KR20130043605A - 혼합 마그네슘 디알콕시드 입상물, 그 합성 방법 및 그 이용 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 평균 입자 직경 50~500㎛의 입상 금속 마그네슘과, 에틸알코올 및 탄소수 3~6의 알코올 중 어느 1종 이상으로 이루어지는 2종 이상의 알코올을 직접 고액 반응시킨 마그네슘 디에톡시드가 포함되어 있고, 에톡시드 이외의 알콕시드 함유량이 전체의 2.5~15몰%이며, D50으로 나타내는 평균 입자 직경이 20~100㎛, 부피 밀도가 0.4g/ml 이상인 혼합 마그네슘 디알콕시드 입상물에 관한 것이다. 이러한 혼합 마그네슘 디알콕시드는 프로필렌 등의 올레핀용 중합 촉매 성분으로서 이용되고, 파괴 강도가 크며, 중합 촉매를 조제하였을 때의 촉매 취득 수율이 높고, 중합 활성도 높다.
Description
본 발명은 올레핀 중합용 고체 촉매 성분 등에 이용되는 마그네슘 디알콕시드 입상물의 합성 방법에 관한 것이다.
마그네슘 디에톡시드는 프로필렌 등의 올레핀류의 중합용 고체 촉매 성분으로서 사용되고 있다. 중합에 의하여 얻어지는 폴리프로필렌의 형상은 중합 촉매의 형상과 닮은꼴이 되므로, 일반적으로 사용되고 있는 마그네슘 디에톡시드는 구형 또는 타원형이고, 중합 촉매의 강도 등과의 비율에서 실용 단계에 있는 것은 D50으로 나타나는 평균 입자 직경이 수십 ㎛, 통상적으로 60㎛ 이하인 것이 이용되고 있다.
금속 마그네슘과 에틸알코올의 직접 반응에 의하여 구형 또는 타원형의 마그네슘 디에톡시드를 합성하는 방법은 일본공고특허공보 평07-020898호 등에 의하여 오래전부터 알려져 있었는데, 이러한 방법은 부피 밀도가 큰 생성물을 합성하는 것이 어렵고, 평균 입자 직경이 큰 것은 강도가 부족하며, 올레핀류의 중합용 고체 촉매 성분으로서 이용한 경우에 그 조제 과정에서 분쇄·미분화가 일어나서, 결과적으로 촉매 수율이 나빠지고, 촉매도 고가가 되어버리므로, 중합 활성이 뛰어남에도 불구하고, 올레핀류의 중합용 고체 촉매 성분으로는 가격이 낮은 염화 마그네슘 등이 널리 사용되고 있다. 또한, 얻어진 촉매 자체의 강도도 부족해지기 쉬우므로, 특히 유동상(流動床)에서 사용하는 경우에는 문제가 발생하기 쉽다.
국제공개공보 WO2005/102973에는, 금속 마그네슘의 디에톡시드와 다른 디알콕시드의 혼합물인 혼합 마그네슘 디알콕시드가 기재되어 있지만, 이러한 혼합 마그네슘 디알콕시드의 부피 밀도에 대해서는 기재되어 있지 않다.
또한, 미국특허 제6855656호의 명세서에는, 마찬가지로 혼합 마그네슘 디알콕시드가 기재되어 있지만, 그 부피 밀도는 실시예에서 0.30, 0.31이다. 그리고, 이 문헌의 비교예 1에는 부피 밀도 0.41이라는 기재가 있지만, 이것은 마그네슘 디에톡시드의 분쇄품의 부피 밀도이다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해서, 높은 부피 밀도를 가지고, 파괴 강도가 높은 신규 마그네슘 디알콕시드의 합성법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 종래의 마그네슘 디에톡시드 단독을 이용한 경우보다 중합 활성이 높은 올레핀용 중합 촉매 성분의 제공을 목적으로 한다.
본 발명은, 평균 입자 직경 50~500㎛의 입상 금속 마그네슘과, 에틸알코올 및 탄소수 3~6의 알코올 중 어느 1종 이상으로 이루어지는 2종 이상의 알코올을 직접 고액(solid-liquid) 반응시키고, 마그네슘 디에톡시드 및 마그네슘 디에톡시드 이외의 마그네슘 디알콕시드를 포함하며, 에톡시드 이외의 알콕시드 함유량이 전체의 2.5~15몰%이고, D50으로 나타내는 평균 입자 직경이 10~100㎛, 부피 밀도가 0.4g/ml 이상인 혼합 마그네슘 디알콕시드 입상물 및 그 합성 방법이다.
에틸알코올과 함께 이용되는 또 다른 1종의 알코올은, 구체적으로는 n-프로필알코올, 이소프로필알코올, n-부틸알코올, 이소부틸알코올, t-부틸알코올, 펜탄올, 시클로헥실알코올, 페놀 등을 들 수 있는데, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 특히 이소프로필알코올, n-프로필알코올이 바람직하다. 메틸알코올은 얻어진 혼합 마그네슘 알콕시드를 이용한 올레핀용 중합 촉매의 중합 활성을 저하시키기 때문에 반응제로서도 용매로서도 이용하는 것은 바람직하지 않다.
사용하는 2종 이상의 알코올 중, 에틸알코올과 그 밖의 알코올의 몰 비율은 97~85:3~15(합계 100)가 바람직하고, 특히 97~87:3~13(합계 100)의 혼합 알코올이 바람직하게 이용된다. 그 밖의 알코올의 사용 비율이 3몰%에 미치지 않을 때에는 혼합 마그네슘 디알콕시드 중의 디에톡시드 이외의 알콕시드의 함유 비율이 2.5몰%에 도달하지 않고, 그 경우의 생성물의 부피 밀도를 0.4g/ml 이상으로 할 수 없다. 또한, 그 밖의 알코올의 사용 비율이 15몰%를 넘으면, 생성물의 입상물로의 응집이 어려워져서, 0.4g/ml 이상의 부피 밀도의 것을 얻는 것이 더욱 불가능하다.
2종의 알코올로서는 에틸알코올과 이소프로필알코올 혹은 n-프로필알코올을 이용하는 것이 특히 바람직하다. 이러한 2종의 알코올을 이용한 경우에 생성되는 마그네슘 디알콕시드는 마그네슘 디에톡시드와 마그네슘 디프로폭시드의 혼합물로 이루어지고, 그 생성 비율은 사용한 혼합 알코올의 비율에 거의 비례한다.
금속 마그네슘의 평균 입자 직경은 50~500㎛, 특히 100~250㎛의 것이 바람직하고, 이러한 입상 금속 마그네슘과, 에틸알코올 및 이소프로필알코올 등의 그 밖의 지방족 알코올로 이루어지는 2종 이상의 알코올을 에틸알코올의 비율이 97~85몰%가 되는 사용 비율로 이용하며, 입상 금속 마그네슘과 2종의 알코올의 반응계로의 최종 첨가 비율을 몰비로 금속 마그네슘/2종의 알코올=1/3~30으로 하고, 알코올의 환류 하에서 직접 반응시킴으로써, 알콕시드 전체 중 n-프로폭시드 혹은 이소프로폭시드의 함유량이 2.5~13.0몰%이며, D50으로 나타내는 평균 입자 직경이 20~80㎛의 범위인 입상을 나타내고, 부피 밀도가 0.4g/ml 이상인 혼합 마그네슘 디알콕시드 입상물을 바람직하게 합성할 수 있다.
이렇게 해서 얻어진 혼합 마그네슘 디알콕시드 입상물은, 이것을 고체 촉매 성분으로 하고, 사염화티탄 등의 4가 티탄 화합물 및 디부틸프탈레이트, 시클로헥실메틸디메톡시실란 등의 전자 공여성 화합물(도너)을 이용하여 폴리올레핀용 중합 촉매를 제조할 수 있다. 이들에 트리에틸알루미늄 등의 유기 알루미늄 화합물을 사용하여, 올레핀 가스에서 슬러리 중합에 의하여 올레핀을 중합한다.
본 발명의 합성법은, 혼합 알코올을 사용함으로써 강도가 큰 마그네슘 디알콕시드가 얻어지기 때문에, 올레핀 중합 촉매용에 이용하였을 때, 그 조제 공정에서의 파괴가 적어서 촉매 취득 수율을 높일 수 있다. 그리고, 그러한 촉매의 중합 활성은 종래품과 비교하여 25% 정도 활성이 향상되어, 얻어지는 폴리올레핀의 수율을 25% 증가시킬 수 있다. 더욱이, 얻어진 중합 촉매의 강도는 종래의 마그네슘 디에톡시드 단독 사용품보다 커지므로, 폴리올레핀 등에 있어서 종래법에서의 촉매 조제시의 붕괴 등을 방지하여, 결과적으로 폴리올레핀의 수율 증대와 얻어지는 폴리올레핀의 입상의 붕괴 방지로 이어진다. 또한, 유동상 중합법을 채용하였을 때의 촉매 손실이 적어, 트러블도 적게 할 수 있다.
사용하는 금속 마그네슘의 평균 입자 직경은 특히 100~250㎛의 것이 바람직하고, 이러한 입상 금속 마그네슘과, 에틸알코올 및 이소프로필알코올의 중량비로 에틸알코올의 몰 비율이 97~85%가 되는 2종의 알코올을 입상 금속 마그네슘과 2종 알코올의 반응계로의 최종 첨가 비율이 금속 마그네슘/2종 알코올(몰비)=1/3~30으로 하며, 알코올의 환류 하에서 직접 반응시킴으로써, D50으로 나타내는 평균 입자 직경이 10~80㎛, 바람직하게는 20~80㎛의 범위의 입상을 나타내고, 부피 밀도가 0.4g/ml 이상인 혼합 마그네슘 디알콕시드 입상물을 바람직하게 합성할 수 있다.
본 발명에 있어서는, 혼합 마그네슘 디알콕시드 입상물의 부피 밀도는 0.4 이상, 바람직하게는 0.41 이상, 더욱 바람직하게는 0.42 이상이고, 또한 바람직하게는 0.6 이하, 더욱 바람직하게는 0.5 이하이다. 부피 밀도가 큰 혼합 마그네슘 디알콕시드 입상물은 이것을 이용하여 올레핀 중합용 촉매를 제조할 때의 분쇄 손실이 적으며, 따라서 촉매 취득 수율이 높은 효과를 가져온다. 그리고, 얻어지는 중합용 촉매의 강도도 크기 때문에, 올레핀의 기상 중합용으로 유리하게 사용할 수 있는 것이 기대된다.
여기에서 사용하는 D50은, 입상물의 입자 직경 분포를 측정하여, 입상물 중량의 누적값이 50중량%가 되었을 때의 입자 직경(㎛)을 가리키는 것이고, 그 수치는 입상물 전체의 입자 직경의 중간값을 나타내게 되는 것이다. D10 및 D90도 마찬가지로 누적값이 각각 10%, 90%가 되었을 때의 입자 직경을 가리킨다.
본 발명에 사용되는 금속 마그네슘은, D50의 평균 입자 직경이 50~500㎛인 것으로, (D90-D10)/D50으로 나타내는 입자도 분포가 2 이하인 미립자 형상의 것이 가장 적합하게 이용된다. 이러한 금속의 형상은 분말 형상, 절삭 형상 등의 각종의 것이 사용되고 있는데, 금속 입자 표면의 산화를 가능한 한 적게 한 불활성 가스(질소 등) 분위기 하에서 보존하고 있는 것이나, 금속 표면의 반응에 영향을 미치지 않는 용제 등으로 처리하여 입자 표면의 산화를 방지한 것이 적합하다.
본 발명에서 에틸알코올과 함께 사용되는 알코올은, 탄소수 3~6의 알킬기, 시클로알킬기 또는 방향족 알킬기를 가지는 것이면 좋고, 바람직하게는 탄소수 3~6의 지방족 알코올, 특히 n-프로필알코올이며, 더욱 바람직하게는 탄소수 3~6의 지방족 분기 알코올, 특히 이소프로필알코올이다.
금속 마그네슘과 2종의 알코올의 반응은, 금속 마그네슘이 존재하는 반응계에 2종의 알코올을 소정 비율로 혼합한 혼합액을 처음부터 첨가하여 반응을 개시하여도 좋고, 처음에는 에틸알코올만 반응계에 첨가하고, 발열이나 수소 발생에 의한 반응 개시가 확인된 후에 2종의 혼합 알코올을 첨가하여도 좋다. 금속 마그네슘에 대한 2종의 알코올의 합계 사용량은 중량비로 3/1~30/1이다. 마그네슘양에 대하여 2종의 알코올양이 3배를 밑돌면 원활한 반응이 진행되지 않아, 금속 마그네슘의 미반응물의 잔존, 입자 직경의 제어를 할 수 없다. 또한, 30배를 넘으면 반응에 의하여 형성된 입자에 많은 알코올이 포함되게 되어, 건조시에 알코올이 증류되어 입자 내에 틈이 많이 발생하여, 부피 밀도가 낮은 입자가 만들어지므로 적합하지 않다.
본 발명의 혼합 마그네슘 디알콕시드 입상물은, 입자 직경이 1~10㎛인 구형, 타원형, 비늘 형상 또는 바늘 형상인 혼합 마그네슘 디알콕시드의 1차 입자가 응집한 다공질의 것으로 이루어져 있다.
본 발명의 마그네슘 디알콕시드의 합성 반응에 있어서는 촉매를 사용하는 것이 바람직하다. 촉매로는 할로겐화 알킬, 금속 할로겐화물이나 요오드 등이 사용된다. 사용량은 금속 마그네슘에 대하여 0.1~20.0질량%이고, 바람직하게는 0.5~10.0 질량%가 적합하다. 촉매는 반응 개시시에 부가하는 방법에 가장 좋은데, 원료의 분할 첨가와 함께 부가하여 반응을 시켜도 좋다.
반응계로의 금속 마그네슘과 2종의 알코올의 첨가 방법은, 분할 첨가 및 연속 첨가 중 어느 것이어도 좋다. 첨가는 10~1200분간에 걸쳐서 행하고, 분할 첨가의 경우에는 적절한 횟수로 나누어 하면 좋은데, 5회 이상으로 하는 것이 바람직하며, 에틸알코올 이외의 알코올의 첨가는 전체 반응 시간 중의 절반까지의 단계에서 첨가 종료로 하는 것이 바람직하다. 반응으로의 분할 첨가는 알코올의 환류 하에서 행한다. 첨가의 비율은 임의의 비율로 하여도 좋다.
반응은 알코올의 환류 하에서 이루어진다. 교반 속도는 20~600rpm이고, 교반 속도는 목적으로 하는 입자 직경 및 부피 밀도에 따라서 다르다. 반응 시간은 원료의 첨가 시간을 포함하여 10~1200분간이다. 바람직한 반응 시간은 원료의 첨가 시간을 포함하여 60~240분간이다. 반응의 종결은 수소의 발생 종료로 알 수 있는데, 반응 종결 후에 50~120℃의 온도 범위에서 30~90분의 숙성 교반을 하는 것이 바람직하다.
실시예
다음에 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명하는데, 본 발명은 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다. 여기에서 '부'는 질량부를 의미한다. 또한, IPA는 이소프로필알코올, n-PA는 n-프로필알코올을 의미한다.
실시예 1
H2 유량용 가스 미터, 환류용 냉각기, 온도계, 교반기를 구비한 반응 용기 내를 N2로 충분히 치환한 후에 에틸알코올 200.0부 및 IPA 27.0부를 부가하고, 실온에서 100~300rpm의 교반 속도로 교반하였다. 회전 속도가 안정된 후에 촉매로서의 요오드 3.0부, 원료의 금속 마그네슘 6.0부를 에틸알코올 50.0부와 함께 교반 하에서 부가하고, 실온 하에서 다시 30분간 교반하였다. 기름 중탕을 이용해서 가열하여 온도를 상승시키고, 알코올 환류 하에서 15분간 반응시켰다. 그 후에 교반 조건 및 온도 조건을 일정하게 한 상태로 금속 마그네슘 4.8부와 에틸알코올 20.0부를 20~3분 간격으로 5회 부가한 후에, 100분간 알코올 환류 하에서 반응시켜서 H2의 발생이 없는 것을 확인하고, 에틸 알코올 50.0부를 부가하여 반응을 종료하였다. 이때의 금속 마그네슘의 총 첨가량은 30.0부, 에틸알코올의 총 첨가량은 400부(95.0몰%), IPA의 총 첨가량은 27.0부(5.0몰%)이고, 총 반응 시간은 180분이었다. 얻어진 반응액을 회전 증발기(rotary evaporator)로 이동시키고, 60℃, 100mmHg의 조건 하에서 에틸알코올을 증발시켜서 건조된 혼합 마그네슘 디알콕시드 121.3부를 얻었다. 얻어진 입상물은 D50 53.6㎛, D10 18.4㎛, D90 251.4㎛의 입자 직경을 나타내고, (D90-D10)/D50으로 나타나는 입자도 분포는 4.35이었다. 부피 밀도는 0.456g/ml(JIS K-51011-12-1(2004)에 준거하여 측정)를 나타냈다. 또한, 입자 직경 및 입자도 분포의 측정은 마이크로 트랙 MT-3200(닛키소 가부시키가이샤)로 수행하였다.
실시예 2
H2 유량용 가스 미터, 환류용 냉각기, 온도계, 교반기를 구비한 반응 용기 내를 N2로 충분히 치환한 후에 에틸알코올 180.0부를 부가하고, 실온에서 100~300rpm의 교반 속도로 교반하였다. 회전 속도가 안정된 후에 촉매로서의 요오드 3.0부, 원료의 금속 마그네슘 6.0부를 에틸알코올 50.0부와 함께 교반하여 부가하고, 실온 하에서 다시 30분간 교반하였다. 기름 중탕을 이용해서 가열하여 온도를 상승시키고, 알코올 환류 하에서 15분간 반응시켰다. 그 후에 교반 조건 및 온도 조건을 일정하게 한 상태로 금속 마그네슘 4.8부와 에틸알코올 0.4부 및 IPA 27.0부를 부가한 후에 다시 금속 마그네슘 4.8부와 에틸알코올 20.0부를 20~3분 간격으로 4회 부가한 후, 100분간 알코올 환류 하에서 반응시켜서 H2의 발생이 없는 것을 확인하고 에틸알코올 50.0부를 부가하여 반응을 종료하였다. 이때의 금속 마그네슘의 총 첨가량은 30.0부, 에틸알코올의 총 첨가량은 400부(95.0몰%), IPA의 총 첨가량은 27.0부(5.0몰%), 총 반응 시간은 180분이었다. 얻어진 반응액을 회전 증발기로 이동하고, 60℃, 100mmHg의 조건 하에서 에틸알코올을 증발시켜서, 건조된 혼합 마그네슘 디알콕시드 122.1부를 얻었다. 얻어진 입상물은 D50 40.5㎛, D10 20.3㎛, D90 167.5㎛의 입자 직경을 나타내고, (D90-D10)/D50으로 나타나는 입자도 분포는 3.63이었다. 부피 밀도는 0.437g/ml(JIS K-51011-12-1(2004)에 준거하여 측정)를 나타냈다. 또한, 입자 직경 및 입자도 분포의 측정은 마이크로 트랙 MT-3200(닛키소 가부시키가이샤)로 수행하였다.
실시예 3
H2 유량용 가스 미터, 환류용 냉각기, 온도계, 교반기를 구비한 반응 용기 내를 N2로 충분히 치환한 후에 에틸알코올 200.0부 및 n-PA 27.0부를 부가하고, 실온에서 100~300rpm의 교반 속도로 교반하였다. 회전 속도가 안정된 후에 촉매로서의 요오드 3.0부, 원료의 금속 마그네슘 6.0부를 에틸알코올 50.0부와 함께 교반 하에서 부가하며, 실온에서 다시 30분간 교반하였다. 기름 중탕을 이용해서 가열하여 온도를 상승시키고, 알코올 환류 하에서 15분간 반응시켰다. 그 후에 교반 조건 및 온도 조건을 일정하게 한 상태로 금속 마그네슘 4.8부와 에틸알코올 20.0부를 20~3분 간격으로 5회 부가한 후에, 100분간 알코올 환류 하에서 반응시켜서 H2의 발생이 없는 것을 확인하고 에틸알코올 50.0부를 부가하여 반응을 종료하였다. 이때의 금속 마그네슘의 총 첨가량은 30.0부, 에틸알코올의 총 첨가량은 400.0부(5.0몰%), n-PA의 총 첨가량은 27.0부(5.0몰%), 총 반응 시간은 180분이었다. 얻어진 반응액을 회전 증발기로 이동시키고, 60℃, 100mmHg의 조건 하에서 에틸알코올을 증류하여, 건조된 혼합 마그네슘 디알콕시드 120.1부를 얻었다. 얻어진 입상물의 D50 45.6㎛, D10 20.4㎛, D90 200.4㎛의 입자 직경을 나타내고, (D90-D10)/D50으로 나타나는 입자도 분포는 3.94이었다. 부피 밀도는 0.466g/ml(JIS K-51011-12-1(2004)에 준거하여 측정)를 나타냈다. 또한, 입자 직경 및 입자도 분포의 측정은 마이크로 트랙 MT-3200(닛키소 가부시키가이샤)로 수행하였다.
실시예 4
H2 유량용 가스 미터, 환류용 냉각기, 온도계, 교반기를 구비한 반응 용기 내를 N2로 충분히 치환한 후에 에틸알코올 205.9부 및 IPA 19.2부를 부가하고, 실시예 1과 마찬가지로 하였다. 에틸알코올의 총 첨가량은 405.9부(96.5몰%), IPA의 총 첨가량은 19.2부(3.5몰%)이었다. 얻어진 입상물의 D50 21.6㎛, D10 6.7㎛, D90 90.8㎛의 입자 직경을 나타내고, (D90-D10)/D50으로 나타나는 입자도 분포는 3.90이었다. 부피 밀도는 0.461g/ml(JIS K-51011-12-1(2004)에 준거하여 측정)를 나타냈다. 또한, 입자 직경 및 입자도 분포의 측정은 마이크로 트랙 MT-3200(닛키소 가부시키가이샤)로 수행하였다.
실시예 5
H2 유량용 가스 미터, 환류용 냉각기, 온도계, 교반기를 구비한 반응 용기 내를 N2로 충분히 치환한 후에 에틸알코올 178.6부 및 IPA 55.0부를 부가하고, 실시예 1과 마찬가지로 하였다. 에틸알코올의 총 첨가량은 378.6부(90.0몰%), IPA의 총 첨가량은 55.0부(10.0몰%)이었다. 얻어진 입상물의 D50 33.7㎛, D10 10.1㎛, D90 237.0㎛의 입자 직경을 나타내고, (D90-D10)/D50으로 나타나는 입자도 분포는 6.70이었다. 부피 밀도는 0.419g/ml(JIS K-51011-12-1(2004)에 준거하여 측정)를 나타냈다. 또한, 입자 직경 및 입자도 분포의 측정은 마이크로 트랙 MT-3200(닛키소 가부시키가이샤)로 수행하였다.
비교예 1
H2 유량용 가스 미터, 환류용 냉각기, 온도계, 교반기를 구비한 반응 용기 내를 N2로 충분히 치환한 후에 에틸알코올 149.7부를 부가하고, 실온에서 100~300rpm의 교반 속도로 교반하였다. 회전 속도가 안정된 후에 촉매로서의 요오드 2.3부, 원료의 금속 마그네슘 5.0부, 에틸알코올 34.0부와 함께 교반 하에서 부가하며, 실온에서 다시 30분간 교반하였다. 기름 중탕을 이용해서 가열하여 온도를 상승시키고, 알코올 환류 하에서 15분간 반응시켰다. 그 후에 교반 조건 및 온도 조건을 일정하게 한 상태로 금속 마그네슘 4.0부와 에틸알코올 17.0부를 20~3분 간격으로 5회 부가한 후에, 100분간 알코올 환류 하에서 반응시켜서 H2의 발생이 없는 것을 확인하고 에틸알코올 32.7부를 부가하여 반응을 종료하였다. 이때의 금속 마그네슘의 총 첨가량은 25.0부, 에틸알코올의 총 첨가량은 334.1부, 총 반응 시간은 180분이었다. 얻어진 반응액을 회전 증발기로 이동시키고, 60℃, 100mmHg의 조건 하에서 에틸알코올을 증발시켜서, 건조된 마그네슘 디에톡시드 120.1부를 얻었다. 얻어진 마그네슘 디에톡시드의 D50 42.1㎛, D10 27.9㎛, D90 95.4㎛의 입자 직경을 나타내고, (D90-D10)/D50으로 나타나는 입자도 분포는 1.60이었다. 부피 밀도는 0.319g/ml(JIS K-51011-12-1(2004)에 준거하여 측정)를 나타냈다. 또한, 입자 직경 및 입자도 분포의 측정은 마이크로 트랙 MT-3200(닛키소 가부시키가이샤)로 수행하였다.
비교예 2
H2 유량용 가스 미터, 환류용 냉각기, 온도계, 교반기를 구비한 반응 용기 내를 N2로 충분히 치환한 후에 에틸알코올 82.8부 및 IPA 87.1부를 부가하고, 실온에서 100~300rpm의 교반 속도로 교반하였다. 회전 속도가 안정된 후에 촉매로서의 요오드 2.3부, 원료의 금속 마그네슘 5.0부를 교반 하에서 부가하고, 실온에서 다시 30분간 교반하였다. 기름 중탕을 이용해서 가열하여 온도를 상승시키고, 알코올 환류 하에서 15분간 반응시켰다. 그 후에 교반 조건 및 온도 조건을 일정하게 한 상태로 금속 마그네슘 4.0부와 에틸알코올 17.0부를 20~3분 간격으로 5회 부가한 후, 100분간 알코올 환류 하에서 반응시켜서 H2의 발생이 없는 것을 확인하고 에틸알코올 65.4부를 부가하여 반응을 종료하였다. 이때의 금속 마그네슘의 총 첨가량은 25.0부, 에틸알코올의 총 첨가량은 267.2부(80.0몰%), IPA의 총 첨가량은 87.1부(20.0몰%)이고, 총 반응 시간은 180분이었다. 얻어진 반응액을 회전 증발기로 이동시키고, 60℃, 100mmHg의 조건 하에서 에틸알코올을 증발시켜서, 건조된 혼합 마그네슘 디알콕시드 129.1부를 얻었다. 얻어진 마그네슘 디알콕시드는 대부분이 응집하여, 입자도 분포 및 부피 밀도를 측정할 수 없었다.
비교예 3
H2 유량용 가스 미터, 환류용 냉각기, 온도계, 교반기를 구비한 반응 용기 내를 N2로 충분히 치환한 후에 에틸알코올 212.3부 및 IPA 11.0부를 부가하고, 실시예 1과 마찬가지로 하였다. 에틸알코올의 총 첨가량은 412.3부(98.0몰%), IPA의 총 첨가량은 11.0부(2.0몰%)이었다. 얻어진 입상물의 D50 32.7㎛, D10 11.9㎛, D90 158.4㎛의 입자 직경을 나타내고, (D90-D10)/D50으로 나타나는 입자도 분포는 4.50이었다. 부피 밀도는 0.287g/ml(JIS K-51011-12-1(2004)에 준거하여 측정)를 나타냈다. 또한, 입자 직경 및 입자도 분포의 측정은 마이크로 트랙 MT-3200(닛키소 가부시키가이샤)로 수행하였다.
사용예
(촉매 성분 조제)
1) 실시예 1~5 및 비교예 1, 3에서 얻어진 마그네슘 디알콕시드를 각각 10.0부 이용하고, 이것에 톨루엔 80ml를 N2로 충분히 치환한 냉각기, 교반기를 설치한 반응 용기에 부가하여, 교반하면서 사염화티탄 20ml를 부가하여 90℃까지 가열 교반하였다.
2) 90℃에서 프탈산디부틸 2.7ml를 부가하여 2시간 반응시켰다. 교반을 정지하고 상청액을 제거하였다.
3) 톨루엔 100ml를 부가하여 10분간 교반한 후에 교반을 정지하고, 상청액을 제거하는 조작을 2회 행하였다.
4) 반응 용기에 톨루엔 80ml, 사염화티탄 20ml를 부가하고 90℃에서 2시간 반응시켰다. 반응 후에 교반을 정지하고 10분간 정지한 후에 상청액을 제거하여 40℃의 온도로 하였다.
5) 헵탄 200ml를 부가하여 10분간 교반한 후에 정치(靜置)하고, 상청액을 제거하는 조작을 10회 하였다. 헵탄 250ml를 부가하여 고체 촉매 성분을 얻었다.
(프로필렌 중합)
사용한 촉매의 Ti 담지율과 얻어진 폴리머의 양으로부터 촉매 활성을 구하였다.
1) N2로 충분히 치환한 냉각기, 교반기를 설치한 반응 용기에 헵탄 185ml를 부가하고, 60℃까지 기름 중탕으로 가열하였다. 60℃에 도달한 시점에서 트리에틸알루미늄 10ml, 시클로헥실메틸디메톡시실란 1ml를 부가하고, 실시예 1~5 및 비교예 1, 3에서 얻어진 마그네슘 디알콕시드를 사용하여 조제한 고체 촉매 성분을 5.0ml 부가하였다.
2) 프로필렌 가스를 2.0L/min의 유량으로 15분간 중합하였다. 15분 후에 프로필렌 가스를 정지하고, 에탄올/염산(1/3)을 부가하여 중합을 정지하였다.
3) 순수한 물 약 200ml를 부가하고, 세정 처리를 3회 실시한 후, 얻어진 폴리프로필렌을 건조하였다. 건조 후에 얻어진 폴리프로필렌의 수율을 측정하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
| 실시예 및 비교예 |
사용한 혼합 알코올 | 중합 결과 | |
| 명칭 | 혼합비(mol%) | 촉매 활성(g/mmol-Ti·h) | |
| 실시예 1 | 에탄올, IPA | 에탄올 95.0% IPA 5.0% |
475.4 |
| 실시예 2 | 에탄올, IPA | 에탄올 95.0% IPA 5.0% |
496.5 |
| 실시예 3 | 에탄올, n-PA | 에탄올 95.0% n-PA 5.0% |
502.5 |
| 실시예 4 | 에탄올, IPA | 에탄올 96.5% IPA 3.5% |
501.4 |
| 실시예 5 | 에탄올, IPA | 에탄올 90.0% IPA 10.0% |
491.5 |
| 비교예 1 | 에탄올 단독 | 에탄올 100.0% | 395.2 |
| 비교예 2 | 에탄올, IPA | 에탄올 80.0% IPA 20.0% |
- |
| 비교예 3 | 에탄올, IPA | 에탄올 98.0% IPA 2.0% |
382.5 |
표 1로부터 혼합 마그네슘 디알콕시드는 마그네슘 디에톡시드 단독인 경우에 비하여 촉매 활성이 약 100g/mmol-Ti·h의 높은 수치가 나타났다. 비교예 2의 생성물은 중합 촉매의 조정을 할 수 없었다.
혼합 마그네슘 디알콕시드에 포함되는 프로폭시드기를 측정하고, 실제로 첨가한 IPA 혹은 n-PA의 양과 생성한 혼합 마그네슘 디알콕시드에 포함되는 대응하는 기의 양을 비교하였다. 혼합 마그네슘 디알콕시드 및 마그네슘 디에톡시드를 3.0g 취하고, 이온 교환수 57.4g을 부가하여 교반한다. 충분히 교반한 후에 농질산 5.2g을 부가하여 1시간 교반하고 가수분해시킨다. 반응액을 여과한 후에 주식회사 시마즈 제작소 제품의 GC-2014로 분석하였다.
| 실시예 및 비교예 | 함유되어 있던 IPA양 또는 n-PA의 양(mol%) |
| 실시예 1 | 4.5 |
| 실시예 2 | 4.3 |
| 살시예 3 | 4.1 |
| 실시예 4 | 3.0 |
| 실시예 5 | 8.9 |
| 비교예 1 | 0 |
| 비교예 2 | - |
| 비교예 3 | 1.2 |
표 2로부터 IPA 또는 n-PA의 사용 범위가 청구범위 내인 정도일 때에는, 첨가한 양의 80~90% 정도가 반응하여, 혼합 마그네슘 디알콕시드에 프로폭시드기로서 포함되는 것이 나타났는데, 첨가량이 일정 이하가 되면 마그네슘과의 반응성도 저하되어, 디알콕시드에 도입되는 에톡시드 이외의 알콕시드기의 양도 적어져 버리는 것을 알 수 있다.
본 발명은 올레핀 중합용 고체 촉매 성분 등에 이용되는 마그네슘 디알콕시드 입상물을 제공하므로, 산업상 유용하다.
Claims (6)
- 마그네슘 디에톡시드와 탄소수 3~6의 알킬기, 시클로알킬기 또는 방향족 알킬기로 이루어지는 알콕시드를 포함하는 마그네슘 디알콕시드의 혼합물로서, 에톡시드 이외의 알콕시드 함유량이 전체의 2.5~15몰%이고, D50으로 나타내는 평균 입자 직경이 10~100㎛, 부피 밀도가 0.4g/ml 이상인 혼합 마그네슘 디알콕시드 입상물.
- 평균 입자 직경 50~500㎛의 입상 금속 마그네슘과, 에틸알코올, 및 탄소수 3~6의 모노알코올 중 어느 1종 혹은 1종 이상으로 이루어지는 2종 이상의 알코올을 직접 고액 반응시키고, 마그네슘 디에톡시드 및 마그네슘 디에톡시드 이외의 마그네슘 디알콕시드를 포함하며, 에톡시드 이외의 알콕시드 함유량이 전체의 2.5~15몰%이고, D50으로 나타내는 평균 입자 직경이 10~100㎛, 부피 밀도가 0.4g/ml 이상인 혼합 마그네슘 디알콕시드 입상물의 합성 방법.
- 제 2 항에 있어서,
에틸알코올과 탄소수 3~6의 알코올의 몰 비율이 97~85:3~15(합계 100)인 혼합 마그네슘 디알콕시드 입상물의 합성 방법. - 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
2종 이상의 알코올이 에틸알코올과 탄소수 3~4의 지방족 알코올 혹은 시클로헥사놀의 혼합물인 혼합 마그네슘 디알콕시드 입상물의 합성 방법. - 평균 입자 직경 100~250㎛의 입상 금속 마그네슘과, 에틸알코올 및 n-프로필알코올 혹은 이소프로필알코올을 직접 반응시켜서 혼합 마그네슘 디알콕시드 입상물을 합성하는 방법에 있어서, 에틸알코올의 비율이 97~85몰%가 되는 사용 비율로 2종의 알코올을 사용하고, 입상 금속 마그네슘과 2종의 알코올의 반응계로의 최종 첨가 비율을 중량비로 금속 마그네슘/2종 알코올=1/3~30으로 하며, 알코올 환류 하에서 반응시켜서 알콕시드 전체 중의 n-프로폭시드 혹은 이소프로폭시드의 함유량이 2.5~13.0몰%이고, D50으로 나타내는 평균 입자 직경이 20~80㎛의 범위의 입자 형상을 나타내며, 부피 밀도가 0.4g/ml 이상인 혼합 마그네슘 디알콕시드 입상물의 합성 방법.
- 제 1 항의, 또는 제 2 항 내지 제 5 항에서 합성한 혼합 마그네슘 디알콕시드를 올레핀용 중합 촉매 성분으로서 사용하는 중합 촉매로의 이용 방법.
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