KR20010086410A - 감소된 양의 용매를 이용한 지지된 중합 촉매의 제조 방법및 중합방법 - Google Patents

감소된 양의 용매를 이용한 지지된 중합 촉매의 제조 방법및 중합방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 올레핀 중합 촉매의 제조 방법을 제공하며, 이때 소성되고 부동태화된 실리카 지지체 (지지된 전구체) 가 금속 착물 또는 조촉매의 제 1 용액과 순차적으로 접촉되고, 그후에 다른 금속 착물 또는 조촉매의 제 2 용액과 순차적으로 접촉되고, 이때 제 2 용액은 지지체 전구체의 공극 부피의 100 퍼센트를 초과하지 않는 양으로 제공된다. 임의로, 제 1 및/또는 제 2 용액의 혼화성 용매가 제거된다. 본 발명은 추가적으로 본 발명의 방법에 의해 제조된 올레핀 중합 촉매의 존재하에 1 종이상의 α-올레핀을 중합하는 방법을 제공한다.

Description

감소된 양의 용매를 이용한 지지된 중합 촉매의 제조 방법 및 중합 방법{PROCESS FOR PREPARING A SUPPORTED POLYMERIZATION CATALYST USING REDUCED AMOUNTS OF SOLVENT AND POLYMERIZATION PROCESS}
본 발명은 단일 부위 메탈로센 또는 경직된 기하 촉매 및 조촉매의 지지 방법 ; 그 결과로부터 지지된 촉매계 ; 및 본 발명의 지지 촉매계를 활용한 1 종 이상의 α-올레핀 중합 방법에 관한 것이다.
유동화 기체상 공정에 사용된 올레핀 중합 촉매는 통상적으로 중합 분말에 필요한 입자 형태를 부여하기 위해 담체상에 지지된다. 높은 활성 단일 부위 경직된 기하 또는 메탈로센 촉매의 지지 및 분말을 제조하는 바람직한 방법은 가열 및 진공하에서 지지체 및 촉매/조촉매 성분의 용매 혼합물을 제조하고 용매를 제거하는 것을 수반한다. 하지만, 이러한 방법은 중합체 생성물 형태학적 (morphology) 관계와 마찬가지로, 제조/안정성 관계를 어렵게 한다.
제조/안정성 관계의 관점에서, 일단 촉매 및 조촉매 성분이 승온된 활성화 온도에서 혼합되면, 이들은 용액으로서 또는 처리된 실리카상에 침적물로서, 무한정의 기간동안 통상적으로 안정하지 않다. 이어지는 촉매 작업 (work up) 은 종종 하나이상의 용매 세척, 용매 기울여 따르기, 및/또는 여과한 후, 통상적으로 가열 및 진공을 적용함으로써 용매를 제거할 필요가 있다. 하지만, 승온에의 노출, 장기간 동안, 및/또는 불완전한 용매 제거는 종종 제조시 또는 저장하는 동안, 촉매 활성에 해로운 영향을 끼친다. 또한, 유동성 슬러리가 되기 위해 요구되는 용매의 체적은 통상적으로 4 L/Kg 이상의 촉매 분말이다. 제조시 요구되는 용매의 양을 최소화하는 촉매 제형 기술이 유리하다.
생성물 형태학적 관계의 관점에서, 단일 부위 촉매는 반응기에 도입하기에 앞서 적합한 조촉매에 의해 활성화되고, 촉매는 반응기에 주입될 때 피크 활성에 있다. 그 결과, 순간적이고 강렬한 활성, 촉매 입자의 균열로 인한 미립자, 및/또는 높은 발열로 인해 응집물이 될 수 있다. 또한, 촉매 주입 계의 얼룩이 발생할 수 있다.
통상의 지글러-나타 촉매는 촉매가 반응기에 주입될 때까지 피크 활성에 도달하지 않는 다는 데 주목한다. 이는 통상의 지글러-나타 중합 방법의 경우에, Et3Al 를 반응기에 첨가함으로써 금속 활성화가 초래된다는 사실에 일부 기여할 수 있다. 참조 예컨대 문헌 [Boor, John Jr.,Ziegler-Natta Catalyst and Polymerizations, 1979, Academic Press, NY, Chapter 18 : Kinetics].
기상 중합 방법중 단일 부위 경직된 기하 또는 메탈로센 촉매에 의한 하나이상의 α-올레핀의 중합을 조절하기 위해, 담체상의 금속 부위의 반응기내 활성화가 유리하다. 하지만, 이것은 어렵다. 통상적인 단일 부위 경직된 기하 및 메탈로센 촉매 성분, 및 메틸 알루목산 및 플루오르화 아릴 보란 및 붕산염과 같은 촉매 성분용 활성화제는 낮은 증기압을 가져서 이중 주입을 어렵게 한다.
미국 특허 제 5,332,706 호는 알루목산 용액을 슬러리를 생성하기에는 불충분한 양으로 지지체에 공급하여, 다공성 지지체에 알루목산 용액을 적용하는 것을 포함하는, 지지된 촉매를 제조하는 방법을 개시한다. 상기 출원은 지지체와 접촉하기에 앞서 알루목산 용액에 메탈로센을 첨가하려는 것이다.
미국 특허 제 5,625,015 호는 지지체상에 촉매 및 조촉매의 용액을 분무하는 것을 포함하는, 지지된 촉매의 제조 방법을 개시하며, 이때 용액은 지지체의 공극 부피를 초과하는 양으로 제공된다.
미국 특허 제 5,721,184 호는 콘형 건조기내에 침적된 지지체상에 촉매 및 조촉매의 용액을 분무하는 것을 포함하는, 지지된 촉매의 제조 방법을 개시한다. 상기 출원은 촉매 용액의 부피가 지지체의 공극 부피 미만인 구현예를 의도한다.
PCT 출원 제 WO 97/02297 호는 촉매계의 공극이 지지된 촉매계의 총 공극 부피이하의 액체 부피를 포함하는 지지된 메탈로센 촉매계의 경우하에 기상 올레핀 단량체의 예비중합을 포함하는, 지지된 예비 중합화 메탈로센 촉매 계의 생성 방법을 개시한다.
PCT 출원 제 WO 97/29134 호는 지지된 메탈로센/알루목산 촉매계를 제조하는 방법을 개시한다. 한 구현예는 메탈로센 및 알루목산을 개별적으로 지지체에 첨가하는 것이며, 이때 용액은 지지체 총 부피의 2 내지 3 배의 범위의 총 부피를 가진다.
미국 특허 제 5,422,325 호는 용매에 지지체를 슬러리화하고, 슬러리에 메탈로센 촉매의 용액 및 알루목산 조촉매의 용액에 순차적으로 첨가하는 것을 포함하는 지지된 촉매계의 제조 방법을 개시한다. 개시된 방법은 두 용액이 모두 첨가된 후 건조 단계를 사용한다.
당업계는 지지된 촉매 제형에서 강건하고, 확장된 저장 수명을 나타내는 지연 활성을 가지고, α-올레핀을 중합하여 작은 미세물 (<125 ㎛), 작은 응집물 (>1500 ㎛), 및 허용가능한 벌크 밀도 (>0.3 g/mL) 를 갖는 중합체를 생성하는 데 유용한 큰 장점이 있다는 것을 알았다.
따라서, 본 발명은 어떤 용매 제거 단계 동안 과다한 열에 노출될 필요가 없고, 지지 촉매계의 제조 및 그를 도입하는 중합 반응기사이의 지연에도 불구하고 강건한 활성을 나타내는 지지 올레핀 중합 촉매의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 추가로 실온에서 촉매 활성의 감속을 나타내는 지지된 촉매계를 제조하는 방법을 제공한다.
특히, 본 발명은 하기를 포함하는 올레핀 중합 촉매를 제조하는 방법을 제공한다 :
A : 30 내지 1000 ℃ 의 온도에서 실리카를 소성하여 소성된 실리카를 생성하고,
B : 하기 i 내지 iii 으로 이루어진 군으로부터 선택된 처리제와 소성된 실리카를 반응시켜 특정 공극 부피를 갖는 지지체 전구체를 생성하고,
i. 루이스산 알킬화제,
ii. 실란 또는 클로로실란 작용화제, 및
iii. 알루목산 또는 식 AlR1 x'R2 y'(식중, 독립적으로 R1각 경우가 수소화물또는 R 이고, R2는 수소화물, R 또는 OR 이고, x' 은 2 또는 3 이고, y' 은 0 또는 1 이고 x' 및 y' 의 합은 3 이다) 의 알루미늄 화합물로부터 선택된 알루미늄 성분,
C : 하기중 하나의 혼화성 용매중 제 1 용매에 지지체 전구체를 적용하고 임의로 혼화성 용매를 제거하여 지지된 전촉매를 생성하고 :
(1) 원소 주기율 표의 3-10 족 금속의 착물 또는
(2) α-올레핀의 중합용 (C) (i) 의 착물을 활성화할 수 있는 비중합성, 비올리고머성 착물로 이루어진 군으로부터 선택된 조촉매,
D. 지지된 전촉매를 (C) 의 촉매 또는 조촉매이외의 것들과 혼화성인 용매에 제 2 용액에 첨가하여 지지된 촉매를 생성하고, 이때 제 2 용액은 지지체 전구체의 공극 부피의 100 퍼센트를 초과하지 않도록 하는 양으로 제공되고 ; 및
E. 임의로 지지된 촉매로부터 혼화성 용매를 제거하여 회수된 지지된 촉매계를 생성한다.
본 발명은 추가로 하기를 포함하는 하나이상의 α-올레핀 중합 방법을 제공한다 :
A. 하기에 의해 지지된 촉매를 제조하고 :
i. 30 ℃ 내지 1000 ℃ 의 온도에서 실리카를 소성하여 소성된 실리카를 생성하고,
ii. 하기로 구성된 군으로부터 선택된 처리제와 소성된 실리카를 반응시켜특정 공극 부피를 갖는 지지체 전구체를 생성하고 :
(a) 루이스산 알킬화제,
(b) 실란 또는 클로로실란 작용화제, 및
(c) 알루목산 또는 식 AlR1 x'R2 y'(식중, 독립적으로 R1각 경우가 수소화물 또는 R 이고, R2는 수소화물, R 또는 OR 이고, x' 은 2 또는 3 이고, y' 은 0 또는 1 이고 x' 및 y' 의 합은 3 이다) 의 알루미늄 화합물로부터 선택된 알루미늄 성분,
iii. 지지체 전구체를 하기중 하나의 혼화성 용매중 제 1 용액에 적용하고 및 임의로 혼화성 용매를 제거하여 지지된 전촉매를 생성하고 :
(a) 원소 주기율표의 3-10 족의 금속의 착물 또는
(b) α-올레핀 중합용 (C) (i) 의 착물을 활성화할 수 있는 비중합성, 비올리고머성 착물로 구성된 군으로부터 선택된 조촉매 ;
iv. 회수된 지지된 전촉매에 (C) 의 촉매 또는 조촉매 이외의 것들과 혼화성 용매중 제 2 용액을 첨가하여 지지된 촉매를 생성하고, 이때 제 2 용액은 지지체 전구체의 공극 부피의 100 퍼센트를 초과하지 않도록 하는 양으로 제공되고 ; 및
v. 임의로 지지된 촉매로부터 혼화성 용매를 제거하여 회수된 지지된 촉매 계를 생성하고 ;
B. 기상 중합 반응기를 중합될 하나이상의 α-올레핀 단량체와 함께 가압하고 ;
C. 회수된 지지된 촉매계를 기상 중합 반응기에 도입하고 ;
D. 회수된 지지된 촉매계를 활성화하고 ; 및
E. 반응기로부터 중합된 생성물을 회수한다.
상기 및 다른 구현예는 하기 상세한 설명에서 훨씬 더 충분하게 설명된다.
본 발명의 지지된 촉매계는 금속 착물, 조촉매 및 지지체를 포함할 것이다.
금속 착물에 대해
본 발명의 입자에 사용하기 위해 적합한 금속 착물은 중합성 화합물, 특히 올레핀 부가물을 중합하기 위해 활성화될 수 있는 원소 주기율표의 3-10 족의 어떠한 금속 착물도 포함한다.
적합한 금속 착물은 란탄족을 포함한 임의의 전이 금속의 유도체도 무방하지만, 바람직하게는 이전에 언급된 요구를 충족시키는 +2, +3, 또는 +4 정규 산화 상태인 3, 4 족 또는 란탄족 금속이다. 바람직한 화합물은 1 내지 3 π-결합된 음이온성 리간드기를 함유하는 금속 착물 (메탈로센) 을 포함하고, 이는 시클릭 또는 비시클릭 탈집중된 π-결합된 음이온성 리간드기일 수 있다. 상기 π-결합된 음이온성 리간드기의 예는 공액 또는 비공액, 시클릭 또는 비시클릭 디에닐 기, 알릴기 및 아렌기이다. 용어 "π-결합" 은 π-결합에 경우하는 리간드기가 탈집중된 전자에 의해 전이 금속에 결합되는 것을 의미한다.
비편재화된 π-결합중 각 원자는 할로겐, 히드로카르빌, 할로히드로카르빌 및 히드로카르빌-치환된 기 14 또는 15 라디칼로 구성된 군으로부터 선택된 라디칼로써 치환될 수 있다. 용어 "히드로카르빌" 에서는 C1-20직쇄, 측쇄 및 시클릭알킬 라디칼, C6-20방향족 라디칼, C7-20알킬-치환된 방향족 라디칼 및 C7-20아릴-치환된 알킬 라디칼을 포함한다. 또한 두개 이상의 상기 라디칼은 함께 접합 고리계 또는 수소화 접합 고리계를 형성할 수 있다. 적합한 히드로카르빌-치환된 14 또는 15 족 라디칼은 모노-, 디- 및 트리히드로카르빌-치환된 14 또는 15 족 원소를 포함하며, 이때 각 히드로카르빌기는 탄소수 1 내지 20 을 함유하거나 또는 두개의 상기기는 함께 그의 2 가 유도체를 형성한다. 적합한 히드로카르빌-치환된 14 또는 15 족 라디칼의 예는 트리메틸실릴, 트리에틸실릴, 에틸디메틸실릴, 메틸디에틸실릴, 트리페닐게르밀, 트리메틸게르밀, 디메틸아미노, 디메틸포스피노, 및 1-피롤리디닐 기를 포함한다.
적합한 음이온성, 비편재화된 π-결합된 기의 예는 C1-10히드로카르빌-치환된 그의 유도체와 마찬가지로, 시클로펜타디에닐, 인데닐, 플루오레닐, 테트라히드로인데닐, 테트라히드로풀로오레닐, 옥타히드로플루오레닐, 펜타디에닐, 시클로헥사디에닐, 디히드로안트라세닐, 헥사히드로안트라세닐, 및 데카히드로안트라세닐기를 포함한다. 바람직한 음이온성 비편재화된 π-결합된 기는 시클로펜타디에닐, 펜타메틸시클로펜타디에닐, 테트라메틸시클로펜타디에닐, 인데닐, 2,3-디메틸리데닐, 플루오레닐, 2-메틸리데닐 및 2-메틸-4-페닐리데닐이다.
더욱 바람직하게는 하기 화학식에 해당하는 금속 착물이다 :
LlMXmX'nX"p또는 그의 이량체
(식중, L 은 50 이하의 비수소 원자를 함유하는 음이온성, 비편재화된, M 에결합된 π-결합된 기이고, 임의로 두개의 L 기는 하나이상의 치환체를 통해 서로 결합되어 그로인해 브리지 구조를 형성할 수 있고, 추가로 임의로 하나의 L 은 하나이상의 L 의 치환체를 통해 X 에 결합될 수 있고 ;
M 은 +2, +3, 또는 +4 정규 산화 상태중 원소 주기율표의 4 족 금속이고 ;
X 는 L 과 함께 M 을 가진 메탈로사이클을 형성하는 50 이하의 비수소 원자의 임의의 2 가 치환체이고 ;
X' 는 20 이하의 비수소 원자의 임의의 중성 루이스 염기이고 ;
X" 각 경우는 40 이하의 일가, 음이온성 부분이고, 임의로, 두개의 X' 기는 M양쪽의 원자가 모두 M 에 결합된 2 가 2 이온성 부분을 함께 공유 결합으로 형성할 수 있거나, 또는 M (이때, M 은 +2 산화 상태에 있다) 에 π-결합된 중성이고, 공액결합되거나 또는 비공액결합된 디엔을 형성할 수 있거나, 추가로 임의로 하나이상의 X" 및 하나이상의 X' 기는 서로 함께 결합하여 그로인해 M 에 공유결합되고 거기에 루이스 염기 관능성에 의해 배위결합될 수 있고 ;
l 은 1 또는 2 이고 ;
m 은 0 또는 1 이고 ;
n 은 0 내지 3 의 수이고 ;
p 는 0 내지 3 의 정수이고 ; 및
합, l+m+p 는 M 의 정규 산화 상태와 같다).
상기 바람직한 착물은 하나 또는 두개의 L 기를 함유하는 것들을 포함한다. 후자의 착물은 두개의 L 기를 연결하는 다리기를 함유하는 것들을 포함한다.바람직한 다리기는 식 (ER* 2)x(식중, E 는 규소 또는 탄소이고, 독립적으로 R*각 경우는 수소 또는 실릴, 히드로카르빌, 히드로카르빌옥시 및 그의 배합물로부터 선택된 기이고, 상기 R*는 탄소수 30 이하의 탄소 또는 규소 원자이고, x 는 1 내지 8 이다) 에 해당하는 것들이다. 바람직하게는 독립적으로 R*각 경우는 메틸, 벤질, t-부틸 또는 페닐이다.
착물을 함유하는 앞의 비스(L) 의 예는 하기 화학식에 해당하는 화합물이다 :
(식중, M 은 +2 또는 +4 의 정규 산화 상태에서, 티타늄, 지르코늄 또는 하프늄이고, 바람직하게는 지르코늄 또는 하프늄이고 ;
독립적으로 R3각 경우는 수소, 히드로카르빌, 실릴, 게르밀, 시아노, 할로 및 그의 배합물로부터 선택된 것이고, 20 이하의 비수소 원자를 갖는 상기 R3또는 근접한 R3는 함께 2 가 유도체 (즉, 히드로카르바디일, 실라디일 또는 게르마디일기) 를 형성하여 그로인해 접합 고리계를 형성하고, 및
독립적으로 X" 각 경우는 40 이하의 비수소 원자의 음이온성 리간드기이거나 또는 두개의 X" 기는 함께 40 이하의 비수소 원자의 2 가 음이온성 리간드기를 형성하거나 또는 함께 M 을 가진 π-결합을 형성하는 4 내지 30 의 비수소 원자를 갖는 공액 디엔이고, 이때 M 은 정규 +2 산화 상태이고, 및
R*, E 및 x 는 상기 정의된 바와 같다).
전술한 금속 착물은 특히 입체 규칙성 분자 구조를 가진 중합체의 제조에 적합하다. 상기 용량중, 착물이 C2대칭을 가지거나 또는 키랄, 입체강성 구조를 가지는 것이 바람직하다. 제 1 형태의 예는 하나의 시클로펜타디에닐기 및 하나의 플루오레닐기와 같이, 다른 비편재화 π-결합계를 갖는 화합물이다. Ti(IV) 또는 Zr(IV) 기재 유사계는 문헌 [Ewen, et al.,J.AM.Chem.Soc.110, 6255-6256 (1980)] 에 신디오탁틱 올레핀 중합체의 제조에 대해 개시하고 있다. 키랄 구조의 예는 비스-인데닐 착물을 포함한다. Ti(IV) 또는 Zr(IV) 기재 유사한 계가 문헌 [Wild et al.,J. Organomet. Chem,232, 233-47, (1982)] 에 이소탁틱 올레핀 중합체의 제조에 대해 개시하고 있다.
두개의 π-결합기를 함유하는 다리 리간드의 예는 하기이다 :
(디메틸실릴-비스-시클로펜타디에닐), (디메틸실릴-비스-메틸시클로펜타디에닐), (디메틸실릴-비스-에틸시클로펜타디에닐), (디메틸실릴-비스-t-부틸시클로펜타디에닐), (디메틸실릴-비스-테트라메틸시클로펜타디에닐), (디메틸실릴-비스-인데닐), (디메틸실릴-비스-테트라히드로인데닐), (디메틸실릴-비스-플루오레닐), (디메틸실릴-비스-테트라히드로플루오레닐), (디메틸실릴-비스-2-메틸-4-페닐리데닐),(디메틸실릴-비스-2-메틸리데닐), (디메틸실릴-시클로펜타디에닐-플루오레닐), (1,1,2,2-테트라메틸-1,2-디실릴-비스-시클로펜타디에닐), (1,2-비스(시클로펜타디에닐)에탄, 및 (이소프로필리덴시클로펜타디에닐-플루오레닐).
바람직한 X" 기는 히드리드, 히드로카르빌, 실릴, 게르밀, 할로히드로카르빌, 할로실릴, 실릴히드로카르빌 및 아미노히드로카르빌기로부터 선택되거나 또는 두개의 X" 기는 함께 공액 디엔의 2 가 유도체를 형성하거나 또는 그밖에 함께 중성이고, π-결합된, 공액 디엔을 형성한다. 가장 바람직한 X" 기는 C1-20히드로카르빌기이다.
본 발명에서 활용된 금속 착물의 추가의 부류는 하기 화학식에 해당한다 :
LlMXmXn'X"p, 또는 그의 이량체
(식중, L 은 50 이하의 비수소원자를 갖는, 음이온성, 비편재화된, π-결합기이고 ;
M 은 +2, +3, 또는 +4 정규 산화 상태중 원소 주기율표의 4 족 금속이고 ;
X 는 L 과 함께 M 을 가진 메탈로사이클을 형성하는 50 이하의 비수소 원자의 임의의 2 가 치환체이고 ;
X' 는 20 이하의 비수소 원자의 임의의 중성 루이스 염기이고 ;
X" 는 각각 20 이하의 일가, 음이온성 부분이고, 임의로, 두개의 X" 기는 M에 양쪽의 원자가 모두 결합된 2 가 음이온성 부분 중성 C5-30공액결합된 디엔을 형성할 수 있고, 추가로 임의로 X" 및 X' 는 서로 함께 결합하여 그로인해 M 에 양쪽 모두 공유결합되고 거기에 루이스 염기 관능성에 의해 배위결합될 수 있고 ;
l 은 1 또는 2 이고 ;
m 은 1 이고 ;
n 은 0 내지 3 의 수이고 ;
p 는 1 내지 2 의 정수이고 ; 및
합, l+m+p 는 M 의 정규 산화 상태와 같다).
바람직한 2 가 X 치환체는 바람직하게는 비편재화된 π-결합된 기에 직접적으로 부착된 원소 주기율표의 14 족의 원소, 산소, 황 또는 붕소인 하나이상의 원소, 및 질소, 인, 산소 또는 황으로 구성된 군으로부터 선택되고, M 에 공유 결합된 다른 원자를 포함하는 30 이하의 비수소 원자를 포함하는 기를 포함한다.
본 발명에 사용된 상기 4 족 금속 배위 착물의 바람직한 분류는 하기 화학식에 해당한다 :
(식중, M 은 +2 또는 +4 정규 산화 상태에서, 티타늄 또는 지르코늄이고 ;
독립적으로 R3각 경우는 수소, 히드로카르빌, 실릴, 게르밀, 시아노, 할로및 그의 배합물로부터 선택된 것이고, 20 이하의 비수소 원자를 갖는 상기 R3또는 근접한 R3기는 함께 2 가 유도체 (즉, 히드로카르바디일, 실라디일 또는 게르마디일기) 를 형성하여 그로인해 접합 고리계를 형성하고,
각 X" 는 할로, 히드로카르빌, 히드로카르빌옥시 또는 실릴기이고, 상기 20 이하의 비수소 원자를 갖는 기, 또는 두개의 X" 기는 함께 C5-30공액디엔을 형성하고 ;
Y 는 -O-, -S-, -NR*-, -PR*- 이고 ; 및
Z 는 SiR* 2, CR* 2, SiR* 2SiR* 2, CR* 2CR* 2, CR*=CR*, CR* 2SiR* 2또는 GeR* 2(식중, R*는 상기 정의된 바이다) 이다).
본 발명의 촉매 제조시 유용한 금속 착물의 추가의 분류는 하기 화학식에 해당하는 10 족 디이민 유도체를 포함한다 :
(식중, M*은 Ni(II) 또는 Pd(II) 이고 ;
X' 은 할로, 히드로카르빌 또는 히드로카르빌옥시이고 ;
Ar*은 아릴기, 특히 2,6-디이소프로필페닐 또는 아릴린기이고 ;
CT-CT 는 1,2-에탄디일, 2,3-부탄디일이거나 또는 접합 고리계 (식중, 두개의 T 기는 함께 1,8-나프탄디일기이고 ; 및
A-는 전술한 전하 분리된 활성제의 음이온성 성분이다).
전술한 유사한 착물이 또한 문헌 [M. Brookhark, et al., inJ.Am.Chem.Soc.118, 267-268 (1996) andJ.Am.Chem.Soc.117, 6414-6415 (1995)] 에 개시되어 있고, 이는 비닐 클로라이드, 알킬 아크릴레이트 및 알킬 메타크릴레이트와 같은 극성 성분과 혼합물이거나 또는 단독으로, 특히 α-올레핀의 중합용으로 활성 중합 중합 촉매이기 때문이다.
추가의 착물은 3, 4 족 금속 또는 1 내지 3 π-결합된 음이온성 또는 중성 리간드기를 함유하는 란탄족 금속의 유도체를 포함하며, 이는 시클릭이거나 또는 비시클릭 비편재화 π-결합된 음이온성 리간드기일 수 있다. 상기 π-결합된 음이온성 리간드기의 예는 공액 또는 비공액, 시클릭 또는 비시클릭 디에닐기, 알릴기, 보레이트벤젠기, 및 아렌기이다. 용어 "π-결합된" 은 리간드기가 부분적으로 비편재화 π-결합으로부터 원소를 공유함으로써 전이 금속에 결합되는 것을 의미한다.
비편재화 π-결합된 기중 각 원자는 독립적으로 수소, 할로겐, 히드로카르빌, 할로히드로카르빌, 히드로카르빌옥시, 히드로카르빌술피드, 디히드로카르빌아미노, 및 히드로카르빌-치환된 메탈로이드 라디칼 (이때, 메탈로이드는 원소 주기율표의 14 족으로부터 선택된다), 및 추가로 15 또는 16 족 헤테로 원자를 함유하는 부분으로써 치환된 상기 히드로카르빌, 할로히드로카르빌, 히드로카르빌옥시,히드로카르빌술피드, 디히드로카르빌아미노 또는 히드로카르빌-치환된 메탈로이드 라디칼로 구성된 군으로부터 선택된 라디칼로써 치환될 수 있다. 용어 "히드로카르빌" 은 C1-20직쇄, 측쇄 및 시클릭 알킬 라디칼, C6-20방향족 라디칼, C7-20알킬-치환된 방향족 라디칼 및 C7-20아릴-치환된 알킬 라디칼이다. 두개이상의 상기 라디칼에 더하여 부분적으로 또는 완전히 수소화된 접합 고리계를 포함하는, 접합 고리계를 함께 형성하거나 또는 금속과 함께 메탈로사이클을 형성할 수 있다. 적합한 히드로카르빌-치환된 유기메탈로이드 라디칼은 14 족 원소의 모노-, 디- 및 트리-치환된 유기메탈로이드 라디칼 (이때 각 히드로카르빌기는 탄소수 1 내지 20 을 포함한다) 을 포함한다. 적합한 히드로카르빌-치환된 유기메탈로이드 라디칼의 예는 트리메틸실릴, 트리에틸실릴, 에틸디메틸실릴, 메틸디에틸실릴, 트리페닐겔밀, 및 트리메틸게르밀기를 포함한다. 일부분을 함유하는 15 또는 16 족 헤테로 원자의 예는 아민, 포스핀, 에테르 또는 티오에테르 일부분 또는 그의 2 가 유도체, 예를 들어, 또는 전이금속 또는 란탄족 금속 및 히드로카르빌기 또는 히드로카르빌-치환된 메탈로이드 함유기에 결합된 아미드, 포스피드, 에테르 또는 티오에테르를 포함한다.
적합한 음이온성, 비편재화된 π-결합된 기의 예는 시클로펜타디에닐, 인데닐, 플루오레닐, 테트라히드로인데닐, 테트라히드로플루오레닐, 옥타히드로플루오레닐, 펜타디에닐, 시클로헥사디에닐, 디히드로안트라세닐, 헥사히드로안트라세닐, 데카히드로안트라세닐기 및 보레이트벤젠기, 마찬가지로, 그의 C1-10히드로카르빌-치환된 유도체, C1-10히드로카르빌옥시-치환된 유도체, 디(C1-10히드로카르빌)아미노-치환된 유도체, 또는 트리(C1-10히드로카르빌)실릴-치환된 유도체를 포함한다. 바람직한 음이온성 비편재화된 π-결합된 기는 시클로펜타디에닐, 펜타메틸시클로펜타디에닐, 테트라메틸시클로펜타디에닐, 테트라메틸실릴시클로펜타디에닐, 인데닐, 2,3-디메틸리데닐, 플루오레닐, 2-메틸리데닐, 2-메틸-4-페닐리데닐, 테트라히드로플루오레닐, 옥타히드로플루오레닐, 및 테트라히드로인데닐이다.
보레이트벤젠은 벤젠의 동족체를 함유하는 붕소인 음이온성 리간드이다. 이들은 이미 문헌 [G. Herberich, et al., inOrganometallics, 1995, 14, 1, 471-480] 에 개시되어 선행기술에 공지되어 있다. 바람직한 보레이트벤젠은 하기 화학식에 해당한다 :
(식중, R" 은 히드로카르빌, 실릴 또는 게르밀로 구성된 군으로부터 선택되고, 상기 R" 은 20 이하의 비수소원자를 가진다). 상기 비편재화된 π-결합된 기의 2 가 유도체를 수반하는 착물에서 그의 한 원자는 공유 결합 또는 착물의 다른 원자에 공유적으로 결합된 2 가기에 의해 결합되어 그로인해 다리계를 형성한다.
본 발명에 실제로 사용될 수 있는 4 족 금속 착물의 예는 하기를 포함한다 :
시클로펜타디에닐티타늄트리메틸,
시클로펜타디에닐티타늄트리에틸,
시클로펜타디에닐티타늄트리이소프로필,
시클로펜타디에닐티타늄트리페닐,
시클로펜타디에닐티타늄트리벤질,
시클로펜타디에닐티타늄-2,4-펜타디에닐,
시클로펜타디에닐티타늄디메틸메톡시드,
시클로펜타디에닐티타늄디메틸클로라이드,
펜타메틸시클로펜타디에닐티타늄트리메틸,
인데닐티타늄트리메틸,
인데닐티타늄트리에틸,
인데닐티타늄트리프로필,
인데닐티타늄트리페닐,
테트라히드로인데닐티타늄트리벤질,
펜타메틸시클로펜타디에닐티타늄트리이소프로필,
펜타메틸시클로펜타디에닐티타늄트리벤질,
펜타메틸시클로펜타디에닐티타늄디메틸메톡시드,
펜타메틸시클로펜타디에닐티타늄디메틸클로라이드,
(η5-2,4-디메틸-1,3-펜타디에닐)티타늄트리메틸,
옥타히드로플루오레닐티타늄트리메틸,
테트라히드로인데닐티타늄트리메틸,
테트라히드로플루오레닐티타늄트리메틸,
(1,1-디메틸-2,3,4,9,10-η-1,4,5,6,7,8-헥사히드로나프탈레닐)티타늄트리메틸,
(1,1,2,3-테트라메틸-2,3,4,9,10-η-1,4,5,6,7,8-헥사히드로나프탈레닐)티타늄메틸,
(t-부틸아미도)(테트라메틸-η5-시클로펜타디에닐)디메틸실란티타늄 디클로라이드,
(t-부틸아미도)(테트라메틸-η5-시클로펜타디에닐)디메틸실란티타늄 디메틸,
(t-부틸아미도)(테트라메틸-η5-시클로펜타디에닐)-1,2-에탄디일티타늄 디메틸,
(t-부틸아미도)(테트라메틸-η5-인데닐)디메틸실란티타늄 디메틸,
(t-부틸아미도)(테트라메틸-η5-시클로펜타디에닐)디메틸실란티타늄 (III)2-(디메틸아미노)벤질 ;
(t-부틸아미도)(테트라메틸-η5-시클로펜타디에닐)디메틸실란티타늄 (III)알릴,
(t-부틸아미도)(테트라메틸-η5-시클로펜타디에닐)디메틸실란티타늄(II)1,4-디페닐-1,3-부타디엔,
(t-부틸아미도)(2-메틸인데닐)디메틸실란티타늄(II)1,4-디페닐-1,3-부타디엔,
(t-부틸아미도)(2-메틸인데닐)디메틸실란티타늄(IV)1,3-부타디엔,
(t-부틸아미도)(2,3-디메틸인데닐)디메틸실란티타늄(II)1,4-디페닐-1,3-부타디엔,
(t-부틸아미도)(2,3-디메틸인데닐)디메틸실란티타늄(IV)1,3-부타디엔,
(t-부틸아미도)(2,3-디메틸인데닐)디메틸실란티타늄(II)1,3-펜타디엔,
(t-부틸아미도)(2-메틸인데닐)디메틸실란티타늄(II)1,3-펜타디엔,
(t-부틸아미도)(2-메틸인데닐)디메틸실란티타늄(IV)디메틸,
(t-부틸아미도)(2-메틸-4-페닐리데닐)디메틸실란티타늄(II)1,4-디페닐-1,3-부타디엔,
(t-부틸아미도)(테트라메틸-η5-시클로펜타디에닐)디메틸실란티타늄 (IV)1,3-부타디엔,
(t-부틸아미도)(테트라메틸-η5-시클로펜타디에닐)디메틸실란티타늄 (II)1,4-디벤질-1,3-부타디엔,
(t-부틸아미도)(테트라메틸-η5-시클로펜타디에닐)디메틸실란티타늄 (II)2,4-헥사디엔,
(t-부틸아미도)(테트라메틸-η5-시클로펜타디에닐)디메틸실란티타늄 (II)3-메틸1,3-펜타디엔,
(t-부틸아미도)(2,4-디메틸-1,3-펜타디엔-2-일)디메틸실란티타늄디메틸,
(t-부틸아미도)(1,1-디메틸-2,3,4,9,10-η-1,4,5,6,7,8-헥사히드로나프탈렌-4-일)디메틸실란티타늄디메틸,
(t-부틸아미도)(1,1,2,3-테트라메틸-2,3,4,9,10-η-1,4,5,6,7,8-헥사히드로나프탈렌-4-일)디메틸실란티타늄디메틸,
(t-부틸아미도)(테트라메틸시클로펜다디에닐)디메틸실란티타늄 1,3-펜타디엔,
(t-부틸아미도)(3-(N-피롤리디닐)리덴-1-일)디메틸실란티타늄 1,3-펜타디엔,
(t-부틸아미도)(2-메틸-s-인다센-1-일)디메틸실란티타늄 1,3-펜타디엔, 및
(t-부틸아미도)(3,4-시클로펜타(1)페난트렌-2-일)디메틸실란티타늄 1,4-디페닐-1,3-부타디엔.
본 발명에 적합한 다리 착물을 함유하는 비스(L) 은 하기를 포함한다 :
비스시클로펜타디에닐지르코늄디메틸,
비스시클로펜타디에닐티타늄디에틸,
비스시클로펜타디에닐티타늄디이소프로필,
비스시클로펜타디에닐티타늄디페닐,
비스시클로펜타디에닐지르코늄 디벤질,
비스시클로펜타디에닐티타늄-2,4-펜타디에닐,
비스시클로펜타디에닐메틸메톡시드,
비스시클로펜타디에닐티타늄메틸클로라이드,
비스펜타메틸시클로펜타디에닐티타늄디메틸,
비스인데닐티타늄디메틸,
인데닐플루오레닐티타늄디에틸,
비스인데닐티타늄메틸(2-(디메틸아미노)벤질,
비스인데닐티타늄 메틸트리메틸실릴,
비스테트라히드로인데닐티타늄 메틸트리메틸실릴,
비스펜타메틸시클로펜타디에닐티타늄디이소프로필,
비스펜타메틸시클로펜타디에닐티타늄디벤질,
비스펜타메틸시클로펜타디에닐티타늄메틸메톡시드,
비스펜타메틸시클로펜타디에닐티타늄메틸클로라이드,
(디메틸실릴-비스-시클로펜타디에닐)지르코늄디메틸,
(디메틸실릴-비스-펜타메틸시클로펜타디에닐)티타늄-2,4-펜타디에닐,
(디메틸실릴-비스-t-부틸시클로펜타디에닐)지르코늄디클로라이드,
(메틸렌-비스-펜타메틸시클로펜타디에닐)티타늄(III) 2-(디메틸아미노)벤질,
(디메틸실릴-비스-인데닐)지르코늄디클로라이드,
(디메틸실릴-비스-2-메틸리데닐)지르코늄디메틸,
(디메틸실릴-비스-2-메틸-4-페닐리데닐)지르코늄디메틸
(디메틸실릴-비스-2-메틸리데닐)지르코늄-1,4-디페닐-1,3-부타디엔,
(디메틸실릴-비스-2-메틸-4-페닐리데닐)지르코늄(II) 1,4-디페닐-1,3-부타디엔,
(디메틸실릴-비스-테트라히드로인데닐)지르코늄(II) 1,4-디페닐-1,3-부타디엔,
(디메틸실릴-비스-플루오레닐)지르코늄디클로라이드,
(디메틸실릴-비스-테트라히드로플루오레닐)지르코늄디(트리메틸실릴),
(이소프로필리덴)(시클로펜타디에닐)(시클로펜타디에닐)(플루오레닐)(플루오레닐), 및
(디메틸실릴펜타메틸시클로펜타디에닐플루오레닐)지르코늄디메틸.
조촉매에 대해
금속 착물을 활성화 조촉매와 배합하거나 또는 활성 기술을 이용하여 촉매적으로 활성시킨다. 본원에서 사용하기에 적합한 활성화 조촉매는 중성 루이스산, 예컨대 C1-30히드로카르빌 치환된 13 족 화합물, 특히 히드로카르빌 또는 할로겐화 히드로카르빌기중 탄소수 1 내지 20 의 트리(히드로카르빌)알루미늄 또는 트리(히드로카르빌)보론 화합물 및 그의 할로겐화 (과할로겐화 포함) 유도체, 더욱 특별히 퍼플루오르화 트리(아릴)보론 화합물 및 가장 특별히 트리스(펜타플루오로페닐)보란 ; 비중합성, 혼화성, 비배위성 이온 형성 화합물 (하기 산화 조건하의 상기 화합물의 사용을 포함), 특히 혼화성이고, 비배위성인 음이온의 암모늄염, 포스포늄염, 옥소늄염, 카르보늄염, 실릴륨염, 술포늄염, 또는 페로세늄염의 사용 ; 벌크 전해질 (이후에 상세히 설명됨) ; 및 전술한 활성화 조촉매 및 기술의 배합물이 포함된다. 전술한 조촉매 및 활성 기술은 이미 하기 참고에 다른 금속 착물과 관련하여 교시되었다 : 미국 특허 제 5,132,380 호, 제 5,513,157 호, 제 5,064,802 호, 제 5,321,106 호, 제 5,721,185 호, 제 5,350,723 호, 및 제 5,919,983 호.
루이스산의 배합물, 특히 각 알킬기중 탄소수 1 내지 14 의 트리알킬 암모늄 화합물 및 각 히드로카르빌기중 탄소수 1 내지 20 의 할로겐화 트리(히드로카르빌)보론 화합물, 특히 트리스(펜타플루오로페닐)보란의 배합물, 추가로 상기 중성 루이스산 혼합물과 중합성 또는 올리고머성 알루목산과의 배합물 및 단일 중성 루이스산, 특히 트리스(펜타플루오로페닐)보란과 중합성 또는 올리고머성 알루목산과의 배합물이 바람직한 활성화 조촉매이다.
본 발명의 한 구현예중 조촉매로서 유용한 적합한 이온 형성 화합물은 양자를 공여할 수 있는 브뢴스테드산인 양이온, 및 혼화성인, 비배위성 음이온 A-를 포함한다. 본원에 사용된 바로서, 용어 "비배위성" 은 전구체 착물을 함유하는 4 족 금속 및 그로부터 유도된 촉매 유도체에 배위하지 않거나, 또는 상기 착물에 단지 약하게 배위결합되어 올레핀 단량체와 같은 루이스 염기에 의해 치환되기에 충분히 불안정하게 잔류하는 음이온 또는 물질을 의미한다. 비배위성 음이온은 특히 양이온성 금속 착물중 전하 균형 음이온으로서 작용할 때, 음이온성 치환체또는 그의 단편을 상기 양이온에 이동시켜 그로인해 중성 착물을 형성하지 않는 음이온으로 언급한다. "혼화성 음이온" 은 초기 형성된 착물이 분해될 때 중성으로 되지 않고, 바람직한 후속 중합 또는 그의 착물의 다른 용도를 방해받지 않는 음이온이다.
바람직한 음이온은 두개의 성분이 배합될 때 형성될 수 있는 활성 촉매종 (금속양 이온) 의 전하의 균형을 잡을 수 있는 음이온인 메탈로이드 코어 또는 전하-내재 금속을 포함하는 단일 배위 착물을 함유하는 것들이다. 또한, 상기 음이온은 올레핀, 디올레핀 및 아세틸렌계 불포화 화합물 또는 에테르 또는 니트릴과 같은 다른 중성 루이스 염기에 의해 치환되기에 충분히 불안정해야한다. 제한되지는 않지만, 적합한 금속은 알루미늄, 금 및 플라티늄을 포함한다. 제한되지는 않지만, 적합한 메탈로이드는 붕소, 인 및 규소이다. 단일 금속 또는 메탈로이드 원자를 함유하는 배위 착물을 포함하는 음이온을 함유하는 화합물은 물론 공지이고, 특히 음이온 부분중 단일 붕소 원자를 함유하는 상기 화합물은 시판용이다.
바람직하게는 상기 조촉매는 하기 화학식에 의해 표현될 수 있다 :
(L*-H)d +(A')d-
(식중, L*는 중성 루이스 염기이고 ;
(L*-H)+는 브뢴스테드 산이고 ;
A'd-는 d- 의 전하를 가진, 비배위성, 혼화성 음이온이고, 및
d 는 1 내지 3 의 정수이다).
더욱 바람직하게는 A'd-는 식 [M*Q4]-에 해당한다 ;
(식중, M*은 +3 형식 산화중 붕소 또는 암루미늄이고 ; 및
독립적으로 Q 각 경우는 히드리드, 디알킬아미도, 할리드, 히드로카르빌, 할로히드로카르빌, 할로카르빌, 히드로카르빌옥시드, 히드로카르빌옥시 치환된-히드로카르빌, 유기금속 치환된-히드로카르빌, 유기메탈로이드 치환된-히드로카르빌, 할로히드로카르빌옥시, 할로히드로카르빌옥시 치환된 히드로카르빌, 할로카르빌-치환된 히드로카르빌, 및 할로-치환된 실릴히드로카르빌 라디칼 (과할로겐화된 히드로카르빌-과할로겐화된 히드로카르빌옥시- 및 과할로겐화된 실릴히드로카르빌 라디칼을 포함하는) 로부터 선택되고, 상기 Q 는 20 이하의 탄소수를 가지며, 단, 하나이하의 경우가 Q 할리드일 때이다. 적합한 히드로카르빌옥시드 Q 기의예는 미국 특허 제 5,296,433 호에 개시되어 있다.
보다 바람직한 구체예에서, d는 1 인데, 즉, 짝이온이 하나의 음전하를 가지고 있어, A'-인 것이다. 본 발명의 촉매 제조에 특히 유용한 붕소를 함유하는 활성화 조촉매는 하기 화학식으로 표현될 수 있다:
(L*-H)+(BQ4)-;
(식중, L*는 상기 정의된 바와 같고;
B는 정규산화상태 3에 있는 붕소이며;
Q는 Q가 하나 이하의 경우 히드로카르빌이라는 전제하에, 비수소 원자가 20 이하인 히드로카르빌-, 히드로카르빌옥시-, 불소화 히드로카르빌-, 불소화 히드로카르빌옥시-, 또는 불소화 실릴히드로카르빌- 기이다).
가장 바람직하게는, Q는 각 경우 불소화 아릴기, 특히 펜타플루오로페닐기이다.
본 발명의 개선된 촉매의 제조에서 활성화 조촉매로서 사용될 수 있는, 예시적이고, 한정적이지 않은 붕소 화합물의 예는 하기와 같은 3-치환 암모늄염이다:
트리메틸암모늄 테트라페닐보레이트,
메틸디옥타데실암모늄 테트라페닐보레이트,
트리에틸암모늄 테트라페닐보레이트,
트리프로필암모늄 테트라페닐보레이트,
트리(n-부틸)암모늄 테트라페닐보레이트,
메틸테트라데실옥타데실암모늄 테트라페닐보레이트,
N,N-디메틸아닐리늄 테트라페닐보레이트,
N,N-디에틸아닐리늄 테트라페닐보레이트,
N,N-디메틸(2,4,6-트리메틸아닐리늄) 테트라페닐보레이트,
트리메틸암모늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트,
메틸디테트라데실암모늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트,
메틸디옥타데실암모늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트,
트리에틸암모늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트,
트리프로필암모늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트,
트리(n-부틸)암모늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트,
트리(sec-부틸)암모늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트,
N,N-디메틸아닐리늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트,
N,N-디에틸아닐리늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트,
N,N-디메틸(2,4,6-트리메틸아닐리늄) 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트,
트리메틸암모늄 테트라키스(2,3,4,6-테트라플루오로페닐)보레이트,
트리에틸암모늄 테트라키스(2,3,4,6-테트라플루오로페닐)보레이트,
트리프로필암모늄 테트라키스(2,3,4,6-테트라플루오로페닐)보레이트,
트리(n-부틸)암모늄 테트라키스(2,3,4,6-테트라플루오로페닐)보레이트,
디메틸(t-부틸)암모늄 테트라키스(2,3,4,6-테트라플루오로페닐)보레이트,
N,N-디메틸아닐리늄 테트라키스(2,3,4,6-테트라플루오로페닐)보레이트,
N,N-디에틸아닐리늄 테트라키스(2,3,4,6-테트라플루오로페닐)보레이트, 및
N,N-디메틸(2,4,6-트리메틸아닐리늄) 테트라키스(2,3,4,6-테트라플루오로페닐)보레이트.
디알킬 암모늄염은 하기와 같은 것들이다:
디옥타데실암모늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트,
디테트라데실암모늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트, 및
디시클로헥실암모늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트.
3-치환 포스포늄염은 하기와 같은 것들이다:
트리페닐포스포늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트,
메틸디옥타데실포스포늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트, 및
트리(2,6-디메틸페닐)포스포늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트.
장쇄 알킬 일- 및 이치환 암모늄 착물, 특히 C14-C20알킬 암모늄 착물의 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트 염, 특히 메틸디(옥타데실)암모늄 테트라키스 (펜타플루오로페닐)보레이트 및 메틸디(테트라데실)암모늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트, 또는 이들을 포함하는 혼합물이 특히 바람직하다. 이들 혼합물은 2 개의 C14, C16또는 C18알킬기 및 하나의 메틸기를 함유하는 아민으로부터 유도된 양성자 첨가 암모늄 양이온을 포함한다. 이러한 아민은 Witco Corp.의 상품명 KemamineTMT9701, 및 Akzo-Nobel의 상품명 ArmeenTMM2HT 으로 시판용이다.
특히 비균질 촉매계에서의 사용을 위한, 또 다른 적당한 암모늄염은 유기금속 화합물의 반응, 특히 트리(C1-6알킬)알루미늄 화합물을 히드록시아릴트리스(플루오로아릴)보레이트 화합물의 암모늄염과 반응시킬 때 형성된다. 결과 화합물은 일반적으로 지방족 액체에 불용성인 오르가노메탈옥시아릴트리스(플루오로아릴)보레이트 화합물이다. 전형적으로, 이러한 화합물은 실리카, 알루미나 또는 트리알킬알루미늄 부동화 실리카와 같은 지지 물질에 유리하게 침전되어, 지지 조촉매 혼합물을 형성한다. 적당한 화합물의 예는 트리(C1-6알킬)알루미늄 화합물의 히드록시아릴트리스(아릴)보레이트의 암모늄염과의 반응 생성물을 포함한다. 적당한 히드록시아릴트리스(아릴)보레이트는 암모늄염, 특히 하기의 상기 장쇄 알킬 암모늄염을 포함한다:
(4-디메틸알루미늄옥시-1-페닐)트리스(펜타플루오로페닐)보레이트,
(4-디메틸알루미늄옥시-3,5-디(트리메틸실릴)-1-페닐)트리스(펜타플루오로페닐)보레이트,
(4-디메틸알루미늄옥시-3,5-디(t-부틸)-1-페닐)트리스(펜타플루오로페닐)보레이트,
(4-디메틸알루미늄옥시-1-벤질)트리스(펜타플루오로페닐)보레이트,
(4-디메틸알루미늄옥시-3-메틸-1-페닐)트리스(펜타플루오로페닐)보레이트,
(4-디메틸알루미늄옥시-테트라플루오로-1-페닐)트리스(펜타플루오로페닐)보레이트,
(5-디메틸알루미늄옥시-2-나프틸)트리스(펜타플루오로페닐)보레이트,
4-(4-디메틸알루미늄옥시-1-페닐)페닐트리스(펜타플루오로페닐)보레이트,
4-(2-(4-(디메틸알루미늄옥시페닐)프로판-2-일)페닐옥시)트리스(펜타플루오로페닐)보레이트,
(4-디에틸알루미늄옥시-1-페닐)트리스(펜타플루오로페닐)보레이트,
(4-디에틸알루미늄옥시-3,5-디(트리메틸실릴)-1-페닐)트리스(펜타플루오로페닐)보레이트,
(4-디에틸알루미늄옥시-3,5-디(t-부틸)-1-페닐)트리스(펜타플루오로페닐)보레이트,
(4-디에틸알루미늄옥시-1-벤질)트리스(펜타플루오로페닐)보레이트,
(4-디에틸알루미늄옥시-3-메틸-1-페닐)트리스(펜타플루오로페닐)보레이트,
(4-디에틸알루미늄옥시-테트라플루오로-1-페닐)트리스(펜타플루오로페닐)보레이트,
(5-디에틸알루미늄옥시-2-나프틸)트리스(펜타플루오로페닐)보레이트,
4-(4-디에틸알루미늄옥시-1-페닐)페닐트리스(펜타플루오로페닐)보레이트,
4-(2-(4-(디에틸알루미늄옥시페닐)프로판-2-일)페닐옥시)트리스(펜타플루오로페닐)보레이트,
(4-디이소프로필알루미늄옥시-1-페닐)트리스(펜타플루오로페닐)보레이트,
(4-디이소프로필알루미늄옥시-3,5-디(트리메틸실릴)-1-페닐)트리스(펜타플루오로페닐)보레이트,
(4-디이소프로필알루미늄옥시-3,5-디(t-부틸)-1-페닐)트리스(펜타플루오로페닐)보레이트,
(4-디이소프로필알루미늄옥시-1-벤질)트리스(펜타플루오로페닐)보레이트,
(4-디이소프로필알루미늄옥시-3-메틸-1-페닐)트리스(펜타플루오로페닐)보레이트,
(4-디이소프로필알루미늄옥시-테트라플루오로-1-페닐)트리스(펜타플루오로페닐)보레이트,
(5-디이소프로필알루미늄옥시-2-나프틸)트리스(펜타플루오로페닐)보레이트,
4-(4-디이소프로필알루미늄옥시-1-페닐)페닐트리스(펜타플루오로페닐)보레이트, 및
4-(2-(4-(디이소프로필알루미늄옥시페닐)프로판-2-일)페닐옥시)트리스(펜타플루오로페닐)보레이트.
특히 바람직한 암모늄 화합물은 메틸디테트라데실암모늄 (4-디에틸알루미늄옥시-1-페닐)트리스(펜타플루오로페닐)보레이트, 메틸디헥사데실암모늄 (4-디에틸알루미늄옥시-1-페닐)트리스(펜타플루오로페닐)보레이트, 메틸디옥타데실암모늄 (4-디에틸알루미늄옥시-1-페닐)트리스(펜타플루오로페닐)보레이트, 및 이들의 혼합물이다. 상기 착물은 미국 특허 5,834,393 및 5,783,512에 개시되어 있다.
활성화 조촉매를 형성하는 또 다른 적당한 이온은 양이온성 산화제의 염 및하기 화학식으로 표현되는 비배위성 혼화성 음이온의 염을 포함한다:
(Oxe+)d(A'd-)e,
(식중, Oxe+는 전하 e+를 갖는 양이온성 산화제이고;
e는 1 내지 3의 정수이며;
A'd-및 d는 상기 정의한 바와 같다).
양이온성 산화제의 예는 다음을 포함한다: 페로세늄, 히드로카르빌-치환 페로세늄, Ag+또는 Pb+2. A'd-의 바람직한 구체예는 활성화 조촉매, 특히 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트를 함유하는 브뢴스테드 산에 대해 상기 정의된 음이온이다.
활성화 조촉매를 형성하는 또 다른 적당한 이온은 카르베늄 이온의 염 및 하기 화학식으로 표현되는 비배위성 혼화성의 음이온의 염인 화합물을 포함한다:
ⓒ+A'-
(식중, ⓒ+는 C1-20카르베늄 이온이고;
A'-는 전하 -1을 갖는 비배위성 혼화성의 음이온이다). 바람직한 카르베늄 이온은 트리틸 양이온, 즉 트리페닐메틸륨이다.
활성화 조촉매를 형성하는 추가의 적당한 이온은 실릴륨 이온의 염 및 하기 화학식으로 표현되는 비배위성 혼화성의 음이온의 염인 화합물을 포함한다:
R3Si(X')A'-
(식중, R은 C1-10의 히드로카르빌이고;
X'은 수소 또는 R이며;
A'-는 상기 정의된 바와 같다).
바람직한 실릴륨염 활성화 조촉매는 트리메틸실릴륨 테트라키스펜타플루오로페닐보레이트, 트리에틸실릴륨 테트라키스펜타플루오로페닐보레이트 및 이의 에테르 치환 첨가물이다. 실릴륨염은 이미 일반적으로 문헌 [Lambert, J. B., 등의,Organometallics, 1994, 13, 2430-2443] 뿐만 아니라 문헌 [J. Chem Soc. Chem. Comm.1993, 383-384] 에 개시되어 있다. 첨가 중합 촉매를 위한 활성화 조촉매로서의 상기 실릴륨염의 용도는 미국 특허 5,625,087에서 청구된다.
트리스(펜타플루오로페닐)보란을 가진 알콜, 메르캅탄, 실란올, 및 옥심의 어떤 착물은 또한 효율적인 촉매 활성제이며, 본 발명에 따라 사용될 수 있다. 이러한 조촉매는 미국 특허 5,296,433에 개시되어 있다.
이용된 촉매/조촉매의 몰비는 바람직하게는 1:10,000 내지 10:1, 보다 바람직하게는 1:5000 내지 10:1, 가장 바람직하게는 1:1000 내지 1:1의 범위를 갖는다. 활성화 조촉매로서 사용되는 트리스(펜타플루오로페닐)보란은 바람직하게 금속 착물에 대해 0.5:1 내지 10:1, 보다 바람직하게 1:1 내지 6:1 가장 바람직하게 1:1 내지 5:1의 몰비로 이용된다. 잔여 활성화 조촉매는 일반적으로 바람직하게 금속착물과 약 동몰량으로 이용된다. 바람직하게 촉매 및 활성화 조촉매는 지지체 g 당 5 내지 200, 보다 바람직하게 10 내지 75 μmol의 양으로 지지체 상에 존재한다.
촉매는 탄소수 2 내지 100,000을 가진 에틸렌성 및/또는 아세틸렌성 불포화 단량체를 단독으로 또는 조합하여 중합하는 데 사용될 수 있다. 바람직한 단량체는 C2-20α-올레핀, 특히 에틸렌, 프로필렌, 이소부틸렌, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 3-메틸-1-펜텐, 4-메틸-1-펜텐, 1-옥텐, 1-데켄, 장쇄 거대분자 α-올레핀, 및 이들의 혼합물을 포함한다. 다른 바람직한 단량체는 스티렌, C1-4알킬 치환 스티렌, 테트라플루오로에틸렌, 비닐벤조시클로부탄, 에틸리덴노르보르넨, 1,4-헥사디엔, 1,7-옥타디엔, 비닐시클로헥산, 4-비닐시클로헥센, 디비닐벤젠, 및 이들과 에틸렌과의 혼합물을 포함한다. 장쇄 거대분자 α-올레핀은 연속 용액 중합 반응 동안 함께 형성되는 비닐 말단 중합 잔류물이다. 적당한 방법 조건 하에서 이러한 장쇄 거대분자 단위는 에틸렌 및 다른 단쇄 올레핀 단량체와 함께 용이하게 중합체 생성물로 중합되어, 결과 중합체내에서 소량의 장쇄 가지를 생성한다. 가장 바람직하게는 본 금속 착물은 프로필렌 중합에 사용되어 높은 이소택틱 지수를 갖는 폴리프로필렌을 제조한다.
일반적으로 중합은 온도 0 내지 250 ℃ 및 압력 대기압 내지 1000 기압 (0.1 내지 100 MPa)과 같은 Ziegler-Natta 또는 Kaminsky-Sinn 형 중합반응에 대한 선행기술에서 널리 공지된 조건으로 수행될 수 있다. 원한다면 현탁, 용액, 슬러리,기상 또는 다른 방법조건이 이용될 수 있다. 존재한다면, 지지체는 촉매(금속 기준):지지체의 중량비 1:100,000 내지 1:10, 보다 바람직하게 1:50,000 내지 1:20, 및 가장 바람직하게 1:10,000 내지 1:30을 제공하는 양으로 이용되는 것이 바람직하다. 적당한 기상 반응은 반응에서 이용된 단량체(들)의 응축, 또는 반응기로부터 열을 제거하기 위해 불활성 희석제의 응축을 사용할 수 있다.
대부분의 중합반응에서 촉매: 이용된 중합가능한 화합물의 몰비는 10-12:1 내지10-1:1, 보다 바람직하게 10-12:1 내지 10-5:1이다.
용액 또는 슬러리 방법을 통한 중합을 위한 적당한 용매 또는 희석제는 비배위성, 불활성 액체이다. 예로는 이소부탄, 부탄, 펜탄, 헥산, 헵탄, 옥탄, 및 이들의 혼합물과 같은 직쇄 또는 분지 탄화수소; 시클로헥산, 시클로헵탄, 메틸시클로헥산, 메틸시클로헵탄, 및 이들의 혼합물과 같은 고리형 및 지방족 고리형 탄화수소; 과플루오르화 C4-10알칸과 같은 과플루오르화 탄화수소, 및 벤젠, 톨루엔, 및 크실렌과 같은 방향족 및 알킬-치환 방향족 화합물을 들 수 있다. 적당한 용매는 또한 에틸렌, 프로필렌, 1-부텐, 부타디엔, 시클로펜텐, 1-헥센, 3-메틸-1-펜텐, 4-메틸-1-펜텐, 1,4-헥사디엔, 1,7-옥타디엔, 1-옥텐, 1-데켄, 스티렌, 디비닐벤젠, 에틸리덴노르보르넨, 알릴벤젠, 비닐톨루엔 (모든 이성질체의 단독 또는 혼합물 포함), 4-비닐시클로헥센, 및 비닐시클로헥산을 포함하는 단량체 또는 공단량체로서 작용할 수 있는 액체 올레핀을 포함한다. 상기의 혼합물 또한 적당하다.
촉매는 또한 하나 이상의 추가 균질 또는 비균질 중합 촉매와 함께 조합하여사용될 수 있는데, 이를 같은 반응기 또는 원하는 물성을 가진 중합체 블렌드를 제조하기 위해 직렬로 또는 병렬로 연결된 별개의 반응기에서 사용한다. 이러한 방법의 예는 미국 특허 No. 5,869,575 뿐만 아니라 WO 94/00500에 개시되어 있다.
지지체에 대해
본 발명에의 사용을 위한 바람직한 지지체는 다공 정도가 높은 실리카, 알루미나, 알루미노실리케이트, 및 이들의 혼합물을 포함한다. 가장 바람직한 지지 물질은 실리카이다. 지지 물질은 과립, 응집물, 펠렛, 또는 어떤 다른 물리적 형상이어도 좋다. 적당한 물질은 Grace Davison (W.R.Grace & Co.의 부문)의 품명 SD 3216.30, Davison Syloid 245, Davison 948 및 Davison 952, 및 Crossfeld의 품명 ES70, 및 Degussa AG의 품명 Aerosil 812로부터 입수가능한 실리카; 및 Akzo Chemical Inc.의 품명 Ketzen Grade B로부터 입수가능한 알루미나를 포함하나 이에 제한되지는 않는다.
본 발명에 적당한 지지체는 바람직하게 B.E.T. 방법을 써서 질소 다공도측정기로 측정시 10 내지 1000 m2/g, 바람직하게는 100 내지 600 m2/g의 표면적을 갖는다. 질소 흡착에 의해 측정한 지지체의 공극 부피는 유리하게는 0.1 내지 3 cm3/g, 바람직하게는 0.2 내지 2 cm3/g이다. 평균 입자 크기는 이용된 방법에 의존하나, 전형적으로 0.5 내지 500 ㎛, 바람직하게는 1 내지 100 ㎛이다.
실리카와 알루미나 둘 다 본질적으로 소량의 히드록실 작용기를 함유함이 공지되어 있다. 이에 지지체로서 사용시, 이들 물질은 바람직하게는 그 히드록실 함량을 낮추기 위해 열처리 및/또는 화학적 처리를 하게 된다. 전형적인 열처리는 온도 30 ℃ 내지 1000 ℃ (바람직하게는 250 ℃ 내지 800 ℃에서 5 시간 이상)에서 10 분 내지 50 시간 동안, 불활성 대기 또는 공기 중에서, 또는 감압 하 즉 200 Torr 미만의 압력에서 수행된다. 감압 하에서 소성 수행시 바람직한 온도는 100 내지 800 ℃이다. 이어서 잔여 히드록시기는 화학적 처리를 통해 제거한다. 전형적인 화학적 처리는 트리히드로카르빌 알루미늄 화합물, 트리히드로카르빌클로로실란 화합물, 트리히드로카르빌알콕시실란 화합물 또는 유사한 처리제와 같은 루이스 산 알킬화제와 접촉시키는 것을 포함한다.
지지체는 펜던트(pendant) 실란 -(Si-R)=, 또는 클로로실란 -(Si-Cl)= 작용기 (여기서 R은 C1-10히드로카르빌기이다)를 붙이는 실란 또는 클로로실란 작용기 부가제에 의해 작용기를 가질 수 있다. 적당한 작용기 부가제는 지지체의 표면 히드록실기와 반응하거나 또는 기질의 실리콘 또는 알루미늄과 반응하는 화합물이다. 적당한 작용기 부가제의 예는 페닐실란, 헥사메틸디실라잔 디페닐실란, 메틸페닐실란, 디메틸실란, 디에틸실란, 디클로로실란, 및 디클로로디메틸실란을 포함한다. 이러한 작용기가 부가된 실리카 또는 알루미나 화합물을 형성하는 기술은 이미 미국 특허 3,687,920 및 3,879,368에 개시되어 있다.
대안으로, 작용기 부가제는 화학식 AlR1 x'R2 y'의 알루목산 또는 알루미늄 화합물로부터 선택되는 알루미늄 성분일 수 있는데, 여기서 R1은 각각 독립적으로 수소화물 또는 R이고, R2는 수소화물, R 또는 OR이며, x'은 2 또는 3, y'은 0 또는 1이고, x'과 y'의 합은 3이다. 적당한 R1및 R2기의 예는 메틸, 메톡시, 에틸, 에톡시, 프로필 (모든 이성질체), 프로폭시 (모든 이성질체), 부틸 (모든 이성질체), 부톡시 (모든 이성질체), 페닐, 페녹시, 벤질, 및 벤질옥시를 포함한다. 바람직하게, 알루미늄 성분은 알루민옥산 및 트리(C1-4히드로카르빌)알루미늄 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 가장 바람직한 알루미늄 성분은 알루민옥산, 트리메틸알루미늄, 트리에틸알루미늄, 트리-이소부틸알루미늄, 및 이들의 혼합물이다.
이러한 처리는 전형적으로 하기에 의해 일어난다:
(a) 소성된 실리카에 충분한 용매를 첨가하여 슬러리를 수득하고;
(b) 슬러리에 소성된 실리카 g 당 0.1 내지 5 mmol, 바람직하게는 1 내지 2.5 mmol의 처리제를 첨가하여 처리된 지지체를 형성시키고 ;
(c) 처리된 지지체를 세척하여 미반응 처리제를 제거하여 세척된 지지체를 형성시키며,
(d) 가열 및/또는 감압 하에 놓아 세척된 지지체를 건조한다.
알루목산 (알루민옥산 포함) 은 알루미늄 및 산소 원자가 교대로 나타나는 사슬을 함유하는 올리고머성 또는 중합체성 알루미늄 옥시 화합물임에 따라, 알루미늄은 치환기, 바람직하게는 알킬기를 지닌다. 알루목산의 구조는 하기 화학식 (-Al(R)-O)m'(고리형 알루목산), 및 R2Al-O(-Al(R)-O)m'-AlR2(사슬형 화합물) 로 표시된다고 믿어지는데, 여기서 R은 상기 정의된 바와 같으며, m'은 1 내지 50, 바람직하게는 4 이상의 정수이다. 알루목산은 전형적으로 물과 알루미늄 알킬의 반응 생성물인데, 알킬기 외에 할로겐화물이나 알콕시드기를 함유할 수 있다. 예를 들어 트리메틸 알루미늄 및 트리-이소부틸 알루미늄과 같은 수개의 다른 알루미늄 알킬 화합물을 물과 반응시켜 소위 변형 또는 혼합 알루목산을 생산한다. 바람직한 알루목산은 메틸알루목산 및 적은 양의 C2-4알킬기, 특히 이소부틸로 변형된 메틸알루목산이다. 알루목산은 일반적으로 출발 알루미늄 알킬 화합물의 실제 양보다 적게 함유한다.
알루미늄 알킬 화합물을 결정수를 함유하는 무기염과 접촉시켜 알루목산 형 화합물을 제조하는 특별한 기술이 미국 특허 4,542,119에 개시되어 있다. 특히 바람직한 구체예에서 알루미늄 알킬 화합물은 수화 알루미나, 실리카 또는 다른 물질과 같은 재생가능한 물함유 물질과 접촉된다. 이는 EP-A-338,044에 개시되어 있다. 따라서 알루목산은 수화 알루미나 또는 실리카 물질의 반응에 의해 지지체 내로 합체될 수 있는데, 이는 공지된 기술에 따라 트리(C1-10알킬) 알루미늄 화합물을 가지고, 실란, 실옥산, 히드로카르빌옥시실란, 또는 클로로실란 기로 작용기가 부가될 수 있다.
덧붙여, 알루목산은 선택적으로 불활성 희석제의 존재 하에 실리카 또는 알루미나 또는 습윤 실리카 또는 알루미나를 트리알킬 알루미늄 화합물과 접촉시켜 함께 생성될 수도 있다. 이러한 방법은 선행기술 분야에서 널리 공지되어 있으며,EP-A-250,600; U.S.-A-4,912,075; 및 U.S.-A-5,008,228에 개시되어 있다. 적당한 지방족 탄화수소 희석제는 펜탄, 이소펜탄, 헥산, 헵탄, 옥탄, 이소옥탄, 노난, 이소노난, 데칸, 시클로헥산, 메틸시클로헥산 및 이러한 희석제의 둘 이상의 조합을 포함한다. 적당한 방향족 탄화수소 희석제는 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 및 다른 알킬 또는 할로겐 치환 방향족 화합물이다. 가장 바람직하게는 희석제는 방향족 탄화수소, 특히 톨루엔이다. 상기 방식으로 제조한 후, 그 잔여 히드록실 함량은 이미 개시된 임의의 기술에 의해 지지체 g 당 2 mmol의 OH 미만의 수준으로 감소시키는 것이 바람직하다.
소성된 것으로서 및 작용기 부가제와 반응한 것으로서의 지지체는 여기서 "지지체 전구물질"로 불리운다. 금속 착물 또는 혼화성 용매 내 조촉매의 제 1 용액이 가해지고, 혼화성 용매가 임의로 제거되는 지지체 전구물질은, 여기서 "지지 전(前)촉매"로 불리운다. 금속 착물 또는 혼화성 용매 내 조촉매의 다른 제 2 용액이 가해지고, 혼화성 용매가 임의로 제거되는 지지된 전촉매는, 여기서 "지지된 촉매"로 불리운다. 지지체 전구물질, 지지된 전촉매, 및 지지된 촉매는 유리하게는, 질소 흡착으로 측정시 0.1 내지 3 cm3/g, 바람직하게는 0.2 내지 2 cm3/g의 공극 부피를 갖는다.
본 발명의 지지된 촉매계의 제조방법은 촉매와 조촉매가 지지체 상에 침적시키기 전에 혼합되지 않는다는 점에서 유리하다. 이는 제조과정 도중 개선된 안정성을 갖는 촉매계와 조화된다.
본 발명의 방법은 침적 단계에서 용매의 사용을 최소화한다는 점에서 또한 유리하다. 이는 승온 및/또는 진공에의 노출, 또는 불완전한 용매 제거에 의해 야기되는 어떠한 촉매 불활성화도 최소화한다. 이는 또한 감소된 용매 조작에 기인하는 경제적 이점으로 전환된다.
본 발명의 한 가지 바람직한 구체예에서, 순차적 이중 침전기술이 이용된다. 특히, 본 발명의 이 바람직한 구체예에서, 지지체 전구물질은 금속 착물 또는 조촉매의 제 1 용액에 의해, 이어서 금속 착물 또는 조촉매의 다른 제 2 용액에 의해 순차적으로 접촉된다. 두 접촉단계 각각에서, 접촉 용액은 지지체 전구물질의 공극 부피의 100 %를 결코 초과하지 않을 양으로 제공된다. 선택적으로, 지지체 전구물질은 제 1 용액과 접촉시킨 후 혼화성 용매를 제거하기 위해 건조시킬 수 있다. 그러나, 이 특징은 고체가 건조하고, 유동성이 없는 분말로서 유지된다면, 필요하지 않다. 이 구체예는 회분식 반응기 실험으로부터 금속 착물 및 조촉매 둘 다의 용액 내에 지지체 전구물질을 슬러리화하여 제조하는 촉매보다 개선된 동력학 프로파일(profile) 및 더 낮은 발열을 보이는 촉매를 얻는다는 점에서 유리하다.
본 발명의 또 다른 바람직한 구체예에서, 지지체 전구물질은 금속 착물 또는 조촉매의 제 1 용액에서 슬러리화되어 지지된 전촉매를 형성한다. 충분한 혼화성 용매가 지지된 전촉매로부터 제거되어, 유동성이 없는 즉, 혼화성 용매의 양이 지지체 전구물질의 공극 부피의 100 % 미만인 회수된 지지된 전촉매를 얻는다. 그 다음 회수된 지지된 전촉매는 금속 착물 및 조촉매의 다른 제 2 용액과 접촉하며, 여기서 제 2 용액은 지지체 전구물질의 공극 부피의 100 % 미만의 양으로 공급되고, 그 결과 지지된 촉매계가 형성된다. 제 2 용액의 양이 불충분하여 지지된 촉매계가 유동성이 없으므로, 추가의 용매 제거 단계는 불필요하다. 그러나, 원한다면 혼화성 용매는 열, 감압, 또는 이들의 조합의 적용에 의해 보다 충분하게 제거시킬 수 있다. 특히 바람직한 구체예에서, 특히 조촉매가 건조 도중 열 및/또는 진공의 적용에 의해 쉽게 해체되는 경우, 금속 착물은 제 1 용액에 적용되고, 조촉매는 제 2 용액에 적용된다.
이들 각각의 바람직한 구체예의 경우, 및 특히 이중 침전기술의 경우, 금속 착물 및 조촉매가 지지체 전구물질의 공극 내에 균일하게 분포하고, 지지체 전구물질이 유동성이 없는 상태를 유지함을 보장하기 위해, 충분한 혼합이 수행되어야 한다. 몇 가지 전형적인 혼합 장치의 예는 회전 회분식 블렌더, 단일 콘 블렌더, 이중 콘 블렌더, 및 수직 콘형 건조기를 포함한다.
이들 각각의 바람직한 구체예의 경우, 출원인은 이들이 조촉매가 열에 민감한 바람직한 촉매계의 제조에 유리함을 발견했다. 이러한 열에 민감한 조촉매를 함유하는 촉매계는 보통 슬러리화 기술과 관련되는 다량의 혼화성 용매를 제거하기에 충분한 시간에 걸쳐 열을 적용하면 해체되는 것으로 밝혀졌다.
이론에 의해 국한되지 않기를 바라며, 본 발명의 지지된 촉매계는 활성 종이라기 보다 또는 이에 더하여, 기하 또는 메탈로센(metallocene) 착물이 한정된 단일 부위와 활성제의 혼합물을 함유할 수 있다. 일단 보다 높은 온도에서 및/또는 단량체의 존재 하에 반응기 내에서 추가적인 부위들이 활성화될 수 있다. 따라서, 보다 낮은 발열과 상승된 중합속도 (증가된 동력학 프로파일)를 갖는 촉매를 제조할 수 있는데, 이에 의해 중합 반응기의 성능이 향상되고 중합체의 형태가 개선될 수 있다.
본 발명의 방법에서 사용되는 제 1 및 제 2 용액의 형성에서, 전형적인 혼화성 용매는 헥산, 헵탄, ISOPARTME 혼합 지방족 탄화수소 혼합물 (Exxon Chemical Company 사 시판용), 및 톨루엔과 같은 지방족 및 방향족 탄화수소를 포함한다. 이러한 혼화성 용매는 부분적으로, 이에 용해되는 금속 착물 또는 조촉매의 용해성을 기준으로 선택되는데, 당업자에게는 명백할 것이다.
상기 언급한 대로, 혼화성 용매의 제거과정 중에 (제 1 용액의 적용후 및/또는 제 2 용액의 적용 후) 존재하는 용매의 양이 지지체 전구물질의 공극 부피를 초과하지 않음을 보장하는 것이 바람직할 것이다. 상기 언급한 대로, 최소량의 용매는 응집체와 반대로 유동성이 없는 물질의 생성과 관련한 조작상의 이점에 더하여, 특히 열에 민감한 금속 착물 및/또는 조촉매의 경우, 건조 도중 증가된 안정성으로 설명된다. 이러한 용매 제거는 슬러리에 0.05 내지 150 Torr, 바람직하게는 0.05 내지 40 Torr의 진공의 적용 및/또는 슬러리를 0 내지 60 ℃, 바람직하게는 20 내지 40 ℃의 온도로 가열함으로써 달성되는데, 진공이 적용될 때는, 가열온도가 이에 대응하여 낮아질 수 있다.
스캐빈저에 대해
본 발명의 지지된 촉매는 또한 각 히드로카르빌기에 1 내지 10의 탄소를 갖는 트리(히드로카르빌)알루미늄 화합물, 올리고머성 또는 중합체성 알루목산 화합물, 각 히드로카르빌 또는 히드로카르빌옥시기에 1 내지 10 탄소를 갖는 디(히드로카르빌)(히드로카르빌옥시)알루미늄 화합물, 또는 원한다면 상기 화합물의 혼합물과 조합하여 사용할 수 있다. 이들 알루미늄 화합물은 중합 혼합물로부터 산소, 물, 및 알데히드와 같은 불순물을 청소하는 이로운 능력 때문에 유리하게 이용된다. 바람직한 알루미늄 화합물은 C2-6트리알킬 알루미늄 화합물, 특히 여기서 알킬기가 에틸, 프로필, 이소프로필, n-부틸, 이소부틸, 펜틸, 네오펜틸, 또는 이소펜틸인 그의 화합물, 및 메틸알루목산, 변형된 메틸알루목산 및 디이소부틸알루목산을 포함한다.
촉매:조촉매 비율
이용된 촉매/조촉매의 몰비는 1:1000 내지 1:10, 바람직하게는 1:10 내지 1:1, 보다 바람직하게는 1:5 내지 1:1의 범위를 갖는다. 촉매 또는 활성화 조촉매의 혼합물이 원한다면 또한 이용될 수 있다.
중합성 단량체에 대해
기상, 용액, 슬러리, 또는 어떤 다른 중합방법도 부가 중합가능한 단량체를 중합시키기 위해 사용될 수 있는, 본 발명의 임의의 방법에서, 지지된 또는 지지되지 않은 촉매는, 에틸렌성 불포화 단량체, 아세틸렌성 화합물, 공액된 또는 비공액된 디엔, 폴리엔, 및 이들의 혼합물을 포함한다. 바람직한 단량체는 올레핀, 예를 들어 탄소수 2 내지 100,000, 바람직하게는 2 내지 30, 보다 바람직하게는 2 내지 8을 갖는 α-올레핀 및 이러한 α-올레핀의 둘 이상의 조합을 포함한다.
특히 적당한 α-올레핀은 중합 도중 형성되는 장쇄 비닐 말단 올리고머성 또는 중합체성 반응 생성물 뿐만 아니라 예를 들어, 에틸렌, 프로필렌, 1-부텐, 1-펜텐, 4-메틸펜텐-1, 1-헥센, 1-헵텐, 1-옥텐, 1-노넨, 1-데켄, 1-운데켄, 1-도데켄, 1-트리데켄, 1-테트라데켄, 1-펜타데켄, 및 C16-C30α-올레핀 또는 이들의 조합을 포함한다. 바람직하게, α-올레핀은 에틸렌, 프로펜, 1-부텐, 4-메틸펜텐-1, 1-헥센, 1-옥텐, 및 에틸렌 및/또는 프로펜과 이러한 다른 하나 이상의 α-올레핀과의 조합이다. 다른 바람직한 단량체는 스티렌, 할로- 또는 알킬 치환 스티렌, 테트라플루오로에틸렌, 비닐시클로부텐, 1,4-헥사디엔, 디시클로펜타디엔, 에틸리덴 노르보르넨, 및 1,7-옥타디엔을 포함한다. 상기 언급한 단량체의 혼합물 또한 이용될 수 있다.
에틸렌이 단량체인 중합을 위한 올레핀 공단량체의 바람직한 군은 프로펜, 1-부텐, 1-펜텐, 4-메틸-1-펜텐, 1-헥센, 1-헵텐, 1-옥텐, 1-노넨, 1-데켄, 1,7-옥타디엔, 1,5-헥사디엔, 1,4-펜타디엔, 1,9-데카디엔, 에틸리덴노르보르넨, 스티렌, 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 프로펜이 단량체인 중합을 위한 바람직한 공단량체는 프로펜 대신 에틸렌이 포함되는 것을 제외하고는 직전의 것들과 동일하다.
장쇄 가지의 존재에 대해
장쇄 거대분자 α-올레핀은 본 발명의 중합 방법의 실행 도중 함께 형성되는 비닐 말단 중합체성 잔여물질일 수 있다. 적당한 처리 조건 하에서 이러한 장쇄 거대분자 단위는 에틸렌 및 다른 단쇄 올레핀 단량체와 함께 중합체 생성물로 중합되어, 결과 중합체 내에 소량의 장쇄 가지를 얻을 수 있다. 본 발명의 바람직한 구체예에서, 결과 중합체는 미국 특허 5,272,236, 5,278,272, 및 5,665,800에서 개시되고 청구된 것처럼, 실질적으로 선형 중합체로서의 특징을 갖는다.
일반적인 중합조건
일반적으로 중합은 Ziegler-Natta 또는 Kaminsky-Sinn 형 중합반응에 대해 선행기술 분야에서 널리 공지된 조건으로 수행될 수 있다. 회분식 또는 연속식 또는 다른 방법 조건으로 이용되는 현탁, 용액, 슬러리, 기상 또는 고압이 원한다면 이용될 수 있다. 이러한 널리 공지된 중합 방법의 예는 WO 88/02009, 미국 특허 5,084,534; 5,405,922; 4,588,790; 5,032,652; 4,543,399; 4,564,647; 4,522,987, 및 기타에 개시되어 있다. 바람직한 중합 온도는 0 내지 250 ℃이다. 바람직한 중합 압력은 2 ×105내지 1 ×107Pa이다.
본 발명의 방법은 올레핀의 기상 공중합에서 유리하기 위해 이용될 수 있다. 올레핀의 중합에 대한 기상 방법, 특히 단독중합 및 에틸렌 및 프로필렌의 공중합, 및 예를 들어 1-부텐, 1-헥센, 4-메틸-1-펜텐과 같은 고급 α-올레핀과 에틸렌의 공중합이 선행기술 분야에서 널리 공지되어 있다. 이러한 방법은 고밀도 폴리에틸렌 (HDPE), 중밀도 폴리에틸렌 (MDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌 (LLDPE) 및 폴리프로필렌의 대규모 생산에서 상업적으로 사용된다.
이용되는 기상 방법은 예를 들어 중합반응 영역으로서 기계적 교반층 또는 기체 유동층을 이용하는 형태일 수 있다. 중합반응이 유동화 기체의 흐름에 의한상기 다공성 거름판, 유동화 격자에 의해 지지되는 중합체 입자의 유동층을 포함하는 수직 원통형 중합 반응기에서 수행되는 방법이 바람직하다.
층을 유동시키기 위해 이용되는 기체는 중합되는 단량체(들)을 함유하고, 또한 층으로부터 반응열을 제거하기 위한 열교환 매질로서 기능한다. 고온의 기체는 유동층보다 넓은 직경을 가지고, 기체 스트림에서 비말동반된 미세 입자가 중력에 의해 다시 층으로 떨어질 기회를 갖는 속도 감소 영역으로서 또한 알려진 안정화 영역을 통해 통상, 반응기의 상단으로부터 배출된다. 고온의 기체 스트림으로부터 초미세 입자를 제거하기 위해 사이클론(cyclone)을 사용하는 것이 유리할 수도 있다. 이어서 기체는 기체로부터 중합열을 제거하기 위해 하나 이상의 열교환기 및 통상 송풍기나 압축기에 의해 층으로 재순환된다.
냉각된 재순환 기체를 제공해 냉각하는 것 외에, 층을 냉각하는 바람직한 방법은, 증발 냉각 효과를 제공하기 위해 층에 휘발성 액체를 공급하는 것이다. 이 경우에 이용되는 휘발성 액체는 예를 들어 휘발성의 불활성 액체, 예를 들어 탄소수 3 내지 8, 바람직하게는 4 내지 6의 포화 탄화수소일 수 있다. 단량체 또는 공단량체 자체가 휘발성 액체이거나 이러한 액체를 제공하기 위하여 응축될 수 있는 경우, 이는 증발 냉각 효과를 제공하기 위하여 층에 적절하게 공급될 수 있다. 이런 식으로 이용될 수 있는 올레핀 단량체의 예는 탄소수 3 내지 8, 바람직하게는 3 내지 6의 올레핀이다. 휘발성 액체는 고온 유동층에서 증발되어 유동화 기체와 혼합되는 기체를 형성한다. 휘발성 액체가 단량체 또는 공단량체라면, 층 내에서 어느 정도의 중합이 이루어진다. 이어서, 증발된 액체는 고온의 재순환 기체의 일부로서 반응기로부터 배출되고, 재순환 루프(loop)의 압축/열교환 부분으로 들어간다. 재순환 기체는 열교환기에서 냉각되고, 만약 기체가 냉각되는 온도가 이슬점 미만이라면, 액체는 기체로부터 응결한다. 이 액체는 유동층에 연속적으로 재순환되는 것이 바람직하다. 응결된 액체를 재순환 기체 스트림에서 운반되는 액체 방울로서 층에 재순환시키는 것이 가능하다. 이러한 형태의 방법은 예를 들어, EP 89691; 미국 특허 4,543,399; WO 94/25495 및 미국 특허 5,352,749에서 개시되어 있다. 층에 액체를 재순환시키는 특히 바람직한 방법은 바람직하게는 층 내에 액체의 미세 방울을 생성시키는 방법을 사용하여, 재순환 기체 스트림으로부터 액체를 분리하여 층 내로 이 액체를 다시 직접 주입하는 것이다. 이 유형의 방법은 BP Chemicals의 WO 94/28032에 개시되어 있다.
기체 유동층에서 일어나는 중합반응은 촉매의 연속적 또는 반연속적 첨가에 의해 촉매된다. 이러한 촉매는 상기 개시한 대로, 무기 또는 유기 지지 물질 상에 지지될 수 있다. 촉매는 또한 예를 들어, 액체의 불활성 희석제 내에서 소량의 올레핀 단량체를 중합하여, 올레핀 중합체 입자에 박힌 촉매 입자를 함유하는 촉매 조성물을 제공하는 예비 중합 단계를 거칠 수 있다.
중합체는 층 내에서 촉매, 지지된 촉매 또는 예비촉매의 유동화 입자 상에, 단량체 및 하나 이상의 공단량체의 촉매화된 공중합에 의해 유동층에서 직접 생산된다. 중합반응의 시작은 바람직하게는 목표 폴리올레핀과 유사한 수행된 중합체 입자의 층을 사용하고, 촉매, 단량체 및 희석 기체, 수소사슬 전이제, 또는 기상 응축 모드(mode)에서 조작할 때 불활성 응축가능한 기체와 같은 재순환 기체 스트림 내에 포함시키기를 원하는 임의의 다른 기체를 도입하기에 앞서 불활성 기체 또는 질소로 층을 건조시켜 컨디셔닝함으로써 달성된다. 생성된 중합체는 원할 때 유동층으로부터 연속적으로 또는 불연속적으로 배출된다.
본 발명의 실행을 위해 적당한 기상 방법은 바람직하게는 반응기의 반응영역에 반응물을 연속적으로 공급하고, 반응기의 반응영역으로부터 생성물을 제거하여, 반응기의 반응영역 내가 거시적으로 정상상태 환경을 제공하는 연속적 방법이다.
전형적으로, 기상 방법의 유동층은 온도 50 ℃ 초과, 바람직하게는 60 ℃ 내지 110 ℃, 보다 바람직하게는 70 ℃ 내지 110 ℃에서 조작된다.
전형적으로, 중합에 사용되는 단량체에 대한 공단량체의 몰비는 생성되는 조성물에 대해 원하는 밀도에 의존하며, 0.5 이하이다. 바람직하게는, 0.91 내지 0.93의 밀도 범위를 갖는 물질을 생성할 때, 단량체에 대한 공단량체의 비는 0.2 미만, 바람직하게는 0.05 미만, 보다 바람직하게는 0.02 미만, 심지어 0.01 미만일 수 있다. 전형적으로, 단량체에 대한 수소의 비는 0.5 미만, 바람직하게는 0.2 미만, 보다 바람직하게는 0.05 미만, 보다 더 바람직하게는 0.02 미만, 심지어 0.01 미만일 수 있다.
상기 개시된 방법 변수의 범위는 본 발명의 기상 방법에 적당하며, 본 발명의 실행에 적합한 다른 방법에 대해서도 적당할 수 있다.
많은 특허와 특허출원이 본 발명의 방법에 사용하기에 적합한 기상 방법을 개시하고 있는데, 특히 미국 특허 4,588,790; 4,543,399; 5,352,749; 5,436,304; 5,405,922; 5,462,999; 5,461,123; 5,453,471; 5,032,562; 5,028,670; 5,473,028;5,106,804; 및 EP 출원 659,773; 692,500; 및 PCT 출원 WO 94/29032, WO 94/25497, WO 94/25495, WO 94/28032; WO 95/13305; WO 94/26793; 및 WO 95/07942가 있다.
분자량 제어제가 본 조촉매와 조합하여 사용될 수 있다. 이러한 분자량 제어제의 예는 수소, 트리알킬 알루미늄 화합물 또는 다른 공지의 사슬 전이제를 포함한다.
다른 언급이 없다면, 모든 조작은 질소로 채워진 글러브 박스 또는 쉴렝크(Schlenk) 기술을 사용하여 질소 하의 불활성 대기 중에서 수행된다.
시약.Rac-에틸렌-비스(인데닐)Zr(Ⅱ) 1,4-디페닐-1,3-부타디엔 (이하, EBIZr(Ⅱ)라 함), 및Rac-에틸렌-비스(테트라히드로인데닐)Zr(Ⅱ) 1,4-디페닐-1,3-부타디엔 (이하, EBTHIZr(Ⅱ)라 함)을 각각 미국 특허 5,527,929의 실시예 11 및 33에서 개시된 바와 같이 제조했다. (t-부틸아미도)(테트라메틸-η5-시클로펜타디에닐)디메틸실란티타늄(Ⅱ)η4-3-메틸-1,3-펜타디엔 (이하, CGCTi(Ⅱ)라 함)을 미국 특허 5,470,993의 실시예 17에서 개시된 바와 같이 제조했다. 트리스(펜타플루오로페닐)보란은 Boulder Scientific에서 구입하여 추가 정제 없이 사용했다. 비스(수소화 탈로우 알킬)메틸 암모늄 트리스(펜타플루오로페닐)(4-히드록시페닐)보레이트 (이하, HAHB라 함)를 PCT98/27119에서 개시된 바와 같이 제조했다. ISOPARE 탄화수소 혼합물은 Exxon Chemical Company에서 구입했다. 다른 모든 용매는 Aldrich Chemical Company로부터 무수 시약으로 구입했으며, 질소 퍼짐에 의한 정화 및 250 ℃로 밤새 열처리된 상당량의 알루미나의 12 인치 컬럼에 통과시켜 추가 정제를 행했다.
TEA-처리된 ES-70 실리카의 제조. Crosfield ES-70 실리카 200 g 샘플을 공기 중에서 500 ℃로 4 시간 동안 소성하고, 이어서 질소 침전 글러브 박스에 옮겼다. 실리카 20 g 샘플을 헥산 120 ㎖에 슬러리화시키고, 헥산 중 트리에틸알루미늄 1.0 M 용액 30.8 ㎖를 수분에 걸쳐 가했다. 슬러리를 1 시간 동안 방치했다. 이 때, 고체를 프릿(fritted) 깔때기 상에 모으고, 헥산으로 3 회 세척하고 나서, 진공 속에서 건조하였다.
TEA-처리된 948 실리카의 제조. Davison 948 실리카 (Grace-Davison에서 입수가능) 200 g 샘플을 공기 중에서 250 ℃로 4 시간 동안 소성하고, 이어서 질소 침전 글러브 박스에 옮겼다. 실리카 15 g 샘플을 헥산 90 ㎖에 슬러리화시키고, 헥산 중 트리에틸알루미늄 1.0 M 용액 30 ㎖를 수분에 걸쳐 가했다. 첨가속도는 용매 환류를 방지하기에 충분히 느리게 했다. 슬러리는 기계적 진탕기에서 1 시간 동안 교반시켰다. 이 때, 고체를 프릿 깔때기 상에 모으고, 헥산 50 ㎖ 분획으로 3 회 세척하고 나서, 진공 속에서 건조하였다.
스캐빈저의 제조. Crosfield로부터의 ES-70 실리카를 평면 트레이에서 200 ℃로 4 시간 동안 공기 중에서 소성했다. 소성된 실리카를 건조 유리병에 붓고, 재빨리 불활성 대기 글러브 박스로 옮겼다. 건조상자에서 소성된 ES-70 30.0 g을 500 ㎖ 쉴렝크(Schlenk) 플라스크에서 정확하게 중량을 측정하고, 헥산 150 ㎖를 첨가하여 슬러리를 만들었다. 플라스크를 격벽으로 고정하고 탈이온수 0.90 ㎖를첨가한 건조상자로부터 취했다. 플라스크를 손으로 수분간 격렬하게 흔들고 나서, 건조상자에 다시 넣었다. 그 다음, 손으로 플라스크를 돌리면서 헥산 중 1 M TEA 100 ㎖를 주사기로 플라스크에 가했다. 총 첨가시간은 5 분이었다. 플라스크를 손으로 격렬하게 교반시키고, 약 1 시간 동안 방치했다. 처리된 실리카를 프릿 깔때기 상에서 여과하고, 헥산으로 수회 세척했다. 실리카를 쉴렝크 플라스크에 다시 옮기고 실온의 진공 하에서 중량이 일정해질 때까지 건조시켰다.
교반된 건조상 중합반응. 교반된 고정층 2.5 ℓ 오토클레이브에 건조 NaCl 300 g을 침전하고, 300 rpm에서 교반을 시작하였다. 반응기는 에틸렌 7 bar까지 가압시키고, 중합반응 온도까지 가열하였다. 1-헥센 및 수소를 각각 56 및 2로 매스된 질량 분석계에 의해 측정하여, 적당한 ppm 농도까지 도입하였다. 상기 개시된 바와 같이 제조된 스캐빈저를 반응기에 도입하였다. 별도의 용기에서, 지지된 촉매 0.1 g을 추가로 0.5 g의 스캐빈저와 혼합하였다. 이어서 합해진 촉매 및 스캐빈저를 반응기에 주입하였다. 에틸렌 압력은 요구되는 대로, 피드(feed) 상에서 유지했으며, 헥센은 ppm 농도를 유지하기 위해 반응기에 액체로서 공급했다. 온도는 이중 가열 및 냉각 중탕에 의해 조절했다. 90 분 후, 반응기를 감압하고, 염과 중합체를 덤프(dump) 밸브를 통해 제거했다. 중합체를 다량의 증류수로 세척하여 염을 제거하고 나서, 50 ℃에서 건조시켰다.
실시예 1: 단일함침 EBIZr(Ⅱ)/FAB 촉매
Et3Al로 처리한, 상기 개시된 바와 같이 제조된 ES-70 실리카 3.0 g에 톨루엔 8 ㎖ 및 톨루엔 중 0.037 M 에틸렌 EBIZr(Ⅱ) 용액 3.20 ㎖를 가했다. 분말의 유동화가 멎을 때까지 혼합물을 실온으로 진공 하에서 건조시켰다. 2 일 후, 상기 분말 1 g에 트리스(펜타플루오로페닐)보란 0.1 M 용액 0.22 ㎖를 가하고, 균질해질 때까지 분말을 혼합했다. 실리카 공극으로부터는 용매가 건조되지 않았다. 트리스(펜타플루오로페닐)보란 첨가 5 일 후, 촉매는 헥산 농도 3000 ppm, 중합온도 70 ℃, 수소 첨가 없이 상기 개시된 바와 같이 올레핀 중합활성을 시험했다. 촉매 0.1 g의 첨가는 90 분에 걸쳐 순효율 40 g/gHrBar로 16 ℃의 발열 및 동력학 프로파일의 완만한 저하를 보였다.
실시예 2: 이중함침 CGCTi(Ⅱ)/HAHB 촉매
톨루엔 중 0.04 M HAHB 용액 2.5 ㎖에 1.9 M Et3Al 용액 60 ㎕를 가했다. 그 다음 본 용액을 Et3Al로 처리한, 상기 개시된 바와 같이 제조된 Davison 948 실리카 2.5 g에 가했다. 혼합물을 유동성이 없는 분말이 될 때까지 격렬하게 교반하고 나서, 진공 하에서 용매를 제거했다. 그 다음, IsoparE 중 0.2 M CGCTi(Ⅱ) 용액 0.5 ㎖를 건조된 지지 조촉매에 가했다. 혼합물을 다시 교반하고 나서, 용매를 진공 하에서 제거하여, 갈색-녹색 고체를 수득했다. 본 촉매 샘플 0.1 g에 대해, 헥산 농도 3000 ppm 및 수소 농도 800 ppm으로, 상기 개시한 바와 같이 중합 활성을 평가했다. 촉매 주입은 5.5 ℃의 발열을 나타냈다. 초기 발열 후, 적절한 동력학 프로파일의 저하를 보였다. 90 분의 실행 동안의 순활성은 99 g/gHrBar이었다.
실시예 3: 슬러리화 및 건조된 CGCTi(Ⅱ)/HAHB 촉매의 비교예
톨루엔 중 0.040 M HAHB 용액 3 ㎖에 톨루엔 중 1.9 M Et3Al 용액 70 ㎕를 가했다. 이 용액을 30 초간 혼합하고 나서, Et3Al로 처리한, 상기 개시된 바와 같이 제조된, 톨루엔 12 ㎖ 중 Davison 948 실리카 3.0 g에 가했다. 이 슬러리에 톨루엔 중 0.22 M CGCTi(Ⅱ) 용액 0.55 ㎖를 가했다. 합해진 혼합물을 잠깐 (1 분 미만) 슬러리화하고, 용매를 진공 하에서 제거하여, 유동성이 없는 녹/갈색 고체를 수득했다. 촉매 샘플 0.1 g에 대해 상기 실시예 2에서 개시된 것과 동일한 조건 하에서 중합 활성을 평가했다. 촉매 주입은 30 ℃의 발열을 나타냈다. 초기 발열 후, 급격한 동력학 프로파일의 저하를 보였다. 90 분의 실행 동안의 순활성은 53 g/gHrBar이었다.
실시예 4: 이중함침 EBIZr(Ⅱ)/HAHB 촉매
불활성 대기 글러브 박스에서, 상기 개시된 바와 같이 제조한 Crosfield ES-70 실리카 2.0 g을 100 ㎖ 쉴렝크 플라스크 속에서 정확하게 중량을 측정했다. 별도의 용기에서, 톨루엔 중 0.081 M HAHB 1.2 ㎖ 및 1.76 M TEA 60 ㎕를 1 분간 함께 했다. 용액을 주사기에 의해 실리카에 정량적으로 옮기고, 실리카를 교반하여, 균일하고 유동성이 없는 분말을 얻었다. 중량이 일정해질 때까지 실온으로 진공 하에서 용매를 제거했다. 그 다음, 톨루엔 중 0.026 M EBIZr(Ⅱ) 용액 2.5 ㎖를 가하고, 분말이 균일하고 유동성이 없어질 때까지 혼합물을 격렬하게 교반했다. 중량이 일정해질 때까지 실온으로 진공 하에서 용매를 제거했다. 적색 촉매 분말2.0 g을 회수했다. 헥센 농도 8000 ppm 및 수소 첨가 없이 상기 개시한 바와 같이 기상 회분식 중합반응을 70 ℃에서 수행하였다. 0.1 g의 촉매 주입은 7.9 ℃의 발열을 나타냈다. 초기 발열 후, 반응은 안정한 동력학 프로파일과 함께 진행되었다. 90 분의 실행 동안의 순활성은 63 g/gHrBar이었다.
실시예 5: 이중함침 EBTHIZr(Ⅱ)/HAHB 촉매
불활성 대기 글러브 박스에서, 상기 개시된 바와 같이 제조한 Crosfield ES-70 실리카 2.0 g을 100 ㎖ 쉴렝크 플라스크 속에서 정확하게 중량을 측정했다. 별도의 플래쉬(flash)에서, 톨루엔 중 0.081 M HAHB 용액 0.78 ㎖ 및 톨루엔 중 1.76 M TEA 40 ㎕를 합했다. 용액을 주사기를 사용하여 실리카에 정량적으로 옮기고, 균일하고 유동성이 없는 분말이 될 때까지 실리카를 교반했다. 중량이 일정해질 때까지 실온으로 진공 하에서 용매를 제거했다. 그 다음, 톨루엔 중 0.017 M EBTHIZr(Ⅱ) 용액 2.5 ㎖를 가하고, 혼합물을 격렬하게 교반하여 균일하고 유동성이 없는 분말을 얻었다. 중량이 일정해질 때까지 실온으로 진공 하에서 용매를 제거했다. 헥센 농도 8000 ppm 및 수소 850 ppm으로 상기 개시한 바와 같이 기상 회분식 중합반응을 70 ℃에서 수행하였다. 0.05 g의 촉매 주입은 5 ℃의 발열을 나타냈다. 초기 발열 후, 반응은 안정한 동력학 프로파일과 함께 진행되었다. 90 분의 실행 동안의 순활성은 130 g/gHrBar이었다.

Claims (20)

  1. 하기를 포함하는 올레핀 중합 촉매의 제조 방법 :
    A : 30 내지 1000 ℃ 의 온도에서 실리카를 소성하여 소성된 실리카를 생성하고,
    B : 하기 i 내지 iii 으로 이루어진 군으로부터 선택된 처리제와 소성된 실리카를 반응시켜 특정 공극 부피를 갖는 지지체 전구체를 생성하고,
    i. 루이스산 알킬화제,
    ii. 실란 또는 클로로실란 작용화제, 및
    iii. 알루목산 또는 식 AlR1 x'R2 y'(식중, 독립적으로 R1각 경우가 수소화물 또는 R 이고, R2는 수소화물, R 또는 OR 이고, x' 은 2 또는 3 이고, y' 은 0 또는 1 이고 x' 및 y' 의 합은 3 이다) 의 알루미늄 화합물로부터 선택된 알루미늄 성분,
    C : 하기중 하나의 혼화성 용매중 제 1 용매에 지지체 전구체를 적용하고 임의로 혼화성 용매를 제거하여 지지된 전촉매를 생성하고 :
    (1) 원소 주기율 표의 3-10 족 금속의 착물 또는
    (2) α-올레핀의 중합용 (C) (i) 의 착물을 활성화할 수 있는 비중합성, 비올리고머성 착물로 이루어진 군으로부터 선택된 조촉매,
    D. 지지된 전촉매를 (C) 의 촉매 또는 조촉매이외의 것들과 혼화성인 용매에제 2 용액에 첨가하여 지지된 촉매를 생성하고, 이때 제 2 용액은 지지체 전구체의 공극 부피의 100 퍼센트를 초과하지 않도록 하는 양으로 제공되고 ; 및
    E. 임의로 지지된 촉매로부터 혼화성 용매를 제거하여 회수된 지지된 촉매계를 생성함.
  2. 제 1 항에 있어서, (C) 의 제 1 용액은 지지체 전구체의 공극 부피의 100 퍼센트를 초과하지 않도록 하는 양으로 제공되고, 및 단계 (C) 의 혼화성 용매는 감압하에, 가열에 의해 지지된 전촉매 또는 그의 배합물로부터 제거하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, (C) 의 제 1 용액은 지지체 전구체의 공극 부피의 100 퍼센트를 초과하지 않도록 하는 양으로 제공되고, 및 단계 (C) 의 혼화성 용매의 임의 제거를 사용하지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 단계 (C) 가 하기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법 :
    (i) 혼화성 용매중 지지체 전구체의 슬러리를 형성하고,
    (ii) 슬러리에, 단계 (C)(1) 의 착물 또는 단계 (C)(2) 의 조촉매를 첨가하여 전촉매 슬러리를 형성하고, 및
    (iii) 전촉매 슬러리로부터 혼화성 용매를 제거하여 지지된 전촉매를 형성하는 단계.
  5. 제 1 항에 있어서, 3-10 족 금속 착물이 LlMXmX'nX"p또는 그의 이량체인 것을 특징으로 하는 방법 :
    (식중, L 은 50 이하의 비수소 원자를 함유하는 음이온성, 비편재화된, M 에 결합된 π-결합된 기이고, 임의로 두개의 L 기는 하나이상의 치환체를 통해 서로 결합되어 그로인해 브리지 구조를 형성할 수 있고, 추가로 임의로 하나의 L 은 하나이상의 L 의 치환체를 통해 X 에 결합될 수 있고 ;
    M 은 +2, +3, 또는 +4 정규 산화 상태중 원소 주기율표의 4 족 금속이고 ;
    X 는 L 과 함께 M 을 가진 메탈로사이클을 형성하는 50 이하의 비수소 원자의 임의의 2 가 치환체이고 ;
    X' 는 20 이하의 비수소 원자의 임의의 중성 루이스 염기이고 ;
    X" 각 경우는 40 이하의 일가, 음이온성 부분이고, 임의로, 두개의 X' 기는 M양쪽의 원자가 모두 M 에 결합된 2 가 2 이온성 부분을 함께 공유 결합으로 형성할 수 있거나, 또는 M (이때, M 은 +2 산화 상태에 있다) 에 π-결합된 중성이고, 공액결합되거나 또는 비공액결합된 디엔을 형성할 수 있거나, 추가로 임의로 하나이상의 X" 및 하나이상의 X' 기는 서로 함께 결합하여 그로인해 M 에 공유결합되고 거기에 루이스 염기 관능성에 의해 배위결합될 수 있고 ;
    l 은 1 또는 2 이고 ;
    m 은 0 또는 1 이고 ;
    n 은 0 내지 3 의 수이고 ;
    p 는 0 내지 3 의 정수이고 ; 및
    합, l+m+p 는 M 의 정규 산화 상태와 같다).
  6. 제 5 항에 있어서, 3-10 족 금속 착물이 다리기에 의해 연결된 두개의 L 기를 함유하고, 이때 다리기는 식 (ER* 2)x(식중, E 는 규소 또는 탄소이고, 독립적으로 R*각 경우는 수소 또는 실릴, 히드로카르빌, 히드로카르빌옥시 및 그의 배합물로부터 선택된 기이고, 상기 R*는 탄소수 30 이하 또는 규소 원자이고, x 는 1 내지 8 이다) 에 해당하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 5 항에 있어서, 3-10 족 금속 착물이 하기 화학식에 해당하는 것을 특징으로 하는 방법 :
    (식중, M 은 +2 또는 +4 의 정규 산화 상태에서, 티타늄, 지르코늄 또는 하프늄이고, 바람직하게는 지르코늄 또는 하프늄이고 ;
    독립적으로 R3각 경우는 수소, 히드로카르빌, 실릴, 게르밀, 시아노, 할로 및 그의 배합물로부터 선택된 것이고, 20 이하의 비수소 원자를 갖는 상기 R3또는 근접한 R3는 함께 2 가 유도체 (즉, 히드로카르바디일, 실라디일 또는 게르마디일기) 를 형성하여 그로인해 접합 고리계를 형성하고, 및
    독립적으로 X" 각 경우는 40 이하의 비수소 원자의 음이온성 리간드기이거나 또는 두개의 X" 기는 함께 40 이하의 비수소 원자의 2 가 음이온성 리간드기를 형성하거나 또는 함께 M 을 가진 π-결합을 형성하는 4 내지 30 의 비수소 원자를 갖는 공액 디엔이고, 이때 M 은 정규 +2 산화 상태이고, 및
    R*, E 및 x 는 상기 정의된 바와 같다).
  8. 제 1 항에 있어서, 3-10 족 금속 착물이 LlMXmX'nX"p또는 그의 이량체인 것을 특징으로 하는 방법 :
    (식중, L 은 50 이하의 비수소원자를 갖는, 음이온성, 비편재화된, π-결합기이고 ;
    M 은 +2, +3, 또는 +4 정규 산화 상태중 원소 주기율표의 4 족 금속이고 ;
    X 는 L 과 함께 M 을 가진 메탈로사이클을 형성하는 50 이하의 비수소 원자의 임의의 2 가 치환체이고 ;
    X' 는 20 이하의 비수소 원자의 임의의 중성 루이스 염기이고 ;
    X" 는 각각 20 이하의 일가, 음이온성 부분이고, 임의로, 두개의 X" 기는 M에 양쪽의 원자가 모두 결합된 2 가 음이온성 부분 중성 C5-30공액결합된 디엔을 형성할 수 있고, 추가로 임의로 X" 및 X' 는 서로 함께 결합하여 그로인해 M 에 양쪽 모두 공유결합되고 거기에 루이스 염기 관능성에 의해 배위결합될 수 있고 ;
    l 은 1 또는 2 이고 ;
    m 은 1 이고 ;
    n 은 0 내지 3 의 수이고 ;
    p 는 1 내지 2 의 정수이고 ; 및
    합, l+m+p 는 M 의 정규 산화 상태와 같다).
  9. 제 8 항에 있어서, 금속 착물이 하기 화학식에 해당하는 것을 특징으로 하는 방법 :
    (식중, M 은 +2 또는 +4 정규 산화 상태에서, 티타늄 또는 지르코늄이고 ;
    독립적으로 R3각 경우는 수소, 히드로카르빌, 실릴, 게르밀, 시아노, 할로및 그의 배합물로부터 선택된 것이고, 20 이하의 비수소 원자를 갖는 상기 R3또는 근접한 R3기는 함께 2 가 유도체 (즉, 히드로카르바디일, 실라디일 또는 게르마디일기) 를 형성하여 그로인해 접합 고리계를 형성하고,
    각 X" 는 할로, 히드로카르빌, 히드로카르빌옥시 또는 실릴기이고, 상기 20 이하의 비수소 원자를 갖는 기, 또는 두개의 X" 기는 함께 C5-30공액디엔을 형성하고 ;
    Y 는 -O-, -S-, -NR*-, -PR*- 이고 ; 및
    Z 는 SiR* 2, CR* 2, SiR* 2SiR* 2, CR* 2CR* 2, CR*=CR*, CR* 2SiR* 2또는 GeR* 2(식중, R*는 상기 정의된 바이다) 이다).
  10. 제 1 항에 있어서, 조촉매는 하기 화학식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 방법 :
    (L*-H)d +(A')d-
    (식중, L*는 중성 루이스 염기이고 ;
    (L*-H)+는 브뢴스테드 산이고 ;
    A'd-는 d- 의 전하를 가진, 비배위성, 혼화성 음이온이고, 및
    d 는 1 내지 3 의 정수이다).
  11. 제 1 항에 있어서, 조촉매는 하기 화학식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 방법 :
    (L*-H)+(BQ4)-;
    (식중, L*는 상기 정의된 바와 같고;
    B는 정규산화상태 3에 있는 붕소이며;
    Q는 Q가 하나 이하의 경우 히드로카르빌이라는 전제하에, 비수소 원자가 20 이하인 히드로카르빌-, 히드로카르빌옥시-, 불소화 히드로카르빌-, 불소화 히드로카르빌옥시-, 또는 불소화 실릴히드로카르빌- 기이다).
  12. 제 1 항에 있어서, 조촉매가 양이온성 산화제의 염 및 하기 화학식으로 표현되는 비배위성 혼화성 음이온의 염을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법 :
    (Oxe+)d(A'd-)e,
    (식중, Oxe+는 전하 e+를 갖는 양이온성 산화제이고;
    e는 1 내지 3의 정수이며;
    A'd-는 d- 의 전하를 가진, 비배위성, 혼화성 음이온이고, 및
    d 는 1 내지 3 의 정수이다).
  13. 제 1 항에 있어서, 조촉매가 카르베늄 이온의 염 및 하기 화학식으로 표현된 비배위성, 혼화성 음이온을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법 :
    ⓒ+A'-
    (식중, ⓒ+는 C1-20카르베늄 이온이고;
    A'-는 전하 -1을 갖는 비배위성 혼화성의 음이온이다).
  14. 제 1 항에 있어서, 조촉매가 실릴륨 이온의 염 및 하기 화학식으로 표현된 비배위성, 혼화성 음이온을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법 :
    R3Si(X')A'-
    (식중, R은 C1-10의 히드로카르빌이고;
    X'은 수소 또는 R이며;
    A'-는 전하 -1을 갖는 비배위성 혼화성의 음이온이다).
  15. 제 1 항에 있어서, 지지체 전구체가 질소 흡착에 의해 측정된, 0.1 내지 3 cm3/g 의 공극 부피를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 1 항에 있어서, 소성된 실리카와 처리제의 반응이 하기를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법 :
    (a) 슬러리를 얻기 위해 소성된 실리카에 충분한 용매를 첨가하고;
    (b) 처리된 지지체를 형성시키기 위해 슬러리에 소성된 실리카 g 당 0.1 내지 5 mmol 처리제를 첨가하고;
    (c) 미반응 처리제를 제거하여 세척된 지지체를 형성시키기 위해 처리된 지지체를 세척하며,
    (d) 열 및/또는 감압 하에 놓아 세척된 지지체를 건조하는 단계.
  17. 제 1 항에 있어서, 지지체 전구체가 지지체 전구체의 OH 1g 당 2 mmol 미만의 잔류 히드록실 함량을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 1 항에 있어서, 하나이상의 지지된 전촉매 또는 지지된 촉매를 하기중 하나이상에 의해 처리하는 것을 특징으로 하는 방법 :
    a. 거기에 0.05 내지 150 Torr 의 진공을 적용하거나 또는
    b. 0 내지 60 ℃ 의 온도로 가열함.
  19. 하기를 포함하는 1 종 이상의 α-올레핀 단량체의 중합 방법 :
    A. 하기에 의해 지지된 촉매를 제조하고 :
    i. 30 ℃ 내지 1000 ℃ 의 온도에서 실리카를 소성하여 소성된 실리카를 생성하고,
    ii. 하기로 구성된 군으로부터 선택된 처리제와 소성된 실리카를 반응시켜 특정 공극 부피를 갖는 지지체 전구체를 생성하고 :
    (a) 루이스산 알킬화제,
    (b) 실란 또는 클로로실란 작용화제, 및
    (c) 알루목산 또는 식 AlR1 x'R2 y'(식중, 독립적으로 R1각 경우가 수소화물 또는 R 이고, R2는 수소화물, R 또는 OR 이고, x' 은 2 또는 3 이고, y' 은 0 또는 1 이고 x' 및 y' 의 합은 3 이다) 의 알루미늄 화합물로부터 선택된 알루미늄 성분,
    iii. 지지체 전구체를 하기중 하나의 혼화성 용매중 제 1 용액에 적용하고 및 임의로 혼화성 용매를 제거하여 지지된 전촉매를 생성하고 :
    (a) 원소 주기율표의 3-10 족의 금속의 착물 또는
    (b) α-올레핀 중합용 (C) (i) 의 착물을 활성화할 수 있는 비중합성, 비올리고머성 착물로 구성된 군으로부터 선택된 조촉매 ;
    iv. 회수된 지지된 전촉매에 (C) 의 촉매 또는 조촉매 이외의 것들과 혼화성 용매중 제 2 용액을 첨가하여 지지된 촉매를 생성하고, 이때 제 2 용액은 지지체 전구체의 공극 부피의 100 퍼센트를 초과하지 않도록 하는 양으로 제공되고 ; 및
    v. 임의로 지지된 촉매로부터 혼화성 용매를 제거하여 회수된 지지된 촉매 계를 생성하고 ;
    B. 기상 중합 반응기를 중합될 하나이상의 α-올레핀 단량체와 함께 가압하고 ;
    C. 회수된 지지된 촉매계를 기상 중합 반응기에 도입하고 ;
    D. 회수된 지지된 촉매계를 활성화하고 ; 및
    E. 반응기로부터 중합된 생성물을 회수함.
  20. 제 19 항에 있어서, 추가로, 반응기에 각 히드로카르빌기중 탄소수 1 내지 10 의 트리(히드로카르빌)알루미늄 화합물, 올리고머성 또는 중합성 알루목산 화합물, 각 히드로카르빌 또는 히드로카르빌옥시기중 탄소수 1 내지 10 의 디(히드로카르빌)(히드로카르빌옥시)알루미늄 화합물, 또는 전술한 화합물의 혼합물을 제공하며, 이때 이러한 제공이 회수된 지지된 촉매계의 반응기에 도입되기전, 도입되는 동안 또는 도입된 후에 발생하는 것을 특징으로 하는 방법.
KR1020017008448A 1998-12-30 1999-12-06 감소된 양의 용매를 이용한 지지된 중합 촉매의 제조 방법및 중합방법 KR100572541B1 (ko)

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