KR100851032B1 - Improved hydrogen response ziegler-natta catalyst for narrowing mwd of polyolefin, method of making, method of using, and polyolefins made therewith - Google Patents
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Abstract
향상된 수소반응을 가진 지글러-나타 촉매(Ziegler-Natta catalyst)는 이러한 촉매를 사용하여 중합되어 생성된 좁은 MWD를 가진 폴리올레핀을 제공하는데, 이러한 촉매는 일반적으로 a) 반응 생성물 A을 형성하도록, R''가 1~20개의 탄소 원자를 갖는 하이드로카빌 또는 치환된 하이드로카빌인 일반식 Mg(OR'')2의 용해성 마그네슘 디알콕사이드 화합물을, 하나의 할로겐을 하나의 알콕사이드로 교환할 수 있는 할로겐화제와 접촉하는 단계; b) 반응 생성물 B를 형성하도록, 반응 생성물 A를 제1 할로겐화/티탄산염화제와 접촉시키는 단계; 및 c) 촉매 성분을 형성하도록, 반응 생성물 B를 제2 할로겐화/티탄산염화제와 접촉시키는 단계를 포함하며, 단계 b) 및 c)의 적어도 하나에서 제1 할로겐화/티탄산염화제가 Ti(OPr)4 및 TiCl4의 블렌드(blend)인 것을 특징으로 하는 공정에 의해 제조된다. 촉매성분, 촉매, 촉매 시스템, 폴리올레핀 폴리머 및 각각의 제조방법이 설명된다.
Ziegler-Natta catalysts with improved hydrogen reactions provide polyolefins with narrow MWDs produced by polymerization using such catalysts, which generally a) form R 'to form reaction product A. A soluble magnesium dialkoxide compound of the general formula Mg (OR '') 2 , wherein is a hydrocarbyl or substituted hydrocarbyl having 1 to 20 carbon atoms, with a halogenating agent capable of exchanging one halogen with an alkoxide Contacting; b) contacting reaction product A with a first halogenated / titanate agent to form reaction product B; And c) contacting reaction product B with a second halogenated / titanate agent to form a catalyst component, wherein in at least one of steps b) and c) the first halogenated / titanate agent is Ti (OPr) 4 And a blend of TiCl 4 . Catalyst components, catalysts, catalyst systems, polyolefin polymers and methods of making each are described.
Description
본 발명의 기술분야FIELD OF THE INVENTION
본 발명은 촉매, 촉매의 제조방법, 촉매의 사용방법, 중합(polymerizing) 방법 및 이러한 촉매로 제조된 폴리머(polymer)에 관한 것이다. 다른 국면에서, 본 발명은 폴리올레핀(polyolefin) 촉매, 이러한 폴리올레핀의 제조방법, 이러한 폴리올레핀의 사용방법, 폴리올레핀의 중합 및 폴리올레핀에 관한 것이다. 또 다른 국면에서, 본 발명은 지글러-나타 촉매(Ziegler-Natta catalyst), 이러한 촉매의 제조방법, 이러한 촉매의 사용방법, 폴리올레핀 중합 및 폴리올레핀에 관한 것이다. The present invention relates to a catalyst, a method for preparing the catalyst, a method for using the catalyst, a polymerizing method, and a polymer prepared from the catalyst. In another aspect, the present invention relates to a polyolefin catalyst, to a process for producing such polyolefin, to a method of using such polyolefin, to polymerization of polyolefins and to polyolefins. In another aspect, the present invention relates to a Ziegler-Natta catalyst, a process for preparing such a catalyst, a method of using such a catalyst, polyolefin polymerization and a polyolefin.
종래기술의 설명Description of the Prior Art
1950년대 초반이래로 알려진 것과 같이, 지글러-타입 폴리올레핀 촉매, 이들의 일반적 제조방법 및 후속적인 용도는 중합화 기술분야에서 널리 공지되어 있다.As known since the early 1950s, Ziegler-type polyolefin catalysts, their general methods of preparation and subsequent uses are well known in the polymerization art.
그러나, 지글러-타입 촉매에 대하여 많이 알려져 있는 한편, 이들 폴리머 수 율, 촉매 주기, 촉매 활성 및 어떤 특징을 가지는 폴리올레핀을 생산할 수 있는 능력의 향상에 대한 계속적인 연구가 있다.However, while much is known about Ziegler-type catalysts, there is a continuing study on the improvement of these polymer yields, catalyst cycles, catalytic activity and the ability to produce polyolefins having certain characteristics.
1981.10에 등록된 키무라(Kimura) 등의 미국 특허 제4,255,544는 (A) 마그네슘 화합물 및 티타늄 할라이드(hilide)의 반응생성물, 및 (B) 유기 알루미늄 화합물을 포함하는 촉매를 이용한 에틸렌의 중합화를 위한 단계에 있어서, 성분A는 고체 물질을 제공하도록 마그네슘 디알콕사이드(dialkoxide)를 할로겐-함유 실리콘 화합물 및 알콜과 반응시키고, 그 후 고체 물질을 알콕시(alkoxy)-함유 실리콘 화합물의 존재하에 티타늄 할라이드과 반응시키는 단계을 공개하고 있다.U.S. Patent No. 4,255,544 to Kimura et al., Filed on Oct. 1981, discloses a step for the polymerization of ethylene using a catalyst comprising (A) a reaction product of a magnesium compound and a titanium halide, and (B) an organoaluminum compound. For component A, reacting the magnesium dialkoxide with a halogen-containing silicon compound and an alcohol to provide a solid material, and then reacting the solid material with a titanium halide in the presence of an alkoxy-containing silicon compound. It is open to the public.
1990.4.3에 등록된 좁(Job) 등의 미국 특허 제4,914,069는 (a) 적어도 하나의 아릴옥시(aryloxy), 아릴 또는 카보네이트(carbonate) 또는 아킬옥시(alkloxy) 기(group)를 포함하는 마그네슘 화합물을 4가 티타늄의 제1 할라이드 및 제1 전자 공여체로 할로겐화 단계; (b) 결과 생성물을 4가 티타늄의 제2 할라이드과 접촉시키는 단계; 및 (c) 결과 처리된 할로겐화 생성물을 불활성 탄화수소 액체로 세척하는 단계에 의해 제조되는, 향상된 활성 및 선택도(selectivity)를 가지는 올레핀 중합화 촉매 성분의 제조를 공개하고 있다. 제조단계에서, 제2 전자 공여체는 단계 (a) 또는 (b)에서 사용되고, 단계(b)의 생성물은 40~140℃의 온도에서 4가 티타늄의 제3 할라이드과 단계(b2)에서 접촉되고, 그 후 처리된 생성물은 단계(e)에서 세척된다.U.S. Pat. No. 4,914,069 to Joob et al., Filed on Apr. 1990, (a) Magnesium compounds comprising at least one aryloxy, aryl or carbonate, or akloxy group. Halogenating a tetravalent titanium with a first halide and a first electron donor; (b) contacting the resulting product with a second halide of tetravalent titanium; And (c) washing the resulting treated halogenated product with an inert hydrocarbon liquid, thereby producing an olefin polymerization catalyst component having improved activity and selectivity. In the preparation step, the second electron donor is used in step (a) or (b), and the product of step (b) is contacted in step (b2) with a third halide of tetravalent titanium at a temperature of 40-140 ° C., The post treated product is washed in step (e).
1992.10.13에 등록된 셸리(Shelly)의 미국 특허 제5,155,187는 실리콘-함유 화합물, 마그네슘디알킬, 알콜, 할라이드-함유 금속 화합물, 알루미늄 알콕사이드 및 제2 할라이드-함유 금속 화합물의 일반적인 반응생성물인 촉매를 사용하는 중합화 방법을 공개하고 있다.Shelly, US Patent No. 5,155,187, filed on October 13, 1992, discloses a catalyst which is a common reaction product of silicon-containing compounds, magnesiumdialkyl, alcohols, halide-containing metal compounds, aluminum alkoxides and second halide-containing metal compounds. The polymerization method to be used is disclosed.
1997.3.11에 등록된 뷰러(Buehler) 등의 미국 특허 제5,610,246은 실리카-지지 촉매를 이용하는 프로필렌 중합화 단계을 공개하고 있다. 촉매는 무작위순으로, (1) 적어도 하나의 탄화수소 가용성 마그네슘-함유 화합물; 및 (2) 실리콘 할라이드, 브롬(boron) 할라이드, 알루미늄 할라이드 및 이것의 혼합물로 구성되는 그?u>?/u>으로부터 선택된 화합물의 제1 변형 화합물, 그 후의 제2 구체화된 변형 화합물과 실시카를 접촉시킴으로써 얻어진 생성물을 포함한다.US Pat. No. 5,610,246 to Buehler et al., Filed on March 31, 1997, discloses a propylene polymerization step using a silica-supported catalyst. The catalyst is randomly selected from (1) at least one hydrocarbon soluble magnesium-containing compound; And (2) a first modified compound of a compound selected from? U>? / U> consisting of silicon halides, broron halides, aluminum halides, and mixtures thereof, followed by a second embodiment of the modified compound and practice Product obtained by contacting.
1997.5.20에 등록된 잔도나(Zandona)의 미국 특허 제5,631,334는 마그네슘 공동침전 및 적어도 하나의 전이금속을 포함하는, 저어도 하나의 올레핀의 (공)중합화를 위한 촉매 고체의 제조를 위한 단계을 공개하고 있다.Zandona, US Patent No. 5,631,334, filed May 20, 1997, describes the steps for preparing a catalyst solid for the (co) polymerization of at least one olefin, including magnesium coprecipitation and at least one transition metal. It is open to the public.
그러나, 선행 기술의 이러한 진보에도 불구하고, 이들 선행기술의 문헌들은 TiCl4/Ti(OiR)4의 혼합물내에서 R의 특성(nature)이 더 좁은 분자량 분포("MWD")를 가진 폴리올레핀을 제공할 수 있는 향상된 수소반응을 가진 촉매를 제공할 것이라는 것을 공개하거나 또는 제시하지 않는다.However, despite these advances in the prior art, these prior art documents disclose polyolefins having a narrower molecular weight distribution ("MWD") of R in the mixture of TiCl 4 / Ti (O i R) 4 . It does not disclose or suggest that it will provide a catalyst with an enhanced hydrogen reaction that can provide.
따라서, 이 기술 분야에서는 폴리올레핀 촉매에 대한 필요성이 있다.Therefore, there is a need in the art for polyolefin catalysts.
이 기술 분야에서는 폴리올레핀 촉매의 제조방법에 대한 다른 필요성이 있다.There is another need in the art for methods of making polyolefin catalysts.
이 기술 분야에서는 올페핀의 중합화 방법에 대한 또 다른 필요성이 있다. There is another need in the art for a process for the polymerization of olfepine.
이 기술 분야에서는 더 좁은 MWD의 폴리올레핀에 대한 역시 다른 필요성이 있다.There is another need in the art for the narrower MWD polyolefins as well.
이 기술 분야에서는 향상된 수소반응을 가진 촉매에 대한 역시 다른 필요성이 있다. There is also another need in the art for catalysts with improved hydrogen reactions.
이 기술 분야에서는 TiCl4/Ti(OiR)4 혼합물의 사용을 포함하는, 좁은 분자량분포을 가진 폴리머를 제공하는 폴리올레핀 촉매를 제조하는 방법에 대한 또 다른 필요성이 있다.There is another need in the art for a method of preparing a polyolefin catalyst that provides a polymer with a narrow molecular weight distribution that includes the use of a TiCl 4 / Ti (O i R) 4 mixture.
이 기술 분야에서는 더 좁은 MWD의 폴리올레핀의 제조방법에 대한 또 다른 필요성이 있다.There is another need in the art for a method of making narrower MWD polyolefins.
이 기술 분야에서의 이들 및 다른 필요성들은 도면 및 청구항을 포함하는 이 상세한 설명을 살펴봄으로써 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명백하게 될 것이다. These and other needs in the art will become apparent to those of ordinary skill in the art upon reviewing this detailed description, including the drawings and claims.
본 발명의 하나의 목적은 폴리올레핀 촉매를 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a polyolefin catalyst.
본 발명의 다른 목적은 폴리올레핀 촉매의 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for producing a polyolefin catalyst.
본 발명의 또 다른 목적은 올레핀의 중합화 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for polymerizing olefins.
본 발명의 역시 또 다른 목적은 더 좁은 MWD의 폴리올레핀을 제공하는 것이다.Yet another object of the present invention is to provide a narrower MWD polyolefin.
본 발명의 여전히 다른 목적은 향상된 수소반응을 가진 촉매를 제공하는 것 이다.Still another object of the present invention is to provide a catalyst with improved hydrogen reaction.
본 발명의 또 다른 목적은 TiCl4/Ti(OiR)4 혼합물의 사용을 포함하는, 좁은 분자량분포을 가진 폴리머를 제공하는 폴리올레핀 촉매의 제조방법을 제공하는 것이다.It is a further object of the present invention to provide a process for the preparation of a polyolefin catalyst which provides a polymer having a narrow molecular weight distribution which comprises the use of a TiCl 4 / Ti (O i R) 4 mixture.
본 발명의 또 다른 목적은 더 좁은 MWD의 폴리올레핀의 제조방법을 제공하는 것이다.It is a further object of the present invention to provide a process for the preparation of narrower MWD polyolefins.
본 발명의 하나의 실시예는 a) 반응 생성물 A를 형성하도록, R''이 하이드로카복실 또는 1~20의 탄소원자를 가진 치환된 하이드로카복실인 일반식 Mg(OR'')2을 가진 가용성 마그네슘 디알콕사이드 화합물을, 하나의 할로겐을 하나의 알콕사이드와 교환할 수 있는 할로겐화 제제와 접촉시키는 단계; b) 반응 생성물 B를 형성하도록, 반응 생성물 A를, 제1 할로겐화/티탄산염화 제제(halogenating/titanating agent)와 접촉시키는 단계; 및 c) 촉매성분을 형성하도록, 반응생성물 B를 제2 할로겐화/티탄산염화 제제와 접촉시키는 단계를 일반적으로 포함하는 공정에 의해 생산된 촉매성분을 제공한다. 바람직하게는, 제1 할로겐화/티탄산염화 제제는 Ti(OPr)4/TiCl4의 블렌드(blend)이다. 가용성 디알콕사이드 화합물은 R 및 R'이 1-10 탄소원자의 알킬기이며, R 및 R'이 동일 또는 상이할 수 있는 일반식 MgRR'을 가진 알킬 마그네슘 화합물, 및 알콜이 직선 또는 가지쇄이며, R''이 4-20탄소원자의 알킬기인 일반식 R''OH을 가진 알콜을 포함하는 반응의 반응생성물이다.One embodiment of the present invention provides a) soluble magnesium di with a general formula Mg (OR '') 2 where R '' is hydrocarboxyl or substituted hydrocarboxyl having 1 to 20 carbon atoms to form reaction product A. Contacting the alkoxide compound with a halogenating agent capable of exchanging one halogen with one alkoxide; b) contacting reaction product A with a first halogenating / titanating agent to form reaction product B; And c) contacting reaction product B with a second halogenated / titanated agent to form a catalyst component. Preferably, the first halogenated / titanated agent is a blend of Ti (OPr) 4 / TiCl 4 . Soluble dialkoxide compounds are alkyl magnesium compounds having the general formula MgRR 'wherein R and R' are alkyl groups of 1-10 carbon atoms, and R and R 'may be the same or different, and the alcohols are straight or branched chains, and R' Is a reaction product of a reaction involving an alcohol having the general formula R''OH, which is an alkyl group of 4-20 carbon atoms.
본 발명의 또 다른 실시예는 촉매를 제공한다. 일반적으로, 촉매는 본 발명 의 촉매성분을 유기알루미늄 예비활성화제제와 접촉시키는 단계를 포함하는 공정(process)에 의해 제조된다. 촉매성분은 i) 반응생성물 A를 형성하도록, R''가 1-20 탄소원자를 가지는 하이드로카빌(hydrocarbyl) 또는 치환된 하이드로카빌인 일반식 Mg(OR'')2을 가진 마그네슘 디알콕사이드 화합물을 하나의 할로겐을 하나의 알콕사이드와 교환할 수 있는 할로겐화 제제와 접촉시키는 단계; ii) 반응생성물 B를 형성하도록, 반응생성물 A를 제1 할로겐화/티탄산염화제제와 접촉시키는 단계; 및 반응생성물 B를 제2 할로겐화/티탄산염화제제와 접촉시키는 단계를 포함하는 공정에 의해 일반적으로 제조된다. 바람직하게는, 제1 할로겐화/티탄산염화제제는 Ti(OPr)4/TiCl4의 블렌드(blend)이다. 본 발명의 촉매는 향상된 수소반응을 가지며, 원하는 분자량분포의 폴리머를 생산하는데 유용하다.Yet another embodiment of the present invention provides a catalyst. Generally, the catalyst is prepared by a process comprising contacting the catalyst component of the present invention with an organoaluminum preactivator. The catalyst component is i) a magnesium dialkoxide compound having the general formula Mg (OR '') 2 , wherein R '' is a hydrocarbyl or substituted hydrocarbyl having 1-20 carbon atoms to form reaction product A. Contacting a halogen of with a halogenating agent that can be exchanged with one alkoxide; ii) contacting reaction product A with a first halogenated / titanate agent to form reaction product B; And contacting Reaction Product B with a second halogenated / titanate agent. Preferably, the first halogenated / titanate agent is a blend of Ti (OPr) 4 / TiCl 4 . The catalyst of the present invention has an improved hydrogen reaction and is useful for producing polymers of desired molecular weight distribution.
본 발명의 또 다른 실시예는 a) 중합화 조건에서 본 발명의 촉매의 존재하에 1이상의 α-올레핀 모노머(monomer)를 함께 접촉시키는 단계를 포함하는 공정에 의해 제조된 폴리머를 제공한다. 바람직하게는, 촉매는 폴리에틸렌 폴리머를 제조하도록 폴리에틸렌 모노머를 중합화하는데 사용된다. 촉매는 i) 반응생성물 A를 형성하도록, R이 1~20 탄소원자를 가진 하이드로카르빌 또는 치환된 하이드로카르빌인 일반식 Mg(OR)2를 가진 가용성 마그네슘 디알콕사이드 화합물을, 하나의 할로겐을 하나의 알콕사이드와 교환할 수 있는 할로겐화 제제와 접촉시키는 단계; ii) 반응생성물 B를 형성하도록, 반응생성물 A를 제1 할로겐화/티탄산염화제제와 접촉시키는 단계; 및 iii) 촉매생성물을 형성하도록, 반응생성물 B를 제2 할로겐화/티탄 산염화제제와 접촉시키는 단계를 포함하는 공정에 의해 일반적으로 제조된다. 바람직하게는, 단계 b) 및 c)의 적어도 하나에서 할로겐화/티탄산염화제제는 Ti(OPr)4/TiCl4이다. 촉매 제조공정은 촉매성분을 유기알루미늄제제와 접촉시키는 단계를 더 포함할 수 있다.Another embodiment of the present invention provides a polymer prepared by a process comprising a) contacting at least one α-olefin monomer together in the presence of a catalyst of the present invention under polymerization conditions. Preferably, the catalyst is used to polymerize polyethylene monomers to produce polyethylene polymers. The catalyst comprises i) a soluble magnesium dialkoxide compound having the general formula Mg (OR) 2 , wherein R is a hydrocarbyl or substituted hydrocarbyl having 1 to 20 carbon atoms to form reaction product A, one halogen Contacting with a halogenating agent exchangeable with an alkoxide of; ii) contacting reaction product A with a first halogenated / titanate agent to form reaction product B; And iii) contacting reaction product B with a second halogenated / titanate agent to form a catalyst product. Preferably, the halogenated / titanate agent in at least one of steps b) and c) is Ti (OPr) 4 / TiCl 4 . The catalyst manufacturing process may further include contacting the catalyst component with the organoaluminum agent.
본 발명의 또 다른 실시예는 본 발명의 촉매 및 불활성 보조제(support)를 포함하는 촉매 시스템을 제공한다. Yet another embodiment of the present invention provides a catalyst system comprising the catalyst of the present invention and an inert support.
본 발명의 또 다른 실시예는 촉매성분을 형성하기 위한 공정을 제공한다. 일반적으로 공정은 a) 반응생성물 A를 형성하도록, R''가 1~20탄소원자를 가지는 하이드로카르빌 또는 치환된 하이드로카르빌인 일반식 Mg(OR'')2인 가요성 마그네슘 디알콕사이드 화합물을 하나의 할로겐을 하나의 알콕사이드와 교환할 수 있는 할로겐화제제와 접촉시키는 단계를 포함한다. 또한 공정은 b) 반응생성물 B를 형성하도록, 반응생성물 A를 제1 할로겐화/티탄산염화제제와 접촉시키는 단계; 및 c) 촉매성분 또는 반응생성물 C를 형성하도록, 반응생성물 B를 제2 할로겐화/티탄산염화제제와 접촉시키는 단계를 더 포함한다. 바람직하게는, 단계 b) 및 c)의 적어도 하나에서의 할로겐화/티탄산염화제제는 Ti(OPr)4/TiCl4이다.Yet another embodiment of the present invention provides a process for forming a catalyst component. Generally, the process comprises: a) a flexible magnesium dialkoxide compound having the general formula Mg (OR '') 2 , wherein R '' is a hydrocarbyl or substituted hydrocarbyl having 1-20 carbon atoms to form reaction product A. Contacting one halogen with a halogenating agent that can be exchanged with one alkoxide. The process also includes: b) contacting reaction product A with a first halogenated / titanate agent to form reaction product B; And c) contacting reaction product B with a second halogenated / titanate agent to form a catalyst component or reaction product C. Preferably, the halogenated / titanate agent in at least one of steps b) and c) is Ti (OPr) 4 / TiCl 4 .
본 발명의 또 다른 실시예는 본 발명의 촉매성분을 유기알루미늄 예비활성제제와 접촉시키는 단계를 포함하는, 촉매를 형성하기 위한 공정을 제공한다.Another embodiment of the present invention provides a process for forming a catalyst comprising contacting the catalyst component of the present invention with an organoaluminum preactivator.
본 발명의 또 다른 실시예는 α-올레핀 중합화를 위한 공정을 제공한다. 일반적으로, 중합화 공정은 a) 중합화 조건에서, 본 발명의 촉매 존재하에 1이상의 α-올레핀을 함께 접촉시키는 단계; 및 b) 폴리올레핀 폴리머를 추출하는 단계를 포함한다. 중합화 공정은 약 7.0이하의 분자량분포를 가진 폴리머, 바람직하게는 폴리에틸렌 폴리머를 제조하는데 유용하다.Another embodiment of the present invention provides a process for α-olefin polymerization. In general, the polymerization process comprises: a) contacting at least one α-olefin together in the presence of the catalyst of the present invention under polymerization conditions; And b) extracting the polyolefin polymer. The polymerization process is useful for preparing polymers, preferably polyethylene polymers, having a molecular weight distribution of about 7.0 or less.
본 발명의 이들 및 다른 목적은 도면 및 청구항을 포함하는 이 발명의 상세한 설명을 살펴봄으로써 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명백하게 될 것이다. These and other objects of the present invention will become apparent to those of ordinary skill in the art upon reviewing the detailed description of the invention, including the drawings and claims.
촉매성분을 제조하는 본 발명의 방법은 일반적으로, 금속 디알킬 및 알콜로부터 금속 디알콕사이드를 형성하는 단계, 금속 디알콕사이드를 할로겐화하는 단계, TiCl4/Ti(OiPr)4의 혼합물을 이용하는 적어도 하나의 단계로 촉매를 형성하도록 1이상의 단계에서 활로겐화/티탄산염화하는 단계 및, 예비활성된 촉매를 형성하도록 유기알루미늄과 같은 예비활성화 제제로 촉매를 처리하는 단계를 포함한다.The process of the invention for preparing the catalyst component generally comprises forming a metal dialkoxide from a metal dialkyl and an alcohol, halogenating the metal dialkoxide, and at least one using a mixture of TiCl 4 / Ti (OiPr) 4 . Activating the catalyst in one or more steps to form a catalyst, and treating the catalyst with a preactivating agent such as organoaluminum to form a preactivated catalyst.
본 발명의 방법을 위해 제안된 메카니즘은 일반적으로 하기와 같다.:The mechanism proposed for the process of the invention is generally as follows:
1. MRR' + 2R''OH -> M(OR'')2;1.MRR '+ 2R''OH-> M (OR'')2;
2. M(OR'')2 + ClAR'''x -> "A";2.M (OR '') 2 + ClAR ''' x- >"A";
3. "A" + TiCl4/Ti (OPr)4 -> "B";3. "A" + TiCl 4 / Ti (OPr) 4- >"B";
4. "B" + TiCl4 -> "C"; 및4. "B" + TiCl 4- >"C"; And
5. "C" + TEAl -> 촉매. 5. "C" + TEAl-> catalyst.
상기 식에서, M은 어떤 적절한 금속, 바람직하게 그룹 ⅡA 금속, 가장 바람직하게 Mg일 수 있다. 상기 식에서, R, R', R'', 및 R'''는 1~20, 바람직하게 1~10, 보다 바람직하게 2~6 탄소 원자 및 가장 바람직하게 2~4개의 탄소원자를 갖는 R 및 R'를 가진, 각각 하이드로카빌 또는 치환된 하이드로카빌 부분체(motieties)이다. 일반적으로 R''은 3~20의 탄소 원자, R'''은 2~6개의 탄소 원자, 및 R''''은 2~6개의 탄소 원자를 포함한다. 두 개 이상의 R, R', R'', 및 R'''의 조합은 동일할 수 있거나, R 그룹은 서로 다를 수 있다.Wherein M can be any suitable metal, preferably a group IIA metal, most preferably Mg. Wherein R, R ', R' 'and R' '' are 1-20, preferably 1-10, more preferably 2-6 carbon atoms and most preferably 2-4 R and R Each having a hydrocarbyl or substituted hydrocarbyl moieties. Generally R '' comprises 3-20 carbon atoms, R '' 'contains 2-6 carbon atoms, and R' '' 'has 2-6 carbon atoms. The combination of two or more R, R ', R' ', and R' '' may be the same, or the R groups may be different from each other.
상기 식 ClAR'''x에서, A는 하나의 할로겐을 하나의 알콕사이드와 교환할 수 있는 비환원 옥시필릭(oxyphilic) 화합물이고, R'''은 하이드로카르빌 또는 치환된 하이드로카르빌이고, x는 A-1 가(valence)이다. A의 예는 티타늄, 실리콘, 알루미늄, 탄소, 주석 및 게르마늄을 포함하는데, 가장 바람직한 것은 x는 3인 티타늄 및 실리콘 이다. R'''의 예는 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필 및 2~6개의 탄소 원자를 갖는 것들을 포함한다. R'''는 일반적으로 프로필이다.In the formula ClAR ''' x , A is a non-reducing oxyphilic compound capable of exchanging one halogen with one alkoxide, R''' is hydrocarbyl or substituted hydrocarbyl, x Is A-1 valence. Examples of A include titanium, silicon, aluminum, carbon, tin and germanium, most preferred are titanium and silicon where x is three. Examples of R '''include those having methyl, ethyl, propyl, isopropyl and 2-6 carbon atoms. R '''is generally a profile.
생성물 "A"의 정확한 조성이 알려져 있지 않지만, 그것이 부분적으로 클로린화된(chlorinated) 금속 화합물을 포함한다고 생각되고, 한 가지 예로 ClMg(OR'') 일 수 있다. 제 1 할로겐화/티탄산염화는 클로린화 및 부분적으로 클로린화된 금속 및 티타늄 화합물의 복합체인 생성물 "B"를 생성하고, 예를 들어, (MCl2)y'.(TiClx(OPr)4-x)z'으로 나타낼 수 있다. 제 2 클로린화/티탄산염화는 생성물 "B"와는 다른, 클로린화 및 부분적으로 클로린화된 금속 및 티타늄 화합물의 복합 체인 생성물 "C"를 생성하고, (MCl2)y'.(TiClx(OR)4-x' )z'로 나타낼 수 있다. 생성물 "C"의 클로린화 정도는 생성물 "B"의 수준보다 크다. 이러한 클로린화의 보다 큰 수준은 다른 화합물의 다른 복합체를 생성한다. 반응 생성물의 이러한 기술이 화학의 가장 적절한 설명을 제공하는 반면에, 청구항에서 기술된 본 발명은 이러한 이론적인 메카니즘에 의해 제한되지 않는다.Although the exact composition of the product "A" is not known, it is believed that it comprises a partially chlorinated metal compound, and one example may be ClMg (OR ''). The first halogenated / titanated product produces a product “B” which is a complex of chlorinated and partially chlorinated metals and titanium compounds, for example, (MCl 2 ) y ' . (TiCl x (OPr) 4-x ) z ' Second chlorination / titanateization results in a complex chain product “C” of chlorinated and partially chlorinated metals and titanium compounds, different from product “B”, (MCl 2 ) y ' . (TiCl x (OR ) 4-x ' ) z' . The degree of chlorination of product "C" is greater than the level of product "B". Larger levels of this chlorination produce different complexes of different compounds. While this description of the reaction product provides the most appropriate description of chemistry, the invention described in the claims is not limited by this theoretical mechanism.
본 발명에서 사용하기에 적절한 금속 디알킬 및 결과 금속 디알콕사이드는, 본 발명에서 사용될 때 적절한 폴리올레핀 촉매를 생산할 것들을 포함한다. 더 바람직한 금속 디알콕사이드 또는 디알킬은 마그네슘 디알콕사이드 또는 디알킬이다.Metal dialkyls and resulting metal dialkoxides suitable for use in the present invention include those which will produce suitable polyolefin catalysts when used in the present invention. More preferred metal dialkoxide or dialkyl is magnesium dialkoxide or dialkyl.
본 발명의 실시예에서, 마그네슘 디알킬(MgRR')은 R 및 R'은 상기에 기술된 것과 같은 어떠한 마그네슘 디알킬이 될 수 있다. R 및 R'는 동일하거나 또는 다를 수 있다. 적절한 마그네슘 디알킬의 비-제한적인 예는 디에틸 마그네슘, 디프로필 마그네슘, 디부틸 마그네슘, 부틸에틸마그네슘 등을 포함한다. 부틸에틸마그네슘(BEM)은 바람직한 마그네슘 디알킬이다.In an embodiment of the invention, magnesium dialkyl (MgRR ') can be any magnesium dialkyl as R and R' are as described above. R and R 'may be the same or different. Non-limiting examples of suitable magnesium dialkyl include diethyl magnesium, dipropyl magnesium, dibutyl magnesium, butylethyl magnesium and the like. Butylethylmagnesium (BEM) is the preferred magnesium dialkyl.
본 발명의 실시예에서, 금속 디알콕사이드는 바람직하게는 R''가 1~20개 탄소 원자의 하이드로카빌 또는 치환된 하이드로카빌인 일반식 Mg(OR'')2의 마그네슘 화합물이다. In an embodiment of the invention, the metal dialkoxide is preferably a magnesium compound of the general formula Mg (OR '') 2 , wherein R '' is a hydrocarbyl or substituted hydrocarbyl of 1 to 20 carbon atoms.
금속 디알콕사이드는 가장 바람직한 가용성 및 가장 바람직한 비-환원성이다. 비-환원성 화합물은 넓은 입자 크기 분포를 갖는 촉매를 형성하려는 경향의 MgRR'과 같은 화합물의 환원에 의해 형성된 비용해성 Ti+3 종 대신에 MgCl2를 형성하 는 이점을 갖는다. 게다가, Mg(OR'')2는 MgRR'보다 반응성이 덜하고, 클로린화 제제를 사용한 클로린화, 그 후 순한 시약을 사용한 클로린화/티탄산염화 및 보다 강한 시약을 사용한 제 2 클로린화/티탄산염화들은 더 균일한 생성물, 즉 더 나은 촉매입자 크기조절 및 분포를 생성할 수 있는 점진적이고 성공적인 더 강한 반응들이다. Metal dialkoxides are most preferred soluble and most preferred non-reducing. Non-reducing compounds have the advantage of forming MgCl 2 in place of the insoluble Ti + 3 species formed by reduction of compounds such as MgRR ′ which tend to form catalysts having a wide particle size distribution. In addition, Mg (OR '') 2 is less reactive than MgRR 'and is chlorinated with chlorinated agents, followed by chlorinated / titanated with mild reagents and second chlorinated / titanated with stronger reagents. Are progressive, successful and stronger reactions that can produce a more uniform product, ie better catalytic particle size and distribution.
유용한 금속 디알콕사이드의 바람직한 종(species)들의 비-제한적인 예들은 마그네슘 부톡사이드, 마그네슘 펜톡사이드, 마그네슘 헥소사이드, 마그네슘 헥th사이드, 마그네슘 디(2-에틸헥소사이드), 및 시스템 용해성을 만들기에 적절한 어떠한 어떤 알콕사이드도 포함한다. 가장 바람직한 금속 알콕사이드 종은 마그네슘 디(2-에틸헥소사이드)이다.Non-limiting examples of preferred species of useful metal dialkoxides include magnesium butoxide, magnesium pentoxide, magnesium hexoxide, magnesium hexide, magnesium di (2-ethylhexoxide), and system solubility. Any suitable alkoxide is included. Most preferred metal alkoxide species is magnesium di (2-ethylhexoxide).
비-제한적인 예로서, 마그네슘 디(2-에틸헥소사이드)와 같은 마그네슘 디알콕사이드는 부틸 에틸 마그네슘(BEM)과 같은 알킬 마그네슘 화합물(MgRR')을 2-에틸헥산올과 같은 알콜(ROH)과 반응시켜 제조될 수 있다.As a non-limiting example, magnesium dialkoxides such as magnesium di (2-ethylhexoxide) may be substituted with alkyl magnesium compounds (MgRR ') such as butyl ethyl magnesium (BEM) and alcohols (ROH) such as 2-ethylhexanol. Can be prepared by reaction.
MgRR' + 2R''OH -> Mg(OR'')2 + RH +R'HMgRR '+ 2R''OH-> Mg (OR'') 2 + RH + R'H
BEM의 경우에서, RH 및 R'H는 각각 부탄 및 에탄이다. 반응은 실온에서 일어나고 반응물은 용액을 형성한다. In the case of BEM, RH and R'H are butane and ethane, respectively. The reaction takes place at room temperature and the reactants form a solution.
본 발명의 실시에서, 바람직한 금속 디알콕사이드를 생산하는 어떠한 알콜도 사용될 수 있다. 비-제한적인 예로서, 알콜은 R''가 4~20개 탄소 원자의 알킬 그룹인 일반식 R''OH의 어떠한 알콜도 될 수 있다. 대부분의 어떠한 알콜이 사용될 수 있다고 여겨지고 있음에도, 더 높은 차수의 가지형 알콜이 사용되는 것이 바람직하다. 알콜은 선형 또는 가지형이 될 수 있다. 알콜의 비-제한적인 예들은 부탄올, 이소부탄올, 2-에틸-1-헥산올 등을 포함한다. 바람직한 알콜은 2-에틸헥산올이다. 일반적으로, 이용된 알코올은 적어도 3, 바람직하게는 적어도 4, 더 바람직하게는 적어도 5, 가장 바람직하게는 적어도 6개의 탄소원자를 가질 것이다.In the practice of the present invention, any alcohol that produces the desired metal dialkoxide may be used. As a non-limiting example, the alcohol can be any alcohol of the general formula R''OH, wherein R '' is an alkyl group of 4 to 20 carbon atoms. Although it is believed that most alcohols can be used, higher order branched alcohols are preferred. The alcohol can be linear or branched. Non-limiting examples of alcohols include butanol, isobutanol, 2-ethyl-1-hexanol and the like. Preferred alcohols are 2-ethylhexanol. In general, the alcohol used will have at least 3, preferably at least 4, more preferably at least 5, most preferably at least 6 carbon atoms.
슬러리(slurry)에 첨가된 알콜의 양은 일반적으로 0.5~4 등가(등가는 마그네슘 또는 금속 화합물 전반에 걸쳐 상대적이다), 바람직하게 약 1~3등가 범위이다.The amount of alcohol added to the slurry is generally in the range of 0.5-4 equivalents (equivalent is relative throughout the magnesium or metal compound), preferably in the range of about 1-3 equivalents.
알킬 금속 화합물은 용액에서 점성을 갖는 고 분자량 종을 야기하는 전자-부족 결합(electron-deficient binding)으로 인해 높은 회합성을 갖는다. 이러한 고 점성은 각각의 알킬 금속 분자 사이의 회합을 분쇄하는, 트리에틸알루미늄과 같은 알루미늄 알킬의 첨가로 감소될 수 있다. 금속에 대한 알킬 알루미늄의 바람직한 비율은 0.001:1에서 1:1, 바람직하게 0.01:1에서 0.1:1 및 가장 바람직하게 0.03:1에서 0.05:1이다. 게다가, 에테르, 예를 들어 디이소아밀 에테르(DIAE)와 같은 전자 공여체는 알킬 금속의 점성을 더 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 금속에 대한 전자 공여체의 바람직한 비율은 약 0:1에서 10:1 및 보다 바람직하게 약 0.1:1에서 1:1 범위이다.Alkyl metal compounds have high association due to electron-deficient binding which results in viscous high molecular weight species in solution. This high viscosity can be reduced by the addition of aluminum alkyl, such as triethylaluminum, which breaks the association between each alkyl metal molecule. The preferred ratio of alkyl aluminum to metal is from 0.001: 1 to 1: 1, preferably from 0.01: 1 to 0.1: 1 and most preferably from 0.03: 1 to 0.05: 1. In addition, electron donors such as ethers such as diisoamyl ether (DIAE) can be used to further reduce the viscosity of the alkyl metals. Preferred ratios of the electron donor to the metal range from about 0: 1 to 10: 1 and more preferably from about 0.1: 1 to 1: 1.
금속 알콕사이드를 할로겐화하기 위한 할로겐화 단계에서 유용한 제제는 본 발명에 사용시 적절한 폴리올레핀 촉매를 생산하는 어떠한 할로겐화제도 포함한다. 바람직하게, 할로겐화 단계는 클로린화 단계이며, 바람직한 할로겐화 제제는 클로라이드이다. Agents useful in the halogenation step for halogenating metal alkoxides include any halogenating agent that produces a suitable polyolefin catalyst for use in the present invention. Preferably the halogenation step is a chlorination step and the preferred halogenation agent is chloride.
바람직하게, 클로라이드 할로겐화제("클로린화제")는 단지 부분적으로 마그네슘 알콕사이드를 클로린화하는 모노클로라이드 화합물이다. 바람직한 클로린화제는 A는, 한개의 클로라이드를 알콕사이드와 교환할 수 있는 알콕사이드 비환원 옥시필릭 화합물이고, R'''은 알킬, x는 A-1인 일반식 ClAR'''x 또는 ClAOR'''x을 가진다. A의 예는 티타늄, 실리콘, 알루미늄, 탄소, 주석 및 게르마늄이고, 가장 바람직한 것은 x가 3인 주석 및 실리콘이다. R'''의 예들은 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필 및 2~6개 탄소 원자를 갖는 것들이다. 본 발명의 효과적인 클로린화제의 예들은 ClTi(OiPr)3 및 ClSi(Me)3이다.Preferably, the chloride halogenating agent (“chlorinating agent”) is a monochloride compound that only partially chlorides magnesium alkoxide. Preferred chlorinating agents are those of the general formula ClAR ''' x or ClAOR''' wherein A is an alkoxide non-reducing oxyphylic compound capable of exchanging one chloride with an alkoxide, R '''is alkyl and x is A-1. has x Examples of A are titanium, silicon, aluminum, carbon, tin and germanium, most preferred are tin and silicon where x is 3. Examples of R '''are those having methyl, ethyl, propyl, isopropyl and 2-6 carbon atoms. Examples of effective chlorinating agents of the present invention are ClTi (O i Pr) 3 and ClSi (Me) 3 .
일반적으로, 금속 알콕사이드 화합물의 할로겐화는 불활성 대기 하의 탄화수소 용매에서 수행된다. 적절한 용매의 비-제한적인 예는 톨루엔, 헵탄, 헥산, 옥탄 등을 포함한다. 바람직한 용매는 헥산이다.In general, halogenation of the metal alkoxide compound is carried out in a hydrocarbon solvent under an inert atmosphere. Non-limiting examples of suitable solvents include toluene, heptane, hexane, octane and the like. Preferred solvent is hexane.
일반적으로, 할로겐화 단계는 약 0~100℃의 온도에서, 0.5~24시간의 반응 시간 동안에 수행된다. 바람직하게, 할로겐화 단계는 약 20~90℃의 온도에서, 약 1~4시간의 반응시간 동안 수행된다. Generally, the halogenation step is carried out at a temperature of about 0-100 ° C., for a reaction time of 0.5-24 hours. Preferably, the halogenation step is carried out for a reaction time of about 1 to 4 hours at a temperature of about 20 ~ 90 ℃.
일단 할로겐화 단계가 수행되고 금속 알콕사이드가 할로겐화되면, 가용성의 생성물 "A"는, 적어도 하나가 TiCl4/Ti(OiPr)3의 혼합물을 사용하여야 하는 할로겐화/티탄산염화 처리를 1이상 겪는다. 바람직하게는, 할로겐화/티탄산염화 단계는 TiCl4/Ti(OiPr)3의 혼합물을 사용한다. Once the halogenation step is performed and the metal alkoxide is halogenated, the soluble product "A" undergoes at least one halogenation / titanate treatment in which at least one must use a mixture of TiCl 4 / Ti (O i Pr) 3 . Preferably, the halogenation / titanate step uses a mixture of TiCl 4 / Ti (O i Pr) 3 .
일반적으로, 할로겐화/티탄산염화제는 모두 동일한 4개의 치환체 및 TiCl4 또는 Ti(OR'''')x와 같은 2~10개의 탄소 원자를 지닌 할라이드 또는 알콕사이드 또는 페녹사이드인 치환체를 지닌 4중치환된 타티늄 화합물이다. 바람직하게, 할로겐화/티탄산염화제는 클로린화/티탄산염화제이다.In general, the halogenated / titanate agent is a tetrasubstituted with all four identical substituents and substituents with halides or alkoxides or phenoxides with 2 to 10 carbon atoms such as TiCl 4 or Ti (OR '''') x. Titanium compound. Preferably, the halogenated / titanate agent is a chlorinated / titanate agent.
바람직한 할로겐화/티탄산염화제는 단일 화합물 또는 화합물의 조합이 될 수 있다. 본 발명의 방법은 제 1 클로린화/티탄산염화 단계 후에 활성 촉매를 제공한다; 그러나, 바람직하게, 클로린화/티탄산염화는 각각의 첨가에서 다른 화합물 또는 화합물들의 조합을 사용하여 두번 수행되고, 각각 연속적인 클로린화/티탄산염화 처리와 함께 보다 강한 클로린화/티탄산염화제를 사용한다.Preferred halogenated / titanate agents can be a single compound or a combination of compounds. The process of the present invention provides an active catalyst after the first chlorination / titanate step; Preferably, however, the chlorination / titanate is carried out twice using different compounds or combinations of compounds in each addition, each using a stronger chlorination / titanate agent with successive chlorination / titanate treatments. .
바람직하게, 제 1 클로린화/티탄산염화제는 예를 들어, 티타늄 할라이드 및 유기 티탄산염의 블렌드(blend)와 같은 순한 티탄산염화제이다. 티타늄 할라이드 및 유기 티탄산염의 블렌드는 OR 및 X는 각각, 알콕사이드 및 할라이드이고, a+b는 일반적으로 4인 티타늄의 등가이고 a 및 b는 분수로, a=2.5 및 b=1.5인 티타늄 알콕시할라이드, Ti(OR)aXb를 형성하도록 반응하는 것으로 여겨진다.Preferably, the first chlorinated / titanate agent is a mild titanate agent such as, for example, a blend of titanium halides and organic titanates. Blends of titanium halides and organic titanates are OR and X, respectively, alkoxides and halides, a + b is the equivalent of titanium generally 4 and a and b are fractional, titanium alkoxy halides having a = 2.5 and b = 1.5 Is considered to react to form Ti (OR) a X b .
더 바람직하게, 제 1 클로린화/티탄산염화제는 TiCl4 및 Ti(OiPr)3의 블렌드 또는 TiCl4 및 Ti(OiPr)4의 블렌드이다. 적어도 하나의 클로린화/티탄산염화 단계는 TiCl4 및 Ti(OiPr)4의 블렌드를 사용하여야 하며, 제1 클로린화/티탄산염화제는 TiCl4 및 Ti(OiPr)4의 블렌드가 바람직하다. More preferably, the first chlorinated / titanate agent is a blend of TiCl 4 and Ti (OiPr) 3 or a blend of TiCl 4 and Ti (OiPr) 4 . At least one chlorinated / titanate step should use a blend of TiCl 4 and Ti (OiPr) 4 , with the first chlorinated / titanate agent preferably being a blend of TiCl 4 and Ti (OiPr) 4 .
TiCl4/Ti(OBu)4 또는 TiCl4/Ti(OiPr)4의 경우에서, Ti(OBu) 4 또는 Ti(OiPr)4에 대한 TiCl4의 비율은(어느 것이 사용되든) 0.5:1에서 6:1 범위, 더 바람직하게는 1:1에서 4:1, 가장 바람직하게 2:1에서 3:1(OC12H5)Cl3)의 범위이다.In the case of TiCl 4 / Ti (OBu) 4 or TiCl 4 / Ti (OiPr) 4 , the ratio of TiCl 4 to Ti (OBu) 4 or Ti (OiPr) 4 (whichever is used) is 0.5: 1 to 6 : 1, more preferably 1: 1 to 4: 1, most preferably 2: 1 to 3: 1 (OC 12 H 5 ) Cl 3 ).
일반적으로, 제 1 할로겐화/티탄산염화 단계는 탄화수소 용매에서 수행된다. 적절한 탄화수소 용매의 비제한적인 예는 헵탄, 헥산, 톨루엔, 옥탄 등을 포함한다. 생성물 "A"는 탄화수소 용매에 용해성이 있다.In general, the first halogenation / titanate step is carried out in a hydrocarbon solvent. Non-limiting examples of suitable hydrocarbon solvents include heptane, hexane, toluene, octane and the like. Product "A" is soluble in hydrocarbon solvents.
제 1 할로겐화/티탄산염화제를 용해성 생성물 "A"에 첨가한 뒤, 고체 생성물 "B"는 실온에서 침전된다.After adding the first halogenated / titanate agent to the soluble product "A", the solid product "B" precipitates at room temperature.
사용된 할로겐화/티탄산염화제의 양은 용액으로부터 고체 생성물을 침전시키기에 충분해야 한다. 일반적으로, 금속에 대한 티타늄의 비율에 기초하여, 사용된 할로겐화/티탄산염화제의 양은 약 0.5에서 5, 바람직하게 약 1에서 4, 가장 바람직하게 약 1.5에서 2.5 범위에 있다.The amount of halogenated / titanate agent used should be sufficient to precipitate the solid product from the solution. In general, based on the ratio of titanium to metal, the amount of halogenated / titanate agent used is in the range of about 0.5 to 5, preferably about 1 to 4, most preferably about 1.5 to 2.5.
제 1 티탄산염화 단계에서 침전된 고체 생성물 "B"는 어떤 적절한 회수 기술에 의해 회수되고, 탄화수소 용매로 세정된다.The solid product “B” precipitated in the first titanation step is recovered by any suitable recovery technique and washed with a hydrocarbon solvent.
제 2 할로겐화/티탄산염화제로서 사용하기 적절한 화합물은 바람직하게 제 2 제제가 보다 강한 제제일 경우를 제외하고 제 1 할로겐화/티탄산염화제로서 사용하기 적절한 것들을 포함한다. 제 2 할로겐화/티탄산염화제는 더 강력하며, 바람직하게는 티타늄 할라이드, 더 바람직하게 티타늄 테트라클로라이드[TiCl4]이다. Compounds suitable for use as the second halogenated / titanate agent preferably include those suitable for use as the first halogenated / titanate agent except when the second agent is a stronger agent. The second halogenated / titanate agent is more potent, preferably titanium halide, more preferably titanium tetrachloride [TiCl 4 ].
일반적으로, 제 2 할로겐화/티탄산염화 단계는 반응 생성물, 또는 촉매 성분 "C"를 생성하도록 탄화수소 용매에서 고체 생성물 "B"를 슬러리시키는 것으로 수행된다. 제 1 할로겐화/티탄산염화 단계를 위해 적절하다고 열거된 탄화수소 용매가 사용될 수 있다. 일반적으로, 사용된 티타늄 테트라클로라이드의 양은 약 0.1~5 등가, 바람직하게 약 0.15~4 등가, 가장 바람직하게 약 0.175~2.5의 범위의 등가이다.Generally, the second halogenation / titanate step is performed by slurrying the solid product “B” in a hydrocarbon solvent to produce a reaction product, or catalyst component “C”. Hydrocarbon solvents listed as suitable for the first halogenation / titanate step may be used. Generally, the amount of titanium tetrachloride used is about 0.1-5 equivalents, preferably about 0.15-4 equivalents, most preferably about 0.175-2.5 equivalents.
촉매 성분 "C"는 올레핀의 중합을 위해 적절한 예비활성된 촉매를 형성하도록 유기알루미늄 공촉매(cocatalyst) 성분(예비활성제)과 배합될 수 있다. 전형적으로, 촉매 성분 "C"를 함유하는 전이 금속과 함께 사용된 공촉매는 알루미늄 알킬, 알루미늄 알킬 하이드라이드, 리튬 알루미늄 알킬, 아연 알킬, 마그네슘 알킬 등과 같은 그룹 Ⅰa, Ⅱa, 및 Ⅲa 금속의 유기금속 화합물이다. Catalyst component "C" may be combined with an organoaluminum cocatalyst component (preactivator) to form a suitable preactivated catalyst for the polymerization of the olefins. Typically, cocatalysts used with transition metals containing catalyst component "C" are organometals of Groups Ia, IIa, and IIIa metals such as aluminum alkyl, aluminum alkyl hydride, lithium aluminum alkyl, zinc alkyl, magnesium alkyl, and the like. Compound.
예비활성제는 바람직하게는 유기알루미늄 화합물이고, 더 바람직하게는 R^이 1~8개의 탄소 원자를 갖는 알킬 또는 할라이드인 일반식 AlR^3의 알루미늄 알킬이다. 바람직한 유기알루미늄 예비활성제는 예를 들면, 트리메틸 알루미늄(TMA), 트리에틸 알루미늄(TEAl) 및 트리이소부틸 알루미늄(TiBAl)과 같은 트리알킬 알루미늄을 포함한다. 바람직한 예비활성제는 TEAl이다. 티타늄에 대한 Al의 비율은 0.01:1에서 2:1, 바람직하게는 0.25:1에서 1.2:1 범위이다. 계속하여, 촉매는 회수되고 탄화수소 용매로 세정된다.The preactivator is preferably an organoaluminum compound, more preferably aluminum alkyl of the general formula AlR ^ 3 , wherein R ^ is alkyl or halide having 1 to 8 carbon atoms. Preferred organoaluminum preactivators include, for example, trialkyl aluminums such as trimethyl aluminum (TMA), triethyl aluminum (TEAl) and triisobutyl aluminum (TiBAl). Preferred preactive agent is TEAl. The ratio of Al to titanium ranges from 0.01: 1 to 2: 1, preferably from 0.25: 1 to 1.2: 1. Subsequently, the catalyst is recovered and washed with a hydrocarbon solvent.
임의적으로, 전자 공여체는 할로겐화제, 제 1 순한 할로겐화/티탄산염화제, 또는 제 2의 보다 강한 할로겐화/티탄산염화제와 첨가될 수 있다. 가장 바람직하게 는, 전자 공여체는 제 2 할로겐화/티탄산염화 단계에서 사용된다. 폴리올레핀 촉매의 제조에 사용하기 위한 전자 공여체는 잘 알려져 있고, 어떤 적절한 전자 공여체는 적절한 촉매를 제공할 본 발명에서 사용될 수 있다.Optionally, the electron donor can be added with a halogenating agent, a first mild halogenated / titanate agent, or a second stronger halogenated / titanate agent. Most preferably, the electron donor is used in the second halogenation / titanate step. Electron donors for use in the preparation of polyolefin catalysts are well known and any suitable electron donor can be used in the present invention to provide a suitable catalyst.
루이스 염기로 또한 알려진 전자 공여체는 촉매에 전자쌍을 공여할 수 있는 산소, 질소, 인, 또는 황의 유기 화합물이다.Electron donors, also known as Lewis bases, are organic compounds of oxygen, nitrogen, phosphorus, or sulfur capable of donating electron pairs to the catalyst.
전자 공여체는 지방족 또는 방향족 카르복실산 및 그들의 알킬 에스테르, 지방족 또는 싸이클릭 에스테르, 케톤, 비닐 에스테르, 아크릴 유도체, 특히 알킬 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 및 실란 중에서 유리하게 선택된, 단일관능성 또는 다중관능성이 될 수 있다. 적절한 전자 공여체의 바람직한 예는 디-n-부틸 프탈레이트이다. 적절한 전자 공여체의 보다 바람직한 예는 R 및 R'는 1~5개 탄소 원자를 지닌 알킬이고 동일하거나 다를 수 있는, 일반식 RSi(OR')3의 알킬실릴알콕사이드, 예를 들어, 메틸실릴에톡사이드[MeSi(OEt3)]이다.Electron donors are monofunctional or multifunctional, advantageously selected from aliphatic or aromatic carboxylic acids and their alkyl esters, aliphatic or cyclic esters, ketones, vinyl esters, acrylic derivatives, especially alkyl acrylates or methacrylates and silanes This can be Preferred examples of suitable electron donors are di-n-butyl phthalate. More preferred examples of suitable electron donors are alkylsilylalkoxides of the general formula RSi (OR ') 3 , for example methylsilylethoxy, wherein R and R' are alkyl having from 1 to 5 carbon atoms and may be the same or different. Side [MeSi (OEt 3 )].
본 발명의 촉매 시스템의 보조제(support)는 통상적인 지글러-나타 촉매의 어떤 성분을 가진 화학적으로 비반응성인 불활성 고체여야 한다. 보조제는 바람직하게는 마그네슘 화합물이다. 촉매 성분을 위한 보조제를 제공하기 위해 사용되는 마그네슘 화합물의 예들은 마그네슘 할라이드, 디알콕시마그네슘, 알콕시마그네슘 할라이드 및 마그네슘의 카르복실레이트이다. 바람직한 마그네슘 화합물은 마그네슘 클로라이드(MgCl2)이다.The support of the catalyst system of the present invention should be a chemically non-reactive inert solid with any component of a conventional Ziegler-Natta catalyst. Adjuvants are preferably magnesium compounds. Examples of magnesium compounds used to provide an adjuvant for the catalyst component are magnesium halides, dialkoxymagnesium, alkoxymagnesium halides and carboxylates of magnesium. Preferred magnesium compound is magnesium chloride (MgCl 2 ).
임의적으로, 지글러-나타 촉매는 예비-중합될 수 있다. 일반적으로, 예비중 합 공정은 촉매가 공-촉매와 접촉된 후에 소량의 모노머를 촉매와 접촉시켜 달성된다. 예비-중합 공정은 여기서 참고로 도입된 미국 특허 제5,106,804호; 제5,153,158호; 및 제5,584,071호에 기술되어 있다. Optionally, the Ziegler-Natta catalyst may be pre-polymerized. In general, the prepolymerization process is accomplished by contacting a small amount of monomer with the catalyst after the catalyst is contacted with the co-catalyst. Pre-polymerization processes are described in US Pat. No. 5,106,804; 5,153,158; 5,153,158; And 5,584,071.
촉매는 어떤 타입의 α-올레핀의 동일중합(homopolymerization) 또는 공중합(copolymerization)을 위해 알려진 공정에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 촉매는 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, 펜텐, 헥센, 4-메틸펜텐 및 적어도 2개의 탄소 원자를 갖는 다른 α-알켄, 및 그것들의 혼합물을 촉진시키는데 유용할 수 있다. 바람직하게, 본 발명의 촉매는 폴리에틸렌을 제조하도록 에틸렌의 중합에 사용된다.The catalyst can be used in known processes for homopolymerization or copolymerization of any type of α-olefins. For example, the present catalysts may be useful for promoting ethylene, propylene, butylene, pentene, hexene, 4-methylpentene and other α-alkenes having at least two carbon atoms, and mixtures thereof. Preferably, the catalyst of the present invention is used for the polymerization of ethylene to produce polyethylene.
본 발명의 촉매의 활성은 중합공정 및 조건에 적어도 부부적으로 좌우된다. 일반적으로, 촉매의 활성은 적어도 6,000gPE/g 촉매이지만, 또한 100,000gPE/g 촉매보다 클 수도 있다.The activity of the catalyst of the present invention depends at least in part on the polymerization process and conditions. In general, the activity of the catalyst is at least 6,000 gPE / g catalyst, but may also be greater than 100,000 gPE / g catalyst.
또한, 본 발명의 결과 촉매는 우수한 플러프(fluff) 형태를 가진 폴리머를 제공한다. 따라서, 본 발명의 촉매는 균일한 크기 분포를 지닌 큰 폴리머 입자를 제공하는데, 작은, 극히 미세한 입자들은(약 125 미크론 이하) 단지 저 농도로 존재한다. 크고, 고 분말 벌크 농도을 가진 쉽게 이동되는 분말을 포함하는, 본 발명의 촉매는 중합 생산 공정에 맞게 수정될 수 있다.In addition, the resulting catalysts provide polymers with good fluff morphology. Thus, the catalyst of the present invention provides large polymer particles with a uniform size distribution, where small, extremely fine particles (up to about 125 microns) are present only at low concentrations. The catalyst of the present invention, including large, high powder bulk concentrations and easily transported powders, can be modified to suit the polymerization production process.
중합 공정은 벌크(bulk), 슬러리 또는 기체 상으로 존재할 수 있다. 상기 슬러리 상 중합에서 합성된 촉매을 사용하는 것은 바람직하다. 중합 조건은(예를 들어, 온도 및 압력) 사용된 중합 공정의 타입 뿐만 아니라, 사용된 장치의 타입에 좌우되고, 본 기술 분야에 잘 알려져 있다. 일반적으로, 온도는 약 50~200℃, 및 압력은 10~800psi 범위에 있을 수 있다.The polymerization process can be in bulk, slurry or gas phase. Preference is given to using catalysts synthesized in the slurry phase polymerization. Polymerization conditions (eg temperature and pressure) depend not only on the type of polymerization process used, but also on the type of apparatus used and are well known in the art. In general, the temperature may be in the range of about 50-200 ° C., and the pressure in the range of 10-800 psi.
올레핀 모노머는 반응 조건에서 액체인 비반응성 열 이동제(transfer agnet)인 희석제의 중합 반응 영역에 도입될 수 있다. 그러한 희석제의 예는 헥산 및 이소부탄이다. 예를 들어, 부텐 또는 헥센과 같은 또 다른 알파-올레핀을 사용한 에틸렌의 공중합의 경우, 제2 알파-올레핀은 0.01~20 몰 퍼센트, 바람직하게 0.02~10 몰 퍼센트로 존재할 수 있다.The olefin monomer can be introduced into the polymerization reaction zone of the diluent, which is a liquid non-reactive transfer agnet, under the reaction conditions. Examples of such diluents are hexane and isobutane. For example, in the case of copolymerization of ethylene with another alpha-olefin such as butene or hexene, the second alpha-olefin may be present at 0.01-20 mole percent, preferably 0.02-10 mole percent.
중합 공정의 경우, 촉매의 합성에서 내부적인 전자 공여체 및 중합에서 촉매를 활성화시키기 위한 외부적인 전자 공여체 또는 스테레오선택성 제어제(SCA)를 포함하는 것이 바람직하다. 내부적인 전자 공여체는 클로린화 또는 클로린화/티탄산염화 단계 동안에 촉매의 형성반응에 사용될 수 있다. 통상적인 지지(supported) 지글러-나타 촉매 성분을 제조하기 위해 내부적인 전자-공여체로 적절한 화합물은 N, P 및/또는 S 원자를 지닌 에테르, 디에테르, 케톤, 락톤, 전자 공여체 화합물 및 에스테르의 특정 종류(classes)를 포함한다. 특히, 디이소부틸, 디옥틸, 디페닐 및 벤질부틸프탈레이트와 같은 프탈산의 에스테르; 디이소부틸 및 디에틸말로네이트와 같은 말론산의 에스테르; 알킬 및 아릴피발레이트; 알킬, 시클로알킬 및 아릴말레이트; 디이소부틸, 에틸-페닐 및 디페닐카보네이트와 같은 알킬 및 아릴 카보네이트; 모노 및 디에틸 석시네이트와 같은 석신산 에스테르가 적절하다. For the polymerization process, it is preferred to include an internal electron donor in the synthesis of the catalyst and an external electron donor or stereoselectivity control agent (SCA) for activating the catalyst in the polymerization. Internal electron donors can be used in the formation of catalysts during the chlorination or chlorination / titanate steps. Compounds suitable as internal electron-donors for preparing conventional supported Ziegler-Natta catalyst components include those of ethers, diethers, ketones, lactones, electron donor compounds and esters having N, P and / or S atoms. Contains classes In particular, esters of phthalic acid such as diisobutyl, dioctyl, diphenyl and benzylbutyl phthalate; Esters of malonic acid such as diisobutyl and diethylmalonate; Alkyl and arylpivalates; Alkyl, cycloalkyl and arylmaleates; Alkyl and aryl carbonates such as diisobutyl, ethyl-phenyl and diphenylcarbonate; Succinic esters such as mono and diethyl succinate are suitable.
본 발명에 따른 촉매의 제조에 사용될 수 있는 외부 공여체는 일반식 SiRm(OR')4-m의 알콕시실란과 같은 유기실란을 포함하는데, R은 알킬 그룹, 시클로알킬 그룹, 아릴 그룹 및 비닐 그룹으로 구성된 그룹으로부터 선택되고; R'는 알킬 그룹; 및 m이 0~3일 때, R은 R'과 동일할 수 있고, m이 0,1 또는 2일 때, R' 그룹은 동일하거나 다를 수 있으며; m이 2 또는 3일 때, R 그룹은 동일하거나 다를 수 있다.External donors that can be used in the preparation of the catalysts according to the invention include organosilanes such as alkoxysilanes of the general formula SiR m (OR ') 4-m , wherein R is an alkyl group, a cycloalkyl group, an aryl group and a vinyl group Is selected from the group consisting of; R 'is an alkyl group; And when m is 0-3, R may be the same as R ', and when m is 0, 1 or 2, the R' groups may be the same or different; When m is 2 or 3, the R groups can be the same or different.
바람직하게, 본 발명의 외부 공여체는 하기의 식의 실란 화합물로부터 선택된다:Preferably, the external donor of the present invention is selected from silane compounds of the formula:
여기에서, R1 및 R4는 실란에 부착되는 1차, 2차, 3차 탄소 원자를 함유하는 알킬 또는 시클로알킬 그룹이고, R1 및 R4는 동일하거나 다르며; R2 및 R3은 알킬 또는 아릴 그룹이다. R1 은 메틸, 이소부틸, 시클로펜틸, 시클로헥실 또는 t-부틸일 수 있고; R2 및 R3은 메틸, 에틸, 프로필 또는 부틸 그룹일 수 있지만 동일할 필요는 없므ㅛ; 또한, R4는 메틸, 이소프로필, 시클로펜틸, 시클로헥실 또는 t-부틸일 수 있다. 특정 외부 공여체는 시클로헥실메틸디메톡시 실란(CMDS), 디이소프로필디메톡시실란(DIDS), 시클로헥실이소프로필 디메톡시 실란(CIDS), 디시클로펜틸디메톡시실란(CPDS) 또는 디-t-부틸 디메톡시실란(DTDS)이다. Wherein R 1 and R 4 are alkyl or cycloalkyl groups containing primary, secondary, tertiary carbon atoms attached to the silane, and R 1 and R 4 are the same or different; R 2 and R 3 are alkyl or aryl groups. R 1 may be methyl, isobutyl, cyclopentyl, cyclohexyl or t-butyl; R 2 and R 3 may be methyl, ethyl, propyl or butyl groups but need not be identical; In addition, R 4 may be methyl, isopropyl, cyclopentyl, cyclohexyl or t-butyl. Specific external donors include cyclohexylmethyldimethoxy silane (CMDS), diisopropyldimethoxysilane (DIDS), cyclohexylisopropyl dimethoxy silane (CIDS), dicyclopentyldimethoxysilane (CPDS) or di-t-butyl Dimethoxysilane (DTDS).
상기 기술된 촉매를 사용하여 제조된 폴리에틸렌은 약 7.0보다는 작은, 바람직하게는 6.0보다 작은, 더 바람직하게 5.5보다 작은, 가장 바람직하게는 5.0보다 작은 MWD을 갖는다.Polyethylenes made using the catalysts described above have MWDs less than about 7.0, preferably less than 6.0, more preferably less than 5.5, most preferably less than 5.0.
일반적으로 설명된 발명, 다음의 실시예들은 본 발명의 구체적인 실시예로, 그리고 본 발명의 실시 및 이점을 설명하기 위해 제공된다. 이 실시예들은 예시의 방법으로 주어지고 어떤 방식으로든 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위를 제한하고자 의도하는 것이 아님이 이해된다.Generally described invention, the following examples are provided as specific embodiments of the present invention, and to illustrate the practice and advantages of the present invention. It is understood that these embodiments are given by way of example and are not intended to limit the description or claims of the invention in any way.
실시예Example
하기의 예들은 단지 본 발명의 어떤 실시예를 예시하기 위해 제공되고, 청구범위의 제한을 의미하는 것이 아니다.The following examples are provided merely to illustrate certain embodiments of the present invention and are not meant to limit the claims.
촉매 제조Catalyst manufacturing
이러한 예는 더 좁은 분자량분포(MED)폴리머의 제조를 위해 허용하는 제어된-형태 폴리에틸렌 촉매의 예시를 제공한다. 촉매의 고유한 분자량 분포(MWD)는 주입 몰딩 적용에 적당한 수지(resin)를 제공하도록 활용될 수 있다.This example provides an illustration of a controlled-type polyethylene catalyst that allows for the preparation of narrower molecular weight distribution (MED) polymers. The inherent molecular weight distribution (MWD) of the catalyst can be utilized to provide a resin suitable for injection molding applications.
아래에 제어된-형태 촉매를 위한 합성 전략이 있다. 표준 벤치반응기 조건하에서 이 촉매에 의해 주어진 폴리머 MWD에 관한 두드러진 데이타가 표1에 나타나 있다. 이 데이타로부터 알 수 있는 바와 같이, 폴리머의 MWD는 쉬어 반응(shear response)(SR5) 및 다분산도(polydispersity)(Mw/Mn) 값에 의해 측정된 값만큼이나 명백히 좁다. Below is a synthesis strategy for controlled-form catalysts. Prominent data on the polymer MWD given by this catalyst under standard bench reactor conditions are shown in Table 1. As can be seen from this data, the MWD of the polymer is apparently as narrow as the value measured by the shear response (SR5) and polydispersity (M w / M n ) values.
촉매는 하기와 같이 제조된다:The catalyst is prepared as follows:
단계 1Step 1
용해성 중간물 A를 제조하기 위한 BuEtMg/DIAE/TEAl (1: 0.6 : 0.03) + 2-에틸헥산올(2/09).BuEtMg / DIAE / TEAl (1: 0.6: 0.03) + 2-ethylhexanol (2/09) to prepare soluble intermediate A.
단계 2Step 2
용해성 중간물 B를 제공하기 위한 중간물 A + 1.0 ClTi(OPr)3.Intermediate A + 1.0 ClTi (OPr) 3 to give soluble intermediate B. 3 .
단계 3Step 3
고체 예비촉매를 제공하기 위한 중간물 B + Ti(OPr)4/TiCl4(2.0 : 1.0).Intermediate B + Ti (OPr) 4 / TiCl 4 (2.0: 1.0) to give a solid precatalyst.
단계 4Step 4
최종 촉매를 제공하기 위한 예비촉매 + TiCl4(0.25) + TEAl. Precatalyst to provide the final catalyst + TiCl 4 (0.25) + TEAl.
중합polymerization
에틸렌의 중합을 위해 사용된 반응기(오토클레이브 엔지니어)는 4 리터 용량을 갖고 2개의 서로 다른 각도의 혼합 프로펠러를 지닌 4개의 혼합 배플(baffles)이 장착된다. 에틸렌 및 수소는 돔 장착된 후위-압력(back-pressure) 조절기가 내부 반응기 압력 상수를 유지하는 동안 텔레딘-헤이스팅 레이디스트(Teledyne-Hastings Raydist) 질량 유동 제어기를 통해 반응관에 유입된다. 반응 온도는 바버-콜맨 제어기(Baeber-Coleman)으로 연결된 캠머 밸브(Kammer Valve))를 사용하는 스팀 및 냉각수로 유지된다(반응기 자켓 안에서). 헥산은 희석제로서 사용되었다. The reactor used for the polymerization of ethylene (autoclave engineer) is equipped with four mixing baffles with a four liter capacity and two different angle mixing propellers. Ethylene and hydrogen are introduced into the reaction tube through the Teledyne-Hastings Raydist mass flow controller while the dome mounted back-pressure regulator maintains the internal reactor pressure constant. The reaction temperature is maintained with steam and coolant (in a reactor jacket) using a Kammer Valve connected to a Barber-Coleman controller. Hexane was used as diluent.
실험적인 변수:Experimental Variables:
온도 80℃Temperature 80 ℃
반응 시간 60분60 minutes reaction time
압력 125psiPressure 125psi
촉매 0.2 cc 슬러리(ca. 10mg 촉매)0.2 cc slurry of catalyst (ca. 10 mg catalyst)
공촉매 TEAl@0.25mmole/LCocatalyst TEAl@0.25mmole/L
유동율 H2/C2@ 0.25Flow Rate H 2 / C 2 @ 0.25
본 발명의 예시적인 실시예가 상세하게 기술되는 반면에, 다양한 다른 변형들이 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 본 발명의 정신 및 범위로부터 유리됨 없이 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 쉽게 제조될 수 있음이 이해된다. 따라서, 여기에 첨부된 청구항의 범위가 여기에 설명된 실시예 및 설명들에 제한되는 것을 의도하는 것이 아니라, 오히려 청구항은 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 동등하게 취급되는 모든 특성들을 포함하여, 본 발명에 존재하는 특허 가능한 신규성의 모든 특성들을 포함하는 것으로 구성되는 것으로 의도된다.While exemplary embodiments of the present invention have been described in detail, various other modifications will be apparent to those skilled in the art, and those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the present invention. It is understood that it can be easily prepared by those with. Therefore, it is not intended that the scope of the claims appended hereto be limited to the embodiments and descriptions described herein, but rather that the claims are treated equally by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. It is intended to include all the features, including all the properties of the patentable novelty present in the present invention.
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