는 폴리프로필렌보다도 약 6°C 정도 낮게 나타나는 것으로 확인되었다. 보다 구체적으로， 상기 촉매 조성물을 이용해 제조되는 폴리프로필렌은 약 130°C 내지 146°C의 용융 온도를 가질 수 있다. 따라서, 상기 촉매 조성물은 프로필렌 중합체의 제조 방법에 특히 유용하게 이용될 수 있다.
또한， 상기 촉매 조성물은 상술한 화학식 1의 전이 금속 화합물의 특정 구조로 인해, 프로필렌 중합 반웅에 사용되어 높은 용융 유동률을 나타내는 폴리프로필렌을 제공할 수 있다. 이러한 폴리프로필렌은 높은 용융 유동률로 인해 유동성 및 가공성이 뛰어나 다양한 플라스틱 제품의 생산성을 현저하게 증가시킬 수 있다.
보다 구체적으로， 상기 촉매 조성물을 이용하면， 150 , 000 g/mol 이하의 중량평균분자량을 가지는 폴리프로필렌에 대해 230'C의 온도 2. 16kg의 하중 하에서 측정된 용융 유동률이 70g/10min 이상, 80g/10min 이상， 90g/10min 이상 흑은 100g/10min 이상인 폴리프로필렌을 제공할 수 있다. 상기 용융 유동률의 상한은 특별히 제한되지 않으며， 예를 들면， 약 150g/10min 이하로 조절될 수 있다.
한편， 상기 을레핀 단량체의 중합 반응을 위하여， 연속식 용액 중합 공정， 벌크 중합 공정， 현탁 중합 공정， 슬러리 중합 공정 또는 유화 중합 공정 등 올레핀 단량체의 중합 반응으로 알려진 다양한 증합 공정을 채용할 수 있다.
구체적으로， 상기 증합 반응은 약 50 .내지 110°C 또는 약 60 내지 KXrC의 온도와 약 1 내지 100kgf/cm2의 압력 하에서 수행될 수 있다.
또한， 상기 중합 반응에서， 상기 촉매 조성물는 펜탄， 핵산， 헵탄， 노난， 데칸， 를루엔， 벤젠， 디클로로메탄， 클로로벤젠 등과 같은 용매에 용해 또는 희석된 상태로 이용될 수 있다. 이때， 상기 용매를 소량의 알킬알루미늄 등으로 처리함으로써， 촉매에 악영향을 줄 수 있는 소량의 물 또는 공기 등을 미리 제거할 수 있다.
상기와 같은 방법으로 제조되는 올레핀 중합체는 전술한 촉매 조성물을 이용하여 제조됨에 따라 낮은 용융 온도를 가져 성형 혹은 가공 시에 우수한 에너지 절감 효과를 나타낼 수 있다. 발명의 구체적인 실시예를 통해 발명의 작용， 효과를 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 다만， 이는 발명의 예시로서 제시된 것으로 이에 의해 발명의 권리범위가 어떠한 의미로든 한정되는 것은 아니다. 제조예 1 : 전이 금속 화합물 및 담지 촉매의 제조
Figure imgf000015_0001
NaH l . lg과 디에틸 메틸말로네이트 9. 1mL를 THF(tetrahydrofuran) 55mL에 첨가한 후， 1 시간 동안 환류 (ref lux)하였다. 이후, 반응 흔합물을 상온으로 넁각시키고， 상기 반웅 흔합물에 2-브로모메틸나프탈렌 10g을 첨가하고 다시 3 시간 동안 환류하여 화합물 A를 제조하였다.
이어서， 상기 화합물 A를 포함하는 반웅 흔합물 13.6g에 에탄올 30mL와 KOH 9.7g을 29mL의 물에 녹여 첨가하고， 4 시간 동안 환류하여 화합물 B를 얻었다.
이후， 상기 화합물 B를 포함하는 반웅 흔합물에 HC1을 첨가한 후， 에틸 아세테이트를 이용하여 유기층을 추출하였다. 이후， 유기층을 건조한 후， 가스가 나오지 않을 때까지 가열 (약 175°C까지 가열)하여 화합물 C를 얻었다.
그리고， 상기 화합물 C를 디클로로메탄 24.5mL에 녹이고， 싸이오닐 클로라이드 (thionyl chlor ide) 7.2mL를 첨가한 다음 30 분간 환류하여 화합물 D를 얻었다.
이후， 상기 화합물 D를 포함하는 반웅 흔합물을 건조하여 용매를 제거하였다. 그리고， 남은 용질을 디클로로메탄 10mL에 첨가한 후， 0°C로 냉각하였다. 이렇게 넁각된 반웅 흔합물에 알루미늄 클로라이드 5.2g을 디클로로메탄 40mL에 분산시켜 30 분간 천천히 투입하였다. 이어서， 얻어진 반응 흔합물을 30 분간 환류하고， HC1 수용액과 디클로로메탄을 이용하여 유기층을 추출함으로써 화합물 E를 얻었다.
이후， 상기 화합물 E 2. 1g을 THF 12mL와 메탄올 6mL에 녹여 반웅 흔합물을 준비하였다. 그리고， 0°C의 은도에서 809mg의 NaBH4 분말이 담긴 용기에 상기 반웅 흔합물을 1 시간 동안 천천히 주입하였다. 이어서， 상기 반응 흔합물을 상온에서 1 시간 동안 교반하고， 물을 이용해 유기층을 추출함으로써 화합물 F를 얻었다.
이후, 상기 화합물 F 2. 1g을 를루엔 13mL에 녹이고， 여기에 p- 를루엔설폰산 (para-toluenesul foni c acid) 102mg을 투입하고 환류하였다. TLC(thin layer chromatography)를 이용하여 반응 경과를 확인하고 반웅이 종료되면 NaC03 수용액과 디에틸 에테르를 이용하여 유기층을 추출함으로써 2-메틸 -1H-벤조인덴을 얻었다.
2 단계: (6-t—부톡시핵실)디클로로메틸실란의 제조
1L 플라스크에 Mg 95g을 넣고， 1.0M HC1로 3회 MeOH로 3회， 아세톤으로 3회 세척한 후， 25°C에서 3 시간 동안 감압 건조하였다. 건조한 Mg가 담긴 반응기에， THF 1.0L , 1 , 2-DBE ( 1 , 2-dibromoethane) 5.0mL를 순차적으로 투입하고， 이를 교반하였다. Dropping funnel에 t—부록시핵실 클로라이드 500g을 투입한 후， 이중 약 5% 가량을 상기 반응기에 5 분간 투입하였다. 이후， 반응기의 온도를 70°C로 올리고， 반웅 흔합물을 30 분간 교반하였다. 이어서， 나머지 함량의 t-부록시핵실 클로라이드를 약 3 시간에 걸쳐 상기 반응기에 서서히 투입하고， 반응 흔합물을 70°C의 온도에서 약 15 시간 동안 교반하였다. 이후， 상기 반응기의 온도를 25°C로 넁각시키고， 반응 흔합물을 여과하여 과량의 Mg를 제거하고， 여액을 3L 플라스크로 이송시켰다.
한편, 반웅기를 세척 및 감압 건조한 후， 상기 반웅기에 트리클로로메틸실란 583g과 THF 3.3L를 투입하고， 반응기의 은도를 -15°C로 냉각시켰다. 이후， 상기 반웅기에 상기에서 제조한 여액을 2 시간 동안 - 5°C로 유지시키며 서서히 적가하였다. 반응기의 온도를 25°C로 올리고, 16 시간 동안 약 130rpm으로 교반하였다. 이후, 반응 흔합물을 25°C에서 감압 증류하고， 핵산 4.3L에 분산시킨 다음, 30분간 교반하였다. 이후， 반응 흔합물로부터 고체를 여과한 다음， 핵산 1.0L로 추가 세척 및 여과하고， 여액을 25°C에서 감압 증류하여 85%의 수율로 (6-t- 부톡시핵실)디클로로메틸실란을 얻었다.
¾ NMR (500 丽 z, CDC13, 7.24 ppm): 0.76 (3H, s), 1.11 (2H, t),
1.18 (9H, s), 1.32-1.55 (8H, m) , 3.33 (2H, t)
3 단계: 비스 (2-메틸 -1Hᅳ벤조인덴 -1-일) (6-(t- 부특시)핵실) (메틸)실란의 제조
2-메틸 -1H-벤조인덴 2g (11.1瞧 ol)을 를루엔 lOlmL와 THF lO.lmL의 흔합 용매에 녹였다. 이후, 상기 반응 흔합물을 -25°C로 넁각하고， 상기 반응 흔합물에 n-부틸리튬 용액 (2.5M solution in hexane) 4 7mL를 천천히 적가하였다. 이어서， 얻어지는 반응 흔합물을 상온에서 3 시간 동안 교반하였다. 그리고， CuCN 9.9mg을 소량의 를루엔에 녹여 슬러리 형태로 상기 반웅 흔합물에 첨가하고 30 분간 교반하였다. 이어서， 상기 반응 흔합물에 앞서 제조한 (6-t-부특시핵실)디클로로메틸실란 1.6g을 첨가하고， 얻어지는 반웅 흔합물을 상온에서 하루 동안 교반하였다. 이후， 얻어진 반웅 생성물로부터 물과 메틸 t-부될 에테르를 이용하여 유기층을 추출하고， 건조하여 리간드를 얻었다.
4 단계: 비스 (2-메틸 -1H-벤조인덴 -1-일) (6ᅳ (t- 부특시)핵실) (메틸)실란 지르코늄 디클로라이드의 제조
앞서 제조한 비스 (2-메틸 -1H—벤조인덴 -1-일) (6-(t- 부록시)핵실) (메틸)실란 3.1g (5.55醒01)을 디에틸 에테르 55.5mL에 녹인 후， -25°C에서 상기 용액에 n-부틸리튬 용액 (2.5M solution in hexane) 4.7mL를 천천히 적가하였다. 이후， 얻어지는 반웅 흔합물을 상온에서 약 3 시간 동안 교반한 후 다시 _25°C로 냉각하였다. 그리고， 비스 (테트라하이드로퓨란) 지르코늄 테트라클로라이드 [ZrCl4(C4H50)2] 2.09g이 담긴 반응 용기에 상기 반응 흔합물을 첨가하고 상온에서 하루 동안 교반하였다. 이후， 반웅 흔합물을 건조하여 용매를 제거한 후 디클로로메탄을 주입하였다. 그리고， 얻어진 흔합 용액을 여과하여 여액을 건조하였다. 그리고， 건조하여 얻은 고체를 를루엔을 이용해 -3( C에서 재결정하여 전이 금속 화합물을 17%의 수율로 얻었다.
¾ NMR (500 MHz, CDC13, 7.26 ppm): 1.19 (9H, s), 1.49-1.52 (2H, m), 1.59-1.62 (2H, m), 1.66-1.67 (2H, m) , 1.84-1.86 (4H, m) , 2.35 (6H, s), 3.37 (2H, t), 7.26 (2H, s), 7.36 (2H, dd) , 7.48 (2H, t), 7.51 (2H, t), 7.55 (2H, dd), 7.76 (2H, d)， 7.94 (2H, d).
5 단계 : 담지 촉매의 제조
실리카 3g이 담긴 쉬링크 플라스크에 메틸알루미녹산 (MA0) 30瞧 ol을 넣어 90°C에서 24 시간 동안 반웅시켰다. 반응 종료 후， 반응 생성물이 가라 앉으면， 상층부 용액은 제거하고 남은 침전물을 를루엔으로 1 회 세척하였다. 그리고， 상기 플라스크에 상기에서 제조한 전이 금속 화합물 180um 을 를루엔에 용해시켜 주입하고， 70°C에서 5 시간 동안 반응시켰다. 반응 종료 후， 반웅 생성물이 가라 앉으면， 상층부 용액은 제거하고 남은 침전물을 를루엔으로 1회 세척하였다. 이후， 상기 플라스크에 디메틸아닐리니움 테트라키스 (펜타플루오로페닐)보레이트 144um 을 넣고, 70°C에서 5 시간 동안 반응시켰다. 반웅 종료 후， 를루엔으로 세척하고， 핵산으로 재차 세척한 후 진공 건조하여 고체 입자 형태의 실리카 담지 메탈로센 촉매를 얻었다. 제조예 2: 전이 금속 화합물 및 담지 촉매의 제조
상기 제조예 1의 3 단계에서 제조한 비스 (2-메틸 -1H-벤조인덴 -1- 일) (6-(t—부록시)핵실) (메틸)실란 3.1g (5.55隱01)을 디에틸 에테르 55.5mL에 녹인 후， -25°C에서 상기 용액에 n-부틸리튬 용액 (2.5M solution in hexane) 4.7mL를 천천히 적가하였다. 이후， 얻어지는 반웅 흔합물을 상온에서 약 3 시간 동안 교반한 후 다시 -25°C로 냉각하였다. 그리고， 하프늄 테트라클로라이드 (HfCl4) 1.78g이 담긴 반웅 용기에 상기 반웅 흔합물을 첨가하고 상온에서 하루 동안 교반하였다. 이후, 반웅 흔합물을 건조하여 용매를 제거한 후 디클로로메탄을 주입하였다. 그리고， 얻어진 흔합 용액을 여과하여 여액을 건조하였다. 그리고， 건조하여 얻은 고체를 를루엔을 이용해 -30°C에서 재결정하여 전이 금속 화합물을 1 의 수율로 얻었다.
¾ 匿 (500 MHz, CDCI3, 7.26 ppm): 1.20 (9H, s), 1.50-1.54 (2H, m), 1.59-1.63 (2H, m), 1.67-1.69 (2H, m), 1.81-1.87 (4H, m) , 2.45 (6H, d), 3.38 (2H, t), 7.19 (2H, s), 7.33 (2H, dd)， 7.48 (2H, t), 7.53 (2H, t), 7.60 (2H, dd), 7.77 (2H, d) , 7.92 (2H, d). 상기에서 제조한 전이 금속 화합물을 이용하여 제조예 1의 5 단계와 동일한 방법으로 담지 촉매를 제조하였다. 실시예 1: 올레핀 단량체의 중합
먼저， 2L 스테인레스 반웅기를 65°C에서 진공 건조한 후 넁각하고， 실온에서 트리에틸알루미늄 3mL를 넣고， 770g의 프로필렌을 투입하였다. 이를 10분 동안 교반한 후， 제조예 1에서 제조한 담지 촉매 45mg을 20mL의 핵산에 분산시켜 슬러리 형태로 제조하고 질소 압력을 이용해 반응기에 투입하였다. 이때， 상기 촉매와 함께 약 331ppm의 수소 기체를 투입하였다. 이후 반응기 온도를 70°C까지 서서히 승은한 후 1 시간 동안 중합하였다. 반웅 종료 후 미반응된 프로필렌은 벤트하였다. 실시예 2: 올레핀 단량체의 중합
먼저， 2L 스테인레스 반응기를 65°C에서 진공 건조한 후 넁각하고， 실온에서 트리에틸알루미늄 3mL를 넣고, 770g의 프로필렌을 투입하였다. 이를 10분 동안 교반한 후， 제조예 2에서 제조한 담지 촉매 45mg을 20mL의 핵산에 분산시켜 슬러리 형태로 제조하고 질소 압력을 이용해 반응기에 투입하였다. 이때， 상기 촉매와 함께 약 331ppm의 수소 기체를 투입하였다. 이후 반웅기 온도를 70°C까지 서서히 승온한 후 1 시간 동안 중합하였다. 반응 종료 후 미반웅된 프로필렌은 벤트하였다. 실시예 3: 을레핀 단량체의 중합 먼저， 2L 스테인레스 반웅기를 65°C에서 진공 건조한 후 넁각하고， 실온에서 트리에틸알루미늄 3mL를 넣고， 770g의 프로필렌과 12 , 000cc의 에틸렌을 투입하였다. 이를 10분 동안 교반한 후， 제조예 1에서 제조한 담지 촉매 30mg을 20mL의 핵산에 분산시켜 슬러리 형태로 제조하고 질소 압력을 이용해 반응기에 투입하였다. 이때， 상기 촉매와 함께 약 331ppm의 수소 기체를 투입하였다. 이후 반응기 온도를 7(rc까지 서서히 승온한 후 1 시간 동안 중합하였다. 반응 종료 후 미반웅된 프로필렌과 에틸렌은 벤트하였다. 실시예 4 : 올레핀 단량체의 중합
먼저， 2L 스테인레스 반응기를 65°C에서 진공 건조한 후 냉각하고， 실온에서 트리에틸알루미늄 3mL를 넣고， 770g의 프로필렌과 12 , 000cc의 에틸렌을 투입하였다. 이를 10분 동안 교반한 후， 제조예 2에서 제조한 담지 촉매 30mg을 20mL의 핵산에 분산시켜 슬러리 형태로 제조하고 질소 압력을 이용해 반응기에 투입하였다. 이때， 상기 촉매와 함께 약 331ppm의 수소 기체를 투입하였다. 이후 반응기 온도를 70°C까지 서서히 승온한 후 1 시간 동안 중합하였다. 반웅 종료 후 미반웅된 프로필렌과 에틸렌은 벤트하였다. 비교예 1: 을레핀 단량체의 중합
하기 화학식 P1로 표시되는 전이 금속 화합물을 이용하여 상기 제조예 1의 5 단계와 동일한 방법을 통해 담지 촉매를 제조하였다.
[화학식 P1]
Figure imgf000021_0001
그리고， 상기 화학식 P1의 전이 금속 화합물을 포함하는 담지 촉매를 이용해 올레핀 단량체를 중합하였다. 촉매의 종류에 따라 올레핀 단량체의 중합을 위한 최적의 조건이 상이하여 상기 화학식 P1의 전이 금속 화합물을 포함하는 담지 촉매에 최적화된 조건에서 올레핀 단량체를 중합하였다.
구체적으로， 2L 스테인레스 반응기를 65°C에서 진공 건조한 후 냉각하고, 실온에서 트리에틸알루미늄 3mL를 넣고， 1.5L의 프로필렌을 투입하였다. 이를 10분 동안 교반한 후， 상기 화학식 P1의 전이 금속 화합물을 포함하는 담지 촉매를 질소 압력으로 반응기에 투입하였다. 이때， 상기 촉매와 함께 약 370ppm의 수소 기체를 투입하였다. 이후 반웅기 온도를 70°C까지 서서히 승온한 후 1 시간 동안 중합하였다. 반웅 종료 후 미반응된 프로필렌은 벤트하였다. 비교예 2 : 올레핀 단량체의 중합
하기 화학식 P2로 표시되는 전이 금속 화합물을 이용하여 올레핀 단량체를 중합하였다. 하기 화학식 P2의 전이 금속 화합물의 경우에는 담지 안정성이 낮아 하기와 같이 과량의 조촉매에 의해 활성화시켜 사용하였다.
[화학식 P2]
Figure imgf000022_0001
구체적으로， 16L의 반웅기를 질소로 씻어내고， 10L의 액체 프로필렌으로 채웠다. 40睡 ol의 메틸알루미녹산 (MA0)을 를루엔에 용해시켜 상기 반웅기에 투입하고， 30°C에서 15분간 교반하였다. 한편， 20瞧 의 메틸알루미녹산 (MA0) 및 상기 화학식 P2의 전이 금속 화합물 5.2mg (9umol )을 를루엔에 투입하고， 이 용액을 15분간 방치하였다. 그리고, 상기 용액을 상기 반웅기에 투입하였다. 이후， 반응기 온도를 70°C까지 서서히 승온한 후 1 시간 동안 프로필렌을 중합하였다. 시험예: 올리핀 중합체의 물성 평가
상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 2에서 제조한 올레핀 중합체의 물성을 다음과 같이 평가하여 하기 표 1에 나타내었다.
( 1) 용융 유동률 (MFR : mel t f low rate)의 측정: ISO 1133에 따라 MFR을 측정하고자 하는 올레핀 중합체를 이용하여 230°C의 온도 및
2. 16kg의 하중 하에서 측정하였다.
(2) 융점 (Tm : mel t ing temperature) 측정: 시차주사열량계 (DSC , TA instruments사 제조)를 사용하여， Tm을 측정하고자 하는 올레핀 중합체를 알루미늄 팬에 채우고， 10°C /분으로 200°C까지 승온시켜 200°C에서 5분간 유지한 후, -KTC /분으로 30°C까지 강온하고， 이어서 10°C /분으로 200°C까지 승온시켰을 때 얻어지는 두번째 흡열 곡선 정점의 온도를 융점 (Tm)으로 하였다. 【표 1]
Figure imgf000023_0001

Claims

【특허청구범위】
【청구항 1】
하기 화학식 1로 표시되는 전이 금속 화합물:
Figure imgf000024_0001
상기 화학식 1에서,
M1은 3족 전이 금속, 4족 전이 금속， 5족 전이 금속， 란타나이드 계열의 전이 금속 및 악타나이드 계열의 전이 금속 중 어느 하나이고，
X1 및 X2는 서로 동일하거나 상이하며 각각 독립적으로 할로겐 및 탄소수 1 내지 20의 알킬 중 어느 하나이고，
A는 14족의 원소 중 어느 하나이며， n은 1 내지 20사이의 정수이고，
R1은 탄소수 1 내지 20의 알킬 탄소수 2 내지 20의 알케닐， 탄소수 7 내지 30의 알킬아릴， 탄소수 7 내지 30의 아릴알킬 및 탄소수 6 내지 30의 아릴 중 어느 하나이며，
R2는 수소， 탄소수 1 내지 20의 알킬， 탄소수 2 내지 20의 알케닐, 탄소수 7 내지 30의 알킬아릴， 탄소수 7 내지 30의 아릴알킬 및 탄소수 6 내지 30의 아릴 중 어느 하나이고，
R3 및 R4는 각각 독립적으로 수소 및 탄소수 1 내지 20의 알킬 중 어느 하나이다.
【청구항 2】
제 1 항에 있어서， R3 및 R4는 각각 독립적으로 수소 및 탄소수 1 내지 5의 직쇄 알킬 중 어느 하나인 전이 금속 화합물. 【청구항 3]
제 1 항에 있어서， R1은 탄소수 3 내지 6의 분지쇄 알킬 중 어느 하나이고， n은 4 내지 8인 전이 금속 화합물.
【청구항 4】
제 1 항에 있어서， R2는 탄소수 1 내지 6의 직쇄 알킬 중 어느 하나인 전이 금속 화합물.
【청구항 5】
제 1 항에 있어서， M1은 4족 전이 금속 중 어느 하나인 전이 금속 화합물. 【청구항 6】
제 1 항의 화학식 1로 표시되는 전이 금속 화합물을 포함하는 촉매 조성물. 【청구항 7】
제 6 항에 있어서， 하기 화학식 2 내지 4로 표시되는 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 조촉매를 포함하는 촉매 조성물:
[화학식 2]
R6-[Al (R5)-0]m-R7
상기 화학식 2에서，
R5 , R6 및 R7은 각각 독립적으로 수소， 할로겐， 탄소수 1 내지 20 의 하이드로카빌기 및 할로겐으로 치환된 탄소수 1 내지 20 의 하이드로카빌기 중 어느 하나이고，
m은 2 이상의 정수이며，
[화학식 3]
D(R8)3 상기 화학식 3에서，
D는 알루미늄 또는 보론이고，
R8은 각각 독립적으로 할로겐， 탄소수 1 내지 20 의 하이드로카빌기， 탄소수 1 내지 20 의 하이드로카빌옥시기 및 할로겐으로 치환된 탄소수 1 내지 20의 하이드로카빌기 중 어느 하나이며 ,
[화학식 4]
[L-H] + [W(J )4]_ 또는 [L] + [W(J )4]—
상기 화학식 4에서，
L은 중성 또는 양이온성 루이스 염기이고，
W는 13족 원소이며, J는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 20의 하이드로카빌기; 탄소수 1 내지 20의 하이드로카빌옥시기; 및 이들 치환기의 1 이상의 수소 원자가 할로겐， 탄소수 1 내지 20의 하이드로카빌옥시기 및 탄소수 1 내지 20와 하이드로카빌 (옥시 )실릴기 중 1 이상의 치환기로 치환된 치환기들 중 어느 하나이다.
【청구항 8】
제 6 항에 있어서， 상기 전이 금속 화합물을 담지하는 담체를 추가로 포함하는 촉매 조성물.
【청구항 9]
제 8 항에 있어서， 상기 담체는 실리카， 알루미나， 마그네시아 또는 이들의 흔합물인 촉매 조성물.
【청구항 10]
제 7 항에 있어서, 상기 전이 금속 화합물을 담지하는 담체를 추가로 포함하고， 상기 전이 금속 화합물 및 조촉매를 10 : 1 내지 1 : 1의 몰비로 포함하는 촉매 조성물.
【청구항 11】
제 6 항에 있어서， 프로필렌 중합 반웅에 사용되는 촉매 조성물.
【청구항 12]
제 6 항의 촉매 조성물 존재 하에， 을레핀 단량체를 중합 반웅시키는 단계를 포함하는 올레핀 중합체의 쎄조 방법.
【청구항 13】
제 12 항에 있어서, 상기 올레핀 단량체는 프로필렌인 올레핀 중합체의 제조 방법 .
【청구항 14】
제 13 항에 있어서， 용융 온도가 130 °C 내지 146 °C인 폴리프로필렌을 제공하는 올레핀 중합체의 제조 방법 .
PCT/KR2016/006910 2015-08-24 2016-06-28 전이 금속 화합물, 이를 포함하는 촉매 조성물 및 이를 이용한 올레핀 중합체의 제조 방법 WO2017034142A1 (ko)

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