KR20190118178A - 에틸렌계 혼성중합체용 포스포아미데이트 촉매 - Google Patents
에틸렌계 혼성중합체용 포스포아미데이트 촉매 Download PDFInfo
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Abstract
촉매 시스템은 하기 화학식 (I)에 따른 금속-리간드 착물을 함유한다:
상기 화학식 (I)에서, M은 Ti, Zr 또는 Hf이며; n은 0, 1, 2, 또는 3이며; m은 1 또는 2이며; 각각의 R1 및 각각의 R2는 독립적으로 (C1-C40)하이드로카르빌, (C1-C40)헤테로하이드로카르빌, (C1-C40)아릴, (C1-C40)헤테로아릴, 할로겐 및 -H로부터 선택되며; R1 및 R2는 선택적으로 서로 공유 연결되고; 각각의 R3은 첨자 m의 값에 따라 정체성(identity)을 갖는 탄화수소 또는 헤테로탄화수소 라디칼이다. 금속-리간드 착물은 폴리올레핀 중합용 촉매 시스템에 전구촉매로서 혼입될 수 있다.
상기 화학식 (I)에서, M은 Ti, Zr 또는 Hf이며; n은 0, 1, 2, 또는 3이며; m은 1 또는 2이며; 각각의 R1 및 각각의 R2는 독립적으로 (C1-C40)하이드로카르빌, (C1-C40)헤테로하이드로카르빌, (C1-C40)아릴, (C1-C40)헤테로아릴, 할로겐 및 -H로부터 선택되며; R1 및 R2는 선택적으로 서로 공유 연결되고; 각각의 R3은 첨자 m의 값에 따라 정체성(identity)을 갖는 탄화수소 또는 헤테로탄화수소 라디칼이다. 금속-리간드 착물은 폴리올레핀 중합용 촉매 시스템에 전구촉매로서 혼입될 수 있다.
Description
관련
출원에 대한 교차 참조
본 출원은 2017년 2월 28일에 출원된 미국 가특허 출원 62/464,712의 우선권을 주장하며, 이는 그 전체가 본 명세서에 원용되어 포함된다.
기술분야
본 개시내용의 실시형태는 일반적으로 올레핀 중합 촉매 시스템 및 방법에 관련된 것이고, 보다 구체적으로는 올레핀 중합용 비-아릴 페녹시기 IV 전이 금속 촉매의 합성 및 상기 촉매 시스템을 포함하는 올레핀 중합 방법에 관련된 것이다.
폴리에틸렌 및/또는 폴리프로필렌과 같은 올레핀계 중합체는 다양한 촉매 시스템을 통해 제조된다. 올레핀계 중합체의 중합 방법에 사용되는 이러한 촉매 시스템의 선택은 이러한 올레핀계 중합체의 특징 및 특성에 기여하는 중요한 인자이다.
폴리에틸렌 및 폴리프로필렌은 매우 다양한 물품용으로 제조된다. 상이한 적용에 사용하기에 적합한 다양한 수지를 제공하는 상이한 물리적 특성을 갖는 매우 다양한 생성된 폴리에틸렌 수지를 제조하기 위해 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 중합 방법은 여러 가지 면에서 다양해질 수 있다. 에틸렌 단량체 및 선택적으로 하나 이상의 공단량체는 액체 희석제, 예컨대 이소부탄과 같은 알칸 또는 이소알칸에 존재한다. 반응기에 수소도 또한 첨가될 수 있다. 폴리에틸렌을 제조하기 위한 촉매 시스템은 전형적으로 크롬계 촉매 시스템, 지글러-나타 촉매 시스템, 또는 분자(메탈로센 또는 비-메탈로센) 촉매 시스템을 포함할 수 있다. 희석제 및 촉매 시스템에서 반응물은 상승된 중합 온도에서 루프 반응기 주위에서 순환되며, 이로써 폴리에틸렌 단독중합체 또는 공중합체를 제조한다. 주기적으로 또는 연속적으로, 미반응 에틸렌 및 하나 이상의 선택적인 공단량체와 함께 희석제에 용해된 폴리에틸렌 생성물을 포함하는 반응 혼합물의 일부가 루프 반응기에서 제거된다. 루프 반응기에서 제거될 때 희석제 및 미반응 반응물로부터 폴리에틸렌 생성물을 제거하기 위해 반응 혼합물이 처리될 수 있으며, 상기 희석제 및 상기 미반응 반응물은 전형적으로 루프 반응기로 재순환된다. 대안적으로, 반응 혼합물은 제2 폴리에틸렌 분획물이 생성될 수 있는 제1 루프 반응기에 직렬 연결된 제2 반응기, 예컨대 루프 반응기로 보내질 수 있다.
올레핀 중합, 예컨대 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 중합에 적합한 촉매 시스템을 개발하는 연구 노력에도 불구하고, 고분자량 및 좁은 분자량 분포를 갖는 중합체를 제조할 수 있는 비교 촉매 시스템보다 높은 효율을 나타내는 전구촉매 및 촉매 시스템에 대한 필요성이 여전히 존재한다.
일부 실시형태에 따르면, 촉매 시스템은 하기 화학식 (I)에 따른 금속-리간드 착물을 포함한다.
화학식 (I)에서, M은 티타늄, 지르코늄 또는 하프늄으로부터 선택되는 금속이고, 상기 금속은 +2, +3 또는 +4의 형식 산화 상태에 있다. 아래 첨자 n은 0, 1, 2 또는 3이고; 아래 첨자 m은 1 또는 2이다. 금속-리간드 착물은 6개 이하의 금속-리간드 결합을 가지고, 전체 전하(overall charge)-중성이다.
화학식 (I)에서, 각각의 R1 및 각각의 R2는 독립적으로 (C1-C40)하이드로카르빌, (C1-C40)헤테로하이드로카르빌, (C1-C40)아릴, (C1-C40)헤테로아릴, 할로겐 및 -H로부터 선택된다. 선택적으로, R1와 R2는 서로 공유 연결된다.
화학식 (I)에서, m이 1인 경우, 각각의 X는 (C1-C40)하이드로카르빌, (C1-C40)하이드로카르빌렌, (C6-C20)아릴, (C5-C20)헤테로아릴, 사이클로펜타디에닐 또는 치환된 사이클로펜타디에닐로 구성된 군으로부터 독립적으로 선택되는 한자리(monodentate) 또는 두자리(bidentate) 리간드이다. R3은 (C1-C40)하이드로카르빌, (C5-C20)헤테로아릴, (C6-C40)아릴, (C5-C40)헤테로아릴, 비치환된 (C1-C40)알킬 또는 할로겐화된 페닐 라디칼로부터 선택된다. R3은 선택적으로 R2에 공유 연결되되, 단, 임의의 X가 치환된 또는 비치환된 사이클로펜타디에닐인 경우, R3은 적어도 하나의 RS로 치환된 (C6-C40)아릴 및 적어도 하나의 RS로 치환된 (C5-C40)헤테로아릴로 구성된 군으로부터 선택되며, 여기서, RS는 (C1-C40)하이드로카르빌 및 (C1-C40)헤테로하이드로카르빌로 구성된 군으로부터 선택된다.
화학식 (I)에서, m이 2인 경우, 각각의 X는 (C1-C40)하이드로카르빌, (C1-C40)하이드로카르빌렌, (C6-C20)아릴, (C5-C20)헤테로아릴, 및 치환된 또는 비치환된 사이클로펜타디에닐로 구성된 군으로부터 독립적으로 선택되는 한자리 또는 두자리 리간드이고, 각각의 R3은 독립적으로 (C1-C40)하이드로카르빌, (C5-C20)헤테로아릴, (C6-C40)아릴, (C5-C40)헤테로아릴, 비치환된 (C1-C40)알킬 또는 할로겐화된 페닐 라디칼로부터 선택되되, 단, 어떤 X도 치환된 또는 비치환된 사이클로펜타디에닐이 아닌 경우, R3은 적어도 하나의 RS로 치환된 (C6-C40)아릴 및 적어도 하나의 RS로 치환된 (C5-C40)헤테로아릴로 구성된 군으로부터 선택되며, 여기서, RS는 (C1-C40)하이드로카르빌 및 (C1-C40)헤테로하이드로카르빌로 구성된 군으로부터 선택된다.
이제, 촉매 시스템의 구체적인 실시형태가 기재될 것이다. 본 개시내용의 촉매 시스템은 상이한 형태로 구현될 수 있고, 본 개시내용에 제시된 구체적인 실시형태로 제한되는 것으로 간주되어서는 안됨을 이해해야 한다. 그보다는, 실시형태는 제공되어, 본 개시내용이 완벽하고 완전할 것이며 당업자에게 주제의 범위를 충분히 전달할 것이다.
보편적인 약어는 하기에 열거되어 있다:
R, Z, M, X 및 n: 상기 정의된 바와 같음; Me: 메틸; Et: 에틸; Ph: 페닐; Bn: 벤질; i -Pr: 이소-프로필; t -Bu: tert-부틸; t -Oct: tert-옥틸 (2,4,4-트리메틸펜트-2-일); Ts: 톨루엔 설포네이트; THF: 테트라하이드로푸란; Et 2 O: 디에틸 에테르; DMA: 디메틸아세타미드; DME: 디메톡시에탄; CH 2 Cl 2 또는 DCM: 디클로로메탄; CCl 4 : 카본 테트라클로라이드; EtOH: 에탄올; CH 3 CN: 아세토니트릴; MeCN: 아세토니트릴; THF: 테트라하이드로푸란; EtOAc: 에틸 아세테이트; C 6 D 6 : 중수소화된(deuterated) 벤젠; 벤젠-i6: 중수소화된 벤젠; CDCl 3 : 중수소화된 클로로포름; DMSO-J6: 중수소화된 디메틸설폭사이드; DBA: 디벤질리덴아세톤; PPh 3 : 트리페닐포스핀; PCy 3 : 트리사이클로헥실포스핀; NEt 3 : 트리에틸아민; NH 2 Pr: 프로필아민; NaHSO 3 : 소듐 비설파이트(bisulfite); SiO 2 : 실리카 겔; Me 4 Si: 테트라메틸실란; MeI: 메틸 요오다이드; NaOH: 소듐 하이드록사이드; NaHCO 3 : 소듐 비카르보네이트(bicarbonate); NaOiBu: 소듐 tert-부톡사이드; K 3 PO4: 포타슘 포스페이트 3염기성(tribasic); brine: 포화된 수성 소듐 클로라이드; Na 2 SO 4 : 소듐 설페이트; MgSO 4 : 마그네슘 설페이트; HCl: 염산; NH 4 OH: 암모늄 하이드록사이드; KHMDS: 포타슘 헥사메틸디실라자이드; PCl 5 : 인 펜타클로라이드; SOCl 2 : 티오닐클로라이드; n -BuLi: n-부틸리튬; AlMe 3 : 트리메틸알루미늄; CuI: 구리(I) 요오다이드; Cs 2 CO 3 : 세슘 카르보네이트; AgNO 3 : 은 니트레이트; HfCl 4 : 하프늄(IV) 클로라이드; HfBn 4 : 하프늄(IV) 테트라벤질; ZrCl 4 : 지르코늄(IV) 클로라이드; ZrBn 4 : 지르코늄(IV) 테트라벤질; NiBr 2 (DME): 니켈(II) 브로마이드 에틸렌 글리콜 디메틸 에테르 착물; N 2 : 질소 가스; PhMe: 톨루엔; MAO: 메틸알루미녹산; MMAO: 변형된 메틸알루미녹산; PTFE: 폴리테트라플루오로에틸렌; GC: 기체 크로마토그래피; LC: 액체 크로마토그래피; NMR: 핵 자기 공명; HRMS: 고해상 질량 분광법; mmol: 밀리몰; g/mol: 그램/몰; mL: 밀리미터; M: 몰(molar); min: 분; h: 시간: d: 일.
용어 "독립적으로 선택되는"은, R1, R2, R3, R4 및 R5와 같은 R 기가 동일하거나 상이할 수 있음을 가리킨다(예를 들어 R1, R2, R3, R4 및 R5는 모두 치환된 알킬이거나, R1 및 R2는 치환된 알킬일 수 있고 R3은 아릴일 수 있는 등임). R 기와 연관된 화학명은, 그 화학명의 화학 구조에 상응하는 바와 같이 당업계에서 인지된 화학 구조를 전달하고자 한다. 따라서, 화학명은 당업자에게 공지된 구조적 정의를 보충하고 예시하려는 것이며 배제하려는 것이 아니다.
용어 "전구촉매"는 활성자와 조합 시 촉매 활성을 갖는 화합물을 지칭한다. 용어 "활성자"는 전구촉매를 촉매적으로 활성인 촉매로 전환시키는 방식으로 상기 전구촉매와 화학적으로 반응하는 화합물을 지칭한다. 본원에 사용된 바와 같이, 용어 "공촉매" 및 "활성자"는 상호교환적인 용어이다.
소정의 탄소 원자-함유 화학기를 기재하는 데 사용될 때, 형태 "(Cx-Cy)"를 갖는 삽입구 표현은 비치환된 형태의 화학기가 x 및 y를 포함하여 x개의 탄소 원자 내지 y개의 탄소 원자를 가짐을 의미한다. 예를 들어, (C1-C40)알킬은 1 내지 40개의 탄소 원자를 갖는 비치환된 형태의 알킬기이다. 일부 실시형태 및 일반적인 구조에서, 소정의 화학기는 RS과 같은 하나 이상의 치환기에 의해 치환될 수 있다. "(Cx-Cy)" 삽입구를 사용하여 정의된 RS 치환된 화학기는 임의의 기 RS의 정체성(identity)에 따라 y개 초과의 탄소 원자를 함유할 수 있다. 예를 들어, "RS가 페닐(-C6H5)인, 정확하게 1개의 RS로 치환된 (C1-C40)알킬"은 7 내지 46개의 탄소 원자를 함유할 수 있다. 따라서, 일반적으로 "(Cx-Cy)" 삽입구를 사용하여 정의된 화학기가 하나 이상의 탄소 원자-함유 치환기 RS에 의해 치환되는 경우, 화학기의 탄소 원자의 최소 및 최대 총 수는, 모든 탄소 원자-함유 치환기 RS로부터의 탄소 원자의 수의 조합된 합계를 x와 y 둘 모두에 첨가함으로써 결정된다.
용어 "치환"은, 상응하는 비치환된 화합물 또는 작용기의 탄소 원자 또는 헤테로원자에 결합된 적어도 하나의 수소 원자(-H)가 치환기(예를 들어 RS)에 의해 대체됨을 의미한다. 용어 "과치환(persubstitution)"은, 상응하는 비치환된 화합물 또는 작용기의 탄소 원자 또는 헤테로원자에 결합된 모든 수소 원자(H)가 치환기(예를 들어 RS)에 의해 대체됨을 의미한다. 용어 "다치환(polysubstitution)"은, 상응하는 비치환된 화합물 또는 작용기의 탄소 원자 또는 헤테로원자에 결합된 적어도 2개이지만 모두보다는 적은 수의 수소 원자가 치환기에 의해 대체됨을 의미한다. 용어 "-H"는 또 다른 원자에 공유 결합된 수소 또는 수소 라디칼을 의미한다. "수소" 및 "-H"는 상호교환적이고, 명확하게 명시되지 않는 한 동일한 의미를 가진다.
용어 "(C1-C40)하이드로카르빌"은 1 내지 40개 탄소 원자의 탄화수소 라디칼을 의미하고, 용어 "(C1-C40)하이드로카르빌렌"은 1 내지 40개 탄소 원자의 탄화수소 디라디칼을 의미하며, 여기서, 각각의 탄화수소 라디칼 및 각각의 탄화수소 디라디칼은 방향족 또는 비-방향족, 포화된 또는 불포화된, 직쇄 또는 분지쇄, 환식(3개 이상의 탄소를 갖고, 단환식 및 다환식, 융합 및 비-융합된 다환식, 및 이환식을 포함함) 또는 비환식이고, 하나 이상의 RS에 의해 치환되거나 비치환된다.
본 개시내용에서, (C1-C40)하이드로카르빌은 비치환된 또는 치환된 (C1-C40)알킬, (C3-C40)사이클로알킬, (C3-C20)사이클로알킬-(C1-C20)알킬렌, (C6-C40)아릴, 또는 (C6-C20)아릴-(C1-C20)알킬렌(예컨대 벤질 (-CH2-C6H5)일 수 있다.
용어 "(C1-C40)알킬" 및 "(C1-C18)알킬"은 1 내지 40개 탄소 원자의 포화된 직쇄 또는 분지형 탄화수소 라디칼 및 1 내지 18개 탄소 원자의 포화된 직쇄 또는 분지형 탄화수소 라디칼을 각각 의미하고, 이는 비치환되거나 하나 이상의 RS에 의해 치환된다. 비치환된 (C1-C40)알킬의 예로는, 비치환된 (C1-C20)알킬; 비치환된 (C1-C10)알킬; 비치환된 (C1-C5)알킬; 메틸; 에틸; 1-프로필; 2-프로필; 1-부틸; 2-부틸; 2-메틸프로필; 1,1-디메틸에틸; 1-펜틸; 1-헥실; 1-헵틸; 1-노닐; 및 1-데실이 있다. 치환된 (C1-C40)알킬의 예로는, 치환된 (C1-C20)알킬, 치환된 (C1-C10)알킬, 트리플루오로메틸 및 [C45]알킬이 있다. 용어 "[C45]알킬"은 치환기를 포함하여 라디칼에 최대 45개의 탄소 원자가 있음을 의미하고, 예를 들어 하나의 RS에 의해 치환된 (C27-C40)알킬이며, 이는 각각 (C1-C5)알킬이다. 각각의 (C1-C5)알킬은 메틸, 트리플루오로메틸, 에틸, 1-프로필, 1-메틸에틸, 또는 1,1-디메틸에틸일 수 있다.
용어 "(C6-C40)아릴"은 6 내지 40개 탄소 원자의 비치환된 또는 (하나 이상의 RS에 의해) 치환된 단환식, 이환식 또는 삼환식 방향족 탄화수소 라디칼을 의미하며, 이 중 적어도 6 내지 14개의 탄소 원자는 방향족 고리 탄소 원자이다. 단환식 방향족 탄화수소 라디칼은 1개의 방향족 고리를 포함하며; 이환식 방향족 탄화수소 라디칼은 2개의 고리를 포함하고; 삼환식 방향족 탄화수소 라디칼은 3개의 고리를 가진다. 이환식 또는 삼환식 방향족 탄화수소 라디칼이 존재하는 경우, 라디칼의 적어도 하나의 고리는 방향족이다. 방향족 라디칼의 다른 고리 또는 고리들은 독립적으로 융합된 또는 비-융합된 및 방향족 또는 비-방향족으로부터 선택될 수 있다. 비치환된 (C6-C40)아릴의 예로는, 비치환된 (C6-C20)아릴, 비치환된 (C6-C18)아릴; 2-(C1-C5)알킬-페닐; 페닐; 플루오레닐; 테트라하이드로플루오레닐; 인다세닐; 헥사하이드로인다세닐; 인데닐; 디하이드로인데닐; 나프틸; 테트라하이드로나프틸; 및 페난트렌이 있다. 치환된 (C6-C40)아릴의 예로는, 치환된 (C1-C20)아릴; 치환된 (C6-C18)아릴; 2,4-비스([C20]알킬)-페닐; 폴리플루오로페닐; 펜타플루오로페닐; 및 플루오렌-9-온-l-일이 있다.
용어 "(C3-C40)사이클로알킬"은 비치환되거나 하나 이상의 RS에 의해 치환된 3 내지 40개 탄소 원자의 포화된 환식 탄화수소 라디칼을 의미한다. 다른 사이클로알킬기(예를 들어 (C3-C12)사이클로알킬)는 유사한 방식으로 x 내지 y개의 탄소 원자를 갖고 비치환되거나 하나 이상의 RS로 치환되는 것으로 정의된다. 비치환된 (C3-C40)사이클로알킬의 예로는, 비치환된 (C3-C20)사이클로알킬, 비치환된 (C3-C10)사이클로알킬, 사이클로프로필, 사이클로부틸, 사이클로펜틸, 사이클로헥실, 사이클로헵틸, 사이클로옥틸, 사이클로노닐 및 사이클로데실이 있다. 치환된 (C3-C40)사이클로알킬의 예로는, 치환된 (C3-C20)사이클로알킬, 치환된 (C3-C10)사이클로알킬, 사이클로펜타논-2-일 및 1-플루오로사이클로헥실이 있다.
(C1-C40)하이드로카르빌렌의 예로는, 비치환된 또는 치환된 (C6-C40)아릴렌, (C3-C40)사이클로알킬렌 및 (C1-C40)알킬렌 (예를 들어 (C1-C20)알킬렌)이 있다. 디라디칼은 동일한 탄소 원자 상에 존재하거나(예를 들어 -CH2-) 또는 인접한 탄소 원자 상에 존재할 수 있거나(즉, 1,2-디라디칼), 1, 2 또는 2개 초과의 개재(intervening) 탄소 원자에 의해 이격되어 있다(예를 들어 1,3-디라디칼, 1,4-디라디칼 등). 일부 디라디칼은 1,2-, 1,3-, 1,4-, 또는 α,ω-디라디칼을 포함하고, 다른 디라디칼은 1,2-디라디칼을 포함한다. α,ω-디라디칼은 라디칼 탄소 사이에 최대 탄소 백본 간격(spacing)을 갖는 디라디칼이다. (C2-C20)알킬렌 α,ω-디라디칼의 일부 예로는, 에탄-1,2-디일(즉, -CH2CH2-), 프로판-1,3-디일(즉, -CH2CH2CH2-), 2-메틸프로판-1,3-디일(즉, -CH2CH(CH3)CH2-)이 있다. (C6-C40)아릴렌 α,ω-디라디칼의 일부 예로는, 페닐-1,4-디일, 나프탈렌-2,6-디일 또는 나프탈렌-3,7-디일이 있다.
용어 "(C1-C40)알킬렌"은 비치환되거나 하나 이상의 RS에 의해 치환되는, 1 내지 40개 탄소 원자의 포화된 직쇄 또는 분지쇄 디라디칼(즉, 라디칼은 고리 원자 상에 존재하지 않음)을 의미한다. 비치환된 (C1-C40)알킬렌의 예로는, 비치환된 -CH2CH2-, -(CH2)3-, -(CH2)4-, -(CH2)5-, -(CH2)6-, -(CH2)7-, -(CH2)8-, -CH2C*HCH3 및 -(CH2)4C*(H)CH3을 포함하여 비치환된 (C1-C20)알킬렌이 있으며, 여기서, "C*"는 수소 원자가 제거되어 2차 또는 3차 알킬 라디칼을 형성하는 탄소 원자를 의미한다. 치환된 (C1-C40)알킬렌의 예로는, 치환된 (C1-C20)알킬렌, -CF2-, -C(O)- 및 -(CH2)14C(CH3)2(CH2)5-(즉, 6,6-디메틸 치환된 노르말(normal) 1,20-에이코실렌)이 있다. 이전에 언급된 바와 같이 2개의 RS는 함께 취해져서 (C1-C18)알킬렌을 형성할 수 있기 때문에, 치환된 (C1-C40)알킬렌의 예로는 또한, 1,2-비스(메틸렌)사이클로펜탄, 1,2-비스(메틸렌)사이클로헥산, 2,3-비스(메틸렌)-7,7-디메틸-비사이클로 [2.2.1]헵탄 및 2,3-비스(메틸렌)비사이클로 [2.2.2] 옥탄이 있다.
용어 "(C3-C40)사이클로알킬렌"은 비치환되거나 하나 이상의 RS에 의해 치환되는, 3 내지 40개 탄소 원자의 환식 디라디칼(즉, 라디칼은 고리 원자 상에 존재함)을 의미한다.
용어 "헤테로원자"는 수소 또는 탄소 이외의 원자를 지칭한다. 1개 또는 1개 초과의 헤테로원자를 함유하는 기의 예로는, O, S, S(O), S(O)2, Si(RC)2, P(RP), N(RN), -N=C(RC)2, -Ge(RC)2- 또는 -Si(RC)-이 있으며, 여기서, 각각의 RC 및 각각의 RP는 비치환된 (C1-C18)하이드로카르빌 또는 -H이고, 각각의 RN은 비치환된 (C1-C18)하이드로카르빌이다. 용어 "헤테로탄화수소"는, 탄화수소의 하나 이상의 탄소 원자가 헤테로원자로 대체된 분자 또는 분자 프레임워크(framework)를 지칭한다. 용어 "(C1-C40)헤테로하이드로카르빌"은 1 내지 40개 탄소 원자의 헤테로탄화수소 라디칼을 의미하고, 용어 "(C1-C40)헤테로하이드로카르빌렌"은 1 내지 40개 탄소 원자의 헤테로탄화수소 디라디칼을 의미한다. (C1-C40)헤테로하이드로카르빌 또는 (C1-C40)헤테로하이드로카르빌렌의 헤테로탄화수소는 하나 이상의 헤테로원자를 가진다. 헤테로하이드로카르빌의 라디칼은 탄소 원자 또는 헤테로원자 상에 존재할 수 있다. 헤테로하이드로카르빌렌의 2개의 라디칼은 단일 탄소 원자 상에 또는 단일 헤테로원자 상에 존재할 수 있다. 부가적으로, 디라디칼의 2개 라디칼 중 1개가 탄소 원자 상에 존재할 수 있고 다른 라디칼은 상이한 탄소 원자 상에 존재할 수 있거나; 2개 라디칼 중 1개가 탄소 원자 상에 존재할 수 있고 다른 라디칼은 헤테로원자 상에 존재할 수 있거나; 2개 라디칼 중 1개가 헤테로원자 상에 존재할 수 있고 다른 라디칼은 상이한 헤테로원자 상에 존재할 수 있다. 각각의 (C1-C40)헤테로하이드로카르빌 및 (C1-C40)헤테로하이드로카르빌렌은 비치환된 또는 (하나 이상의 RS에 의해) 치환된, 방향족 또는 비-방향족, 포화된 또는 불포화된, 직쇄 또는 분지쇄, 환식(단환식 및 다환식, 융합 및 비-융합된 다환식을 포함함) 또는 비환식일 수 있다.
(C1-C40)헤테로하이드로카르빌은 비치환되거나 치환될 수 있다. (C1-C40)헤테로하이드로카르빌의 비제한적인 예로는, (C1-C40)헤테로알킬, (C1-C40)하이드로카르빌-O-, (C1-C40)하이드로카르빌-S-, (C1-C40)하이드로카르빌-S(O)-, (C1-C40)하이드로카르빌-S(O)2-, (C1-C40)하이드로카르빌-Si(RC)2-, (Cl-C40)하이드로카르빌-N(RN)-, (Cl-C40)하이드로카르빌-P(RP)-, (C2-C40)헤테로사이클로알킬, (C2-C19)헤테로사이클로알킬-(C1-C20)알킬렌, (C3-C20)사이클로알킬-(C1-C19)헤테로알킬렌, (C2-C19)헤테로사이클로알킬-(C1-C20)헤테로알킬렌, (C1-C40)헤테로아릴, (C1-C19)헤테로아릴-(C1-C20)알킬렌, (C6-C20)아릴-(C1-C19)헤테로알킬렌 또는 (C1-C19)헤테로아릴-(C1-C20)헤테로알킬렌이 있다.
용어 "(C4-C40)헤테로아릴"은 4 내지 40개의 총 탄소 원자 및 1 내지 10개의 헤테로원자의 비치환된 또는 (하나 이상의 RS에 의해) 치환된 단환식, 이환식, 또는 삼환식 헤테로방향족 탄화수소 라디칼을 의미한다. 단환식 헤테로방향족 탄화수소 라디칼은 1개의 헤테로방향족 고리를 포함하며; 이환식 헤테로방향족 탄화수소 라디칼은 2개의 고리를 갖고; 삼환식 헤테로방향족 탄화수소 라디칼은 3개의 고리를 가진다. 이환식 또는 삼환식 헤테로방향족 탄화수소 라디칼이 존재하는 경우, 라디칼 내의 고리 중 적어도 하나는 헤테로방향족이다. 헤테로방향족 라디칼의 다른 고리 또는 고리들은 독립적으로 융합된 또는 비-융합된 및 방향족 또는 비-방향족일 수 있다. 다른 헤테로아릴기(예를 들어 일반적으로 (Cx-Cy)헤테로아릴, 예컨대 (C4-C12)헤테로아릴)는 유사한 방식으로 x 내지 y개의 탄소 원자(예컨대 4 내지 12개의 탄소 원자)를 갖고 비치환되거나 하나 이상의 RS에 의해 치환되는 것으로 정의된다. 단환식 헤테로방향족 탄화수소 라디칼은 5-원 고리 또는 6-원 고리이다. 5-원 고리 단환식 헤테로방향족 탄화수소 라디칼은 5 - h개의 탄소 원자를 가지며, 여기서, h는 헤테로원자의 수이고, 1, 2, 또는 3일 수 있으며; 각각의 헤테로원자는 O, S, N, 또는 P일 수 있다.
5-원 고리 헤테로방향족 탄화수소 라디칼의 예로는, 피롤-1-일; 피롤-2-일; 푸란-3-일; 티오펜-2-일; 피라졸-1-일; 이속사졸-2-일; 이소티아졸-5-일; 이미다졸-2-일; 옥사졸-4-일; 티아졸-2-일; 1,2,4-트리아졸-1-일; 1,3,4-옥사디아졸-2-일; 1,3,4-티아디아졸-2-일; 테트라졸-1-일; 테트라졸-2-일; 및 테트라졸-5-일이 있다. 6-원 고리 단환식 헤테로방향족 탄화수소 라디칼은 6 - h개의 탄소 원자를 가지며, 여기서, h는 헤테로원자의 수이고, 1 또는 2일 수 있으며, 헤테로원자는 N 또는 P일 수 있다.
6-원 고리 헤테로방향족 탄화수소 라디칼의 예로는, 피리딘-2-일; 피리미딘-2-일; 및 피라진-2-일이 있다. 이환식 헤테로방향족 탄화수소 라디칼은 융합된 5,6- 또는 6,6-고리 시스템일 수 있다. 상기 융합된 5,6-고리 시스템 이환식 헤테로방향족 탄화수소 라디칼의 예는 인돌-1-일; 및 벤즈이미다졸-1-일이다. 상기 융합된 6,6-고리 시스템 이환식 헤테로방향족 탄화수소 라디칼의 예는 퀴놀린-2-일; 및 이소퀴놀린-1-일이다. 삼환식 헤테로방향족 탄화수소 라디칼은 융합된 5,6,5-; 5,6,6-; 6,5,6-; 또는 6,6,6-고리 시스템일 수 있다. 상기 융합된 5,6,5-고리 시스템의 예는 1,7-디하이드로피롤로[3,2-f]인돌-1-일이다. 상기 융합된 5,6,6-고리 시스템의 예는 1H-벤조[f] 인돌-1-일이다. 상기 융합된 6,5,6-고리 시스템의 예는 9H-카바졸-9-일이다. 상기 융합된 6,5,6-고리 시스템의 예는 9H-카바졸-9-일이다. 상기 융합된 6,6,6-고리 시스템의 예는 아크리딘-9-일이다.
용어 (C1-C40)헤테로알킬은 1 내지 40개의 탄소 원자 및 하나 이상의 헤테로원자를 함유하는 포화된 직쇄 또는 분지쇄 라디칼을 의미한다. 헤테로알킬 또는 헤테로알킬렌의 헤테로원자는 Si(RC)3, Ge(RC)3, Si(RC)2, Ge(RC)2, P(RP)2, P(RP), N(RN)2, N(RN), N, O, ORC, S, SRC, S(O) 및 S(O)2를 포함할 수 있으며, 여기서, 헤테로알킬기 및 헤테로알킬렌기는 각각 비치환되거나 하나 이상의 RS에 의해 치환된다.
비치환된 (C2-C40)헤테로사이클로알킬의 예로는, 비치환된 (C2-C20)헤테로사이클로알킬, 비치환된 (C2-C10)헤테로사이클로알킬, 아지리딘-1-일, 옥세탄-2-일, 테트라하이드로푸란-3-일, 피롤리딘-1-일, 테트라하이드로티오펜-S,S-디옥사이드-2-일, 모르폴린-4-일, 1,4-디옥산-2-일, 헥사하이드로아제핀-4-일, 3-옥사-사이클로옥틸, 5-티오-사이클로노닐 및 2-아자-사이클로데실이 있다.
용어 "할로겐 원자" 또는 "할로겐"은 불소 원자(F), 염소 원자(Cl), 브롬 원자(Br) 또는 요오드 원자(I)의 라디칼을 의미한다. 용어 "할라이드"는 할로겐 원자의 음이온성 형태: 플루오라이드(F-), 클로라이드(Cl-), 브로마이드(Br-) 또는 요오다이드(I-)를 의미한다.
용어 "포화된"은 탄소-탄소 이중 결합, 탄소-탄소 삼중 결합 및 (헤테로 원자-함유 기에서) 탄소-질소, 탄소-인 및 탄소-규소 이중 결합이 없는 것을 의미한다. 포화된 화학기가 하나 이상의 치환기 RS에 의해 치환되는 경우, 하나 이상의 이중 및/또는 삼중 결합이 선택적으로 치환기 RS에 존재할 수 있다. 용어 "불포화된"은, 있다면 치환기 RS에 존재할 수 있거나 또는 있다면 방향족 고리 또는 헤테로방향족 고리에 존재할 수 있는 이중 결합을 포함하지 않으면서, 하나 이상의 탄소-탄소 이중 결합 또는 탄소-탄소 삼중 결합, 또는 (헤테로원자-함유 기에서) 하나 이상의 탄소-질소 이중 결합, 탄소-인 이중 결합, 또는 탄소-규소 이중 결합을 함유함을 의미한다.
본 개시내용의 실시형태는 하기 화학식 (I)에 따른 금속-리간드 착물을 포함하는 촉매 시스템을 포함하며:
상기 화학식 (I)에서, M은 티타늄, 지르코늄 또는 하프늄으로부터 선택되는 금속이며, 상기 금속은 +2, +3 또는 +4의 형식 산화 상태에 있고; n은 0, 1, 2 또는 3이며; m은 1 또는 2이고; 금속-리간드 착물은 6개 이하의 금속-리간드 결합을 가지고 전체 전하-중성(overall charge-neutral)이다. 각각의 R1 및 각각의 R2는 독립적으로 (C1-C40)하이드로카르빌, (C1-C40)헤테로하이드로카르빌, (C1-C40)아릴, (C1-C40)헤테로아릴, 할로겐 및 -H로부터 선택되고, R1 및 R2는 선택적으로 서로 공유 연결된다. R1 및 R2가 서로 공유 연결되는 경우, 적어도 하나의 인-함유 고리 구조가 R1 및 R2의 일부로부터 형성될 수 있다.
실시형태에서, 화학식 (I)의 금속-리간드 착물의 화학기(예를 들어 X, R 등) 중 임의의 하나 또는 각각은 비치환될 수 있거나, 적어도 하나의 치환기 RS로 치환될 수 있다. 일부 실시형태에서, 화학식 (I)의 금속-리간드 착물의 화학기 중 적어도 하나는 독립적으로, 하나 이상의 치환기 RS을 함유한다.
실시형태에서, 촉매 시스템은 화학식 (I)에 따른 금속-리간드 착물을 포함할 수 있으며, 여기서, m은 1이고, 각각의 X는 (C1-C40)하이드로카르빌, (C1-C40)하이드로카르빌렌, (C6-C20)아릴, (C5-C20)헤테로아릴, 사이클로펜타디에닐 및 치환된 사이클로펜타디에닐로 구성된 군으로부터 독립적으로 선택되는 한자리 또는 두자리 리간드이다. 이러한 실시형태에서, 어떠한 X도 치환된 또는 비치환된 사이클로펜타디에닐이 아닌 경우, R3은 (C1-C40)하이드로카르빌, (C5-C20)헤테로아릴, (C6-C40)아릴, (C5-C40)헤테로아릴, 비치환된 (C1-C40)알킬 또는 할로겐화된 페닐 라디칼로부터 선택되고, R2에 선택적으로 공유 연결된다. 또한 이러한 실시형태에서, 임의의 X가 치환된 또는 비치환된 사이클로펜타디에닐인 경우, R3은 적어도 하나의 RS로 치환된 (C6-C40)아릴 및 적어도 하나의 RS로 치환된 (C5-C40)헤테로아릴로 구성된 군으로부터 선택되며, 여기서, RS는 (C1-C40)하이드로카르빌 및 (C1-C40)헤테로하이드로카르빌로 구성된 군으로부터 선택된다.
추가의 실시형태에서, 촉매 시스템은 화학식 (I)에 따른 금속-리간드 착물을 포함할 수 있으며, 여기서, m은 1이고, R1 및 R2는 예를 들어 페닐과 같은 (C6-C40)아릴이다. 이러한 실시형태에서, R3은 (C1-C40)하이드로카르빌 및 (C1-C40)헤테로하이드로카르빌로 구성된 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 기 RS로 치환된 페닐기일 수 있거나; R3은 2개 이상의 RS로 치환된 페닐기일 수 있으며, 여기서, 각각의 RS는 독립적으로 (C1-C40)하이드로카르빌이다. 예시적인 실시형태에서, R1 및 R2는 페닐과 같은 (C6-C40)아릴일 수 있고, (C6-C40)아릴은 하나 이상의 기 RS, 예컨대 1-메틸에틸로 치환될 수 있다.
다른 실시형태에서, 촉매 시스템은 화학식 (I)에 따른 금속-리간드 착물을 포함할 수 있으며, 여기서, m은 2이고, 각각의 X는 (C1-C40)하이드로카르빌, (C1-C40)하이드로카르빌렌, (C6-C20)아릴, (C5-C20)헤테로아릴, 및 치환된 또는 비치환된 사이클로펜타디에닐로 구성된 군으로부터 독립적으로 선택되는 한자리 또는 두자리 리간드이다. 이러한 실시형태에서, 임의의 X가 치환된 또는 비치환된 사이클로펜타디에닐인 경우, 각각의 R3은 독립적으로 (C1-C40)하이드로카르빌, (C5-C20)헤테로아릴, (C6-C40)아릴, (C5-C40)헤테로아릴, 비치환된 (C1-C40)알킬, 또는 할로겐화된 페닐 라디칼로부터 선택된다. 또한 이러한 실시형태에서, 어떠한 X도 치환된 또는 비치환된 사이클로펜타디에닐이 아닌 경우, R3은 적어도 하나의 RS로 치환된 (C6-C40)아릴 및 적어도 하나의 RS로 치환된 (C5-C40)헤테로아릴로 구성된 군으로부터 선택되며, 여기서, RS는 (C1-C40)하이드로카르빌 및 (C1-C40)헤테로하이드로카르빌로 구성된 군으로부터 선택된다.
상기 화학식 (I)의 금속-리간드 착물에서 m이 2인 경우, 상기 금속-리간드 착물은 하기 화학식 (II)에 따른 구조를 가지며:
상기 화학식 (II)에서, R1, R2, R3 및 X는 화학식 (I)에서 정의된 바와 같고; n은 0, 1 또는 2이다. 화학식 (II)에 따른 모든 금속-리간드 착물은 또한, 화학식 (I)에 따른 착물인 것으로 쉽게 이해해야 한다. 따라서, 화학식 (II)에 따른 금속-리간드 착물과 관련하여 기재된 실시형태는 필수적으로 화학식 (I)에 따른 착물에 적용된다.
다른 실시형태에서, 촉매 시스템은 화학식 (II)에 따른 금속-리간드 착물을 포함할 수 있으며, 여기서, 각각의 R1 및 각각의 R2는 페닐이다. 이러한 실시형태에서, R3은 적어도 하나의 기 RS로 치환된 페닐기일 수 있으며, 여기서, RS는 (C1-C40)하이드로카르빌 및 (C1-C40)헤테로하이드로카르빌로 구성된 군으로부터 선택되거나; 각각의 R3은 2개의 기 RS로 치환된 페닐기일 수 있으며, 여기서, 각각의 기 RS는 독립적으로 (C1-C40)하이드로카르빌이다. 추가의 실시형태에서, 각각의 RS는 1-메틸에틸이다.
화학식 (I)의 금속-리간드 착물에서 M은 전이 금속, 예컨대 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 또는 하프늄(Hf)을 포함할 수 있으며, 상기 금속은 +2, +3, 또는 +4의 형식 산화 상태에 있다. 화학식 (I)의 (X)n의 첨자 n은 1, 2, 또는 3이다. 첨자 n은 1, 2, 또는 3개의 리간드 X의 정체성의 측면에서 선택되며, 따라서, 금속-리간드 착물은 6개 이하의 금속-리간드 결합을 가지고, 전체 전하-중성이다.
화학식 (I) 및 (II)의 금속-리간드 착물에서 금속 M은 금속 전구체로부터 유래될 수 있으며, 상기 금속 전구체는 후속적으로 단일 단계 또는 다단계 합성을 받아 금속-리간드 착물을 제조한다. 적합한 금속 전구체는 단량체성(1개의 금속 중심) 또는 이량체성(2개의 금속 중심)일 수 있거나, 2개 초과의 복수의 금속 중심, 예컨대 3, 4, 5, 또는 5개 초과의 금속 중심을 가질 수 있다. 적합한 하프늄 및 지르코늄 전구체의 구체적인 예로는, HfCl4, HfMe4, Hf(CH2Ph)4, Hf(CH2CMe3)4, Hf(CH2SiMe3)4, Hf(CH2Ph)3Cl, Hf(CH2CMe3)3Cl, Hf(CH2SiMe3)3Cl, Hf(CH2Ph)2Cl2, Hf(CH2CMe3)2Cl2, Hf(CH2SiMe3)2Cl2, Hf(NMe2)4, Hf(NEt2)4, and Hf(N(SiMe3)2)2Cl2; ZrCl4, ZrMe4, Zr(CH2Ph)4, Zr(CH2CMe3)4, Zr(CH2SiMe3)4, Zr(CH2Ph)3Cl, Zr(CH2CMe3)3Cl, Zr(CH2SiMe3)3Cl, Zr(CH2Ph)2Cl2, Zr(CH2CMe3)2Cl2, Zr(CH2SiMe3)2Cl2, Zr(NMe2)4, Zr(NEt2)4, Zr(NMe2)2Cl2, Zr(NEt2)2Cl2, and Zr(N(SiMe3)2)2Cl2, TiMe4, TiBn4, TiCl4 및 Ti(CH2Ph)4가 있으나, 이들로 한정되는 것은 아니다. 이들 예의 루이스 염기 부가물은 또한, 금속 전구체로서 적합하며, 예를 들어 에테르, 아민, 티오에테르 및 포스핀이 루이스 염기로서 적합하다. 구체적인 예로는, HfCl4(THF)2, HfCl4(SMe2)2 및 Hf(CH2Ph)2Cl2(OEt2)가 있다. 활성화된 금속 전구체는 이온성 또는 쌍성이온성(zwitterionic) 화합물, 예컨대 (M(CH2Ph)3 +)(B(C6F5)4 -) 또는 (M(CH2Ph)3 +) (PhCH2B(C6F5)3 -)일 수 있으며, 여기서, M은 Hf 또는 Zr로서 상기 정의되어 있다.
화학식 (I)에 따른 금속-리간드 착물에서, 각각의 X는 공유 결합, 배위 결합 또는 이온 결합을 통해 M과 결합한다. n이 1인 경우, X는 한자리 리간드 또는 두자리 리간드일 수 있으며; n이 2인 경우, 각각의 X는 독립적으로 선택된 한자리 리간드이고, 다른 기 X와 동일하거나 상이할 수 있으며; 금속-리간드 착물은 전체 전하-중성이다. 일부 실시형태에서, 한자리 리간드는 단일음이온성(monoanionic) 리간드일 수 있다. 단일음이온성 리간드는 -1의 순 형식 산화 상태에 있다. 각각의 단일음이온성 리간드는 독립적으로 하이드라이드, (C1-C40)하이드로카르빌 탄소음이온(carbanion), (C1-C40)헤테로하이드로카르빌 탄소음이온, 할라이드, 니트레이트, 카르보네이트, 포스페이트, 설페이트, HC(O)O-, HC(O)N(H)-, (C1-C40)하이드로카르빌C(O)O-, (C1-C40)하이드로카르빌C(O)N((C1-C20)하이드로카르빌)-, (C1-C40)하이드로카르빌C(O)N(H)-, RKRLB-, RKRLN-, RKO-, RKS-, RKRLP- 또는 RMRKRLSi-일 수 있으며, 여기서, 각각의 RK, RL 및 RM은 독립적으로 수소, (C1-C40)하이드로카르빌, 또는 (C1-C40)헤테로하이드로카르빌이거나, 또는 RK와 RL은 함께 취해져서 (C2-C40)하이드로카르빌렌 또는 (C1-C20)헤테로하이드로카르빌렌을 형성하고, RM은 상기 정의된 바와 같다.
다른 실시형태에서, 금속-리간드 착물의 적어도 하나의 한자리 리간드 X는 중성 리간드일 수 있다. 구체적인 실시형태에서, 중성 리간드는 중성 루이스 염기 기, 예컨대 RXNRKRL, RKORL, RKSRL, 또는 RXPRKRL이며, 여기서, 각각의 RX는 독립적으로 수소, [(C1-C10)하이드로카르빌]3Si(C1-C10)하이드로카르빌, (C1-C40)하이드로카르빌, [(C1-C10)하이드로카르빌]3Si 또는 (C1-C40)헤테로하이드로카르빌이고, 각각의 RK 및 RL은 독립적으로 상기 정의된 바와 같다.
부가적으로, 금속-리간드 착물의 각각의 X는 할로겐, 비치환된 (C1-C20)하이드로카르빌, 비치환된 (C1-C20)하이드로카르빌C(O)O-, 또는 RKRLN-으로부터 독립적으로 선택되는 한자리 리간드일 수 있으며, 여기서, RK 및 RL은 각각 독립적으로 비치환된(C1-C20)하이드로카르빌이다. 일부 실시형태에서, 금속-리간드 착물의 각각의 한자리 리간드 X는 염소 원자, (C1-C10)하이드로카르빌 (예를 들어 (C1-C6)알킬 또는 벤질), 비치환된 (C1-C10)하이드로카르빌C(O)O-, 또는 RKRLN-이며, 여기서, RK 및 RL은 각각 독립적으로 비치환된 (C1-C10)하이드로카르빌이다.
일부 실시형태에서, 촉매 시스템은 화학식 (I) 또는 화학식 (II) 중 어느 하나에 따른 금속-리간드 착물을 포함할 수 있으며, 여기서, n은 2 또는 2 초과이고, 따라서, 적어도 2개의 기 X가 존재하며, 임의의 2개의 기 X는 접합되어 두자리 리간드를 형성할 수 있다. 두자리 리간드를 포함하는 예시적인 실시형태에서, 두자리 리간드는 중성 두자리 리간드일 수 있다. 일 실시형태에서, 중성 두자리 리간드는 화학식 (RD)2C=C(RD)-C(RD)=C(RD)2의 디엔이며, 여기서, 각각의 RD는 독립적으로 H, 비치환된 (C1-C6)알킬, 페닐, 또는 나프틸이다. 일부 실시형태에서, 두자리 리간드는 단일음이온성-단일(루이스 염기) 리간드이다. 일부 실시형태에서, 두자리 리간드는 이음이온성(dianionic) 리간드이다. 이음이온성 리간드는 -2의 순 형식 산화 상태를 갖는다. 일 실시형태에서, 각각의 이음이온성 리간드는 독립적으로 카르보네이트, 옥살레이트(즉, -O2CC(O)O-), (C2-C40)하이드로카르빌렌 이탄소음이온, (C1-C40)헤테로하이드로카르빌렌 이탄소음이온, 포스페이트 또는 설페이트이다.
추가의 실시형태에서, X는 메틸; 에틸; 1-프로필; 2-프로필; 1-부틸; 2,2,-디메틸프로필; 트리메틸실릴메틸; 페닐; 벤질; 클로로, 메톡시 및 에톡시로부터 선택된다. 일부 실시형태에서, n은 2이고, 각각의 X는 동일하다. 일부 경우, 적어도 2개의 X는 서로 상이하다. 다른 실시형태에서, n은 2이고, 각각의 X는 메틸; 에틸; 1-프로필; 2-프로필; 1-부틸; 2,2-디메틸프로필; 트리메틸실릴메틸; 페닐; 벤질; 및 클로로 중 상이한 하나이다. 일 실시형태에서, n은 2이고, 적어도 2개의 X는 독립적으로 단일음이온성 한자리 리간드이다. 구체적인 실시형태에서, n은 2이고, 2개의 X 기는 접합되어, 두자리 리간드를 형성한다. 추가의 실시형태에서, 두자리 리간드는 2,2-디메틸-2-실라프로판-1,3-디일 또는 1,3-부타디엔이다.
예시적인 실시형태에서, 촉매 시스템은 임의의 전구촉매 1 내지 19의 구조를 갖는 화학식 (I)에 따른 금속-리간드 착물을 포함할 수 있다:
공촉매 구성성분
화학식 (I)의 금속-리간드 착물을 포함하는 촉매 시스템은 이러한 촉매 시스템을 활성화 공촉매와 접촉시키거나 이와 조합시킴으로써, 또는 금속계 올레핀 중합 반응과 함께 사용하기 위해 당업계에 공지된 것과 같은 활성화 기술을 사용함으로써 촉매적으로 활성으로 될 수 있다. 본원에 사용하기에 적합한 활성화 공촉매는, 알킬 알루미늄; 중합체성 또는 올리고머성 알루목산(알루미녹산으로도 공지됨); 중성 루이스산; 및 비-중합체성, 비-배위, 이온-형성 화합물(산화 조건 하에서의 이러한 화합물의 사용을 포함함)을 포함한다. 적합한 활성화 기술은 벌크 전기분해이다. 상기 활성화 공촉매 및 기술 중 하나 이상의 조합이 또한, 고려된다. 용어 "알킬 알루미늄"은 모노알킬 알루미늄 디하이드라이드 또는 모노알킬알루미늄 디할라이드, 디알킬 알루미늄 하이드라이드 또는 디알킬 알루미늄 할라이드, 또는 트리알킬알루미늄을 의미한다. 중합체성 또는 올리고머성 알루목산의 예로는, 메틸알루목산, 트리이소부틸알루미늄-변형된 메틸알루목산 및 이소부틸알루목산이 있다.
루이스산 활성화 공촉매는 본원에 기재된 바와 같은 (C1-C20)하이드로카르빌 치환기를 함유하는 13족 금속 화합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 13족 금속 화합물은 트리((C1-C20)하이드로카르빌)-치환된-알루미늄 또는 트리((C1-C20)하이드로카르빌)-붕소 화합물이다. 다른 실시형태에서, 13족 금속 화합물은 트리(하이드로카르빌)-치환된-알루미늄, 트리((C1-C20)하이드로카르빌)-붕소 화합물, 트리((C1-C10)알킬)알루미늄, 트리((C6-C18)아릴)붕소 화합물 및 이들의 할로겐화된(과할로겐화 포함) 유도체이다. 추가의 실시형태에서, 13족 금속 화합물은 트리스(플루오로-치환 페닐)보란, 트리스(펜타플루오로페닐)보란이다. 일부 실시형태에서, 활성화 공촉매는 트리스((C1-C20)하이드로카르빌 보레이트(예를 들어 트리틸 테트라플루오로보레이트) 또는 트리((C1-C20)하이드로카르빌)암모늄 테트라((C1-C20)하이드로카르빌)보란(예를 들어 비스(옥타데실)메틸암모늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)보란)이다. 본원에 사용된 바와 같이, 용어 "암모늄"은 ((C1-C20)하이드로카르빌)4N+, ((C1-C20)하이드로카르빌)3N(H)+, ((C1-C20)하이드로카르빌)2N(H)2 +, (C1-C20)하이드로카르빌N(H)3 +, 또는 N(H)4 +인 질소 양이온을 의미하며, 여기서, 각각의 (C1-C20)하이드로카르빌은 2개 이상이 존재하는 경우 동일하거나 상이할 수 있다.
중성 루이스산 활성화 공촉매의 조합은 트리((C1-C4)알킬)알루미늄과 할로겐화된 트리((C6-C18)아릴)붕소 화합물, 특히 트리스(펜타플루오로페닐)보란의 조합을 포함하는 혼합물을 포함한다. 다른 실시형태는 이러한 중성 루이스산 혼합물과 중합체성 또는 올리고머성 알루목산의 조합, 및 단일 중성 루이스산, 특히 트리스(펜타플루오로페닐)보란과 중합체성 또는 올리고머성 알루목산의 조합이다. (금속-리간드 착물):(트리스(펜타플루오로-페닐보란):(알루목산)[예를 들어, (4족 금속-리간드 착물):(트리스(펜타플루오로-페닐보란):(알루목산)]의 몰수의 비는 1:1:1 내지 1:10:30이며, 다른 실시형태에서 1:1:1.5 내지 1:5:10이다.
화학식 (I)의 금속-리간드 착물을 포함하는 촉매 시스템은 화학식 (I)의 금속-리간드 착물을 하나 이상의 공촉매, 예를 들어 공촉매를 형성하는 양이온, 강한 루이스산 또는 이들의 조합과 조합함으로써 활성 촉매 조성물을 형성하기 위해 활성화될 수 있다. 적합한 활성화 공촉매는 중합체성 또는 올리고머성 알루미녹산, 특히 메틸 알루미녹산, 뿐만 아니라 불활성, 상용성, 비배위, 이온 형성 화합물을 포함한다. 예시적인 적합한 공촉매로는, 변형된 메틸 알루미녹산(MMAO), 비스(수소화된 수지(tallow) 알킬)메틸, 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트(1-) 아민 및 이들의 조합이 있으나, 이들로 한정되는 것은 아니다.
일부 실시형태에서, 상기 활성화 공촉매 중 1개 초과는 서로 조합되어 사용될 수 있다. 특히 바람직한 조합은 트리((C1-C4)하이드로카르빌)알루미늄, 트리((C1-C4)하이드로카르빌)보란 또는 암모늄 보레이트와 올리고머성 또는 중합체성 알루목산 화합물의 혼합물이다. 화학식 (I)의 하나 이상의 금속-리간드 착물의 총 몰수: 하나 이상의 활성화 공촉매의 총 몰수의 비는 1:10,000 내지 100:1이다. 일부 실시형태에서, 상기 비는 적어도 1:5000, 일부 다른 실시형태에서 적어도 1:1000; 및 10:1 이하, 일부 다른 실시형태에서 1:1 이하이다. 알루목산이 단독으로 활성화 공촉매로서 사용되는 경우, 바람직하게는 이용되는 알루목산의 몰수는 화학식 (I)의 금속-리간드 착물의 몰수의 적어도 100배이다. 트리스(펜타플루오로페닐)보란 단독이 활성화 공촉매로서 사용되는 경우, 일부 다른 실시형태에서, 이용되는 트리스(펜타플루오로페닐)보란의 몰수: 화학식 (I)의 하나 이상의 금속-리간드 착물의 총 몰수는 0.5: 1 내지 10:1, 또는 1:1 내지 6:1, 또는 1:1 내지 5:1이다. 나머지 활성화 공촉매는 일반적으로 화학식 (I)의 하나 이상의 금속-리간드 착물의 총 몰량과 대략 동일한 몰량으로 사용된다.
폴리올레핀
상기 단락에서 기재된 촉매 시스템은 올레핀, 주로 에틸렌 및 프로필렌의 중합에 이용될 수 있다. 일부 실시형태에서, 단독중합체를 생성하는 중합 방식에 단일 유형의 올레핀 또는 α-올레핀만 존재한다. 그러나, 부가적인 α-올레핀이 중합 절차에 혼입될 수 있다. 부가적인 α-올레핀 공단량체는 전형적으로 20개 이하의 탄소 원자를 갖는다. 예를 들어, α-올레핀 공단량체는 3 내지 10개의 탄소 원자 또는 3 내지 8개의 탄소 원자를 가질 수 있다. 예시적인 α-올레핀 공단량체로는, 프로필렌, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 1-헵텐, 1-옥텐, 1-노넨, 1-데센 및 4-메틸-1-펜텐이 있으나, 이들로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 하나 이상의 α-올레핀 공단량체는 프로필렌, 1-부텐, 1-헥센 및 1-옥텐으로 구성된 군으로부터 선택될 수 있거나; 대안적으로 1-헥센 및 1-옥텐으로 구성된 군으로부터 선택된다.
에틸렌계 중합체, 예를 들어 단독중합체, 및/또는 에틸렌과 선택적으로 하나 이상의 공단량체, 예컨대 α-올레핀 혼성중합체(공중합체 포함)는 적어도 50 중량%의 에틸렌 유래 단위를 포함할 수 있다. "적어도 50 중량%"에 의해 포괄되는 모든 개별 값 및 하위범위는 본원에서 개별 실시형태로서 개시되어 있으며; 예를 들어, 에틸렌과 선택적으로 하나 이상의 공단량체, 예컨대 α-올레핀의 에틸렌계 중합체, 단독중합체 및/또는 혼성중합체(공중합체 포함)는 적어도 60 중량%의 에틸렌 유래 단위; 적어도 70 중량%의 에틸렌 유래 단위; 적어도 80 중량%의 에틸렌 유래 단위; 또는 50 내지 100 중량%의 에틸렌 유래 단위; 또는 80 내지 100 중량%의 에틸렌 유래 단위를 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 에틸렌계 중합체는 에틸렌으로부터 유래된 단위를 적어도 90 몰% 포함할 수 있다. 적어도 90 몰%에 의해 포괄되는 모든 개별 값 및 하위범위는 본원에 포함되고, 본원에서 개별 실시형태로서 개시되어 있다. 예를 들어, 에틸렌계 중합체는 적어도 93 몰%의 에틸렌 유래 단위; 적어도 96 몰%의 단위; 적어도 97 몰%의 에틸렌 유래 단위; 또는 다르게는 90 내지 100 몰%의 에틸렌 유래 단위; 90 내지 99.5 몰%의 에틸렌 유래 단위; 또는 97 내지 99.5 몰%의 에틸렌 유래 단위를 포함할 수 있다.
에틸렌계 중합체의 일부 실시형태에서, 부가적인 α-올레핀의 양은 50% 미만이고; 다른 실시형태는 적어도 1 몰 퍼센트(몰%) 내지 20 몰%를 포함하고; 추가의 실시형태에서, 부가적인 α-올레핀의 양은 적어도 5 몰% 내지 10 몰%를 포함한다. 일부 실시형태에서, 부가적인 α-올레핀은 1-옥텐이다.
임의의 종래의 중합 공정이 에틸렌계 중합체를 제조하기 위해 이용될 수 있다. 이러한 종래의 중합 공정으로는, 하나 이상의 종래의 반응기, 예컨대 루프 반응기, 등온 반응기, 유동층 기체상 반응기, 교반 탱크 반응기, 회분식(batch) 반응기를 예를 들어 병행하여, 연속적으로 또는 이들의 임의의 조합으로 사용하는 용액 중합 공정, 기체상 중합 공정, 슬러리상 중합 공정 및 이들의 조합 등이 있으나, 이들로 한정되는 것은 아니다.
일 실시형태에서, 에틸렌계 중합체는 이중 반응기 시스템, 예를 들어 이중 루프 반응기 시스템에서 용액 중합을 통해 제조될 수 있으며, 여기서, 에틸렌 및 선택적으로 하나 이상의 α-올레핀은 본원에 기재된 바와 같이 촉매 시스템 및 선택적으로 하나 이상의 공촉매의 존재 하에 중합된다. 또 다른 실시형태에서, 에틸렌계 중합체는 이중 반응기 시스템, 예를 들어 이중 루프 반응기 시스템에서 용액 중합을 통해 제조될 수 있으며, 여기서, 에틸렌 및 선택적으로 하나 이상의 α-올레핀은 본원에 기재된 바와 같이 본 개시내용의 촉매 시스템, 및 선택적으로 하나 이상의 다른 촉매의 존재 하에 중합된다. 본원에 기재된 바와 같은 촉매 시스템은 제1 반응기 또는 제2 반응기에서, 선택적으로 하나 이상의 다른 촉매와 조합하여, 사용될 수 있다. 일 실시형태에서, 에틸렌계 중합체는, 이중 반응기 시스템, 예를 들어 이중 루프 반응기 시스템에서 용액 중합을 통해 제조될 수 있으며, 여기서, 에틸렌 및 선택적으로 하나 이상의 α-올레핀은 본원에 기재된 바와 같이 촉매 시스템의 존재 하에 두 반응기 모두에서 중합된다.
또 다른 실시형태에서, 에틸렌계 중합체는 단일 반응기 시스템, 예를 들어 단일 루프 반응기 시스템에서 용액 중합을 통해 제조될 수 있으며, 여기서, 에틸렌 및 선택적으로 하나 이상의 α-올레핀은 본 개시내용 내에 기재된 바와 같이 촉매 시스템 및 이전 단락들에서 기재된 바와 같이 선택적으로 하나 이상의 공촉매의 존재 하에 중합된다.
에틸렌계 중합체는 하나 이상의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 첨가제로는, 정전기 방지제, 색 증강제, 염료, 윤활제, 안료, 1차 항산화제, 2차 항산화제, 가공 보조제, UV 안정화제 및 이들의 조합이 있으나, 이들로 한정되는 것은 아니다. 에틸렌계 중합체는 임의의 양의 첨가제를 함유할 수 있다. 에틸렌계 중합체는 에틸렌계 중합체 및 하나 이상의 첨가제의 중량을 기준으로, 약 0 내지 약 10 중량%의 이러한 첨가제의 조합 중량을 절충할 수 있다. 에틸렌계 중합체는 비제한적으로 유기 충전제 또는 무기 충전제를 포함할 수 있는 충전제를 추가로 절충할 수 있다. 이러한 충전제, 예를 들어 칼슘 카르보네이트, 활석, Mg(OH)2는 에틸렌계 중합체 및 하나 이상의 첨가제, 충전제 또는 둘 모두의 중량을 기준으로, 약 0 내지 약 20 중량%의 수준으로 존재할 수 있다. 에틸렌계 중합체는 배합물(blend)을 형성하기 위해 하나 이상의 중합체와 추가로 배합될 수 있다.
본 개시내용에서 기재된 촉매 시스템의 실시형태는 형성된 중합체의 고분자량 및 혼입된 공단량체의 양의 결과 독특한 중합체 특성을 제공한다.
실시예
실시예 1: N-(2,6-디이소프로필페닐)-P,P-디페닐포스핀 아미드의 합성
2,6-디이소프로필아닐린(4.00 g, 22.6 mmol)의 교반 디에틸 에테르 용액(50 mL)에 약간 과량의 트리에틸아민(2.1 g, 21 mmol)을 N2 분위기 하에 첨가하였다. 용액을 교반하면서, Ph2PCl(4.52 g, 20.5 mmol)의 디에틸 에테르 용액을 적가하고, 상기 용액을 밤새 교반하였다. 현탁액을 여과하고, 침전물을 추가로 디에틸 에테르의 2개 분취물(총 50 mL)로 세척하였다. 용매를 감압 하에 제거하고, 50 mL CH2Cl2에 용해시켰다. 상기 용액을 -35℃까지 냉각시키고, H2O2(30%, 1.39 g)의 수용액을 적가하였다. 상기 용액을 실온까지 가온시키고, 1시간 동안 교반하였다. 용매를 감압 하에 제거하고, 잔류물을 50 mL 디에틸 에테르로 트리튜레이션하였다(triturated). 고형분을 수합하고, 디에틸 에테르로 추가로 세척하여, 근정량적 수율(near quantitative yield)에서 생성물을 제공하였다.
H NMR (CDCl3): 1.04 (d, J = 8 Hz, 12H), 3.59 (sept, J= 8 Hz, 2H), 4.43 (d, J = Hz, 1H), 7.05 (m, 2H), 7.17 (m, 1H),, 7.42 (m, 4H), 7.49 (m, 2H), 7.73 (m, 4H). 13 C NMR (CDCl3): 23.7, 28.4, 123.5 (d), 127.3 (d), 128.3 (d), 131.4, 131.8 (d), 131.9 (d), 132.7, 147.5 (d). 31 P NMR (CDCl3): 21.6 (s)
실시예 2: 전구촉매 1의 합성
Zr(CH2Ph)4(241 mg, 0.53 mmol)의 교반 톨루엔(5 mL) 용액에 N-(2,6-디이소프로필페닐)-P,P-디페닐포스핀 아미드(200 mg, 0.53 mmol)의 톨루엔 현탁액을 첨가하였다. 투명한 용액을 실온에서 밤새 교반하였다. 그 후에, 용매를 감압 하에 제거하고, 잔류물을 5 mL 헥산으로 트리튜레이션하였다. 고형 생성물을 여과에 의해 수합하고, 추가로 건조하여, 근정량적 수율에서 생성물을 제공하였다.
H NMR (C6D6): 0.60 (br s, 6H), 1.28 (br s, 6H), 2.37 (s, 4H), 3.44 (sept, J = 8 Hz, 2H), 6.88 (m, 4H), 6.93-7.02 (m, 11H), 7.12-7.19 (m, 9H), 7.27 (m, 4H). 31 P NMR (C6D6): 41.4 (s).
실시예 3: 전구촉매 2의 합성
Zr(CH2Ph)4(181 mg, 0.40 mmol)의 교반 톨루엔(5 mL) 용액에 N-(2,6-디이소프로필페닐)-P,P-디페닐포스핀 아미드(300 mg, 0.79 mmol)의 톨루엔 현탁액을 첨가하였다. 투명한 용액을 실온에서 밤새 교반하였다. 그 후에, 용매를 감압 하에 제거하고, 잔류물을 5 mL 헥산으로 트리튜레이션하였다. 고형 생성물을 여과에 의해 수합하고, 추가로 건조하여, 근정량적 수율에서 생성물을 제공하였다.
H NMR (C6D6): 1.01 (br s, 24H), 3.02 (br s, 4H), 3.57 (br s, 4H), 6.85-7.05 (m, 19H), 7.14 (m, 7H), 7.45 (m, 10H). 31 P NMR (C6D6): 39.2 (s).
실시예 4: 전구촉매 3의 합성
Hf(CH2Ph)4(489 mg, 0.90 mmol)의 교반 톨루엔(5 mL) 용액에 N-(2,6-디이소프로필페닐)-P,P-디페닐포스핀 아미드(340 mg, 0.90 mmol)의 톨루엔 현탁액을 첨가하였다. 투명한 용액을 실온에서 밤새 교반하였다. 그 후에, 용매를 감압 하에 제거하고, 잔류물을 5 mL 헥산으로 트리튜레이션하였다. 고형 생성물을 여과에 의해 수합하고, 추가로 건조하여, 근정량적 수율에서 생성물을 제공하였다.
H NMR (C6D6): 0.49 (br s, 6H), 1.32 (br s, 6H), 2.22 (s, 4H), 3.32 (sept, J = 8 Hz, 2H), 6.85 (m, 4H), 6.94 (m, 6H), 7.09 (m, 8H), 7.24 (m, 10H). 31 P NMR (C6D6): 39.2 (s).
실시예 5: 전구촉매 4의 합성
Hf(CH2Ph)4(252 mg, 0.46 mmol)의 교반 톨루엔(5 mL) 용액에 N-(2,6-디이소프로필페닐)-P,P-디페닐포스핀 아미드(350 mg, 0.92 mmol)의 톨루엔 현탁액을 첨가하였다. 투명한 용액을 실온에서 밤새 교반하였다. 그 후에, 용매를 감압 하에 제거하고, 잔류물을 5 mL 헥산으로 트리튜레이션하였다. 고형 생성물을 여과에 의해 수합하고, 추가로 건조하여, 근정량적 수율에서 생성물을 제공하였다.
H NMR (C6D6): 1.00 (br s, 24H), 2.65 (br s, 4H), 3.64 (br s, 4H), 6.84 (m, 2H), 6.95 (m, 13H), 7.20 (m, 11H), 7.31 (m, 4H), 7.56 (m, 8H). 31 P NMR (C6D6): 38.7 (s).
회분식 반응기 중합을 위한 절차
반응 환경에 도입하기 전에 원료 물질(에틸렌, 1-옥텐) 및 공정 용매(ExxonMobil Corporation사로부터 상업적으로 입수 가능한 상표명 ISOPAR E의 좁은 비등 범위의 고순도 이소파라핀 용매)를 분자 체를 이용하여 정제하였다. 1 갤런(3.79 L)의 교반된 고압멸균 반응기에 ISOPAR E 및 1-옥텐을 충전시켰다. 그 후에, 반응기를 120℃까지 가열하고, 에틸렌을 충전시켜, 총 압력을 약 420 psig까지 되게 하였다. 촉매 조성물을 불활성 분위기 하에 드라이박스 내에서, 요망되는 금속-리간드 착물(이전에 기재된 바와 같이 제조됨) 및 공촉매([HNMe(C18H37)2] [B(C6F5)4])를 부가적인 용매와 함께 변형된 메틸알루미녹산(MMAO)과 함께 혼합함으로써 제조하여, 약 15 내지 20 mL의 총 부피를 제공하였다. 그 후에, 활성화된 촉매 혼합물을 반응기에 급속-주입하였다. 중합 동안 에틸렌을 공급하고 필요에 따라 반응기를 냉각시킴으로써 반응기 압력 및 온도를 일정하게 유지시켰다. 10분 후, 에틸렌 공급을 차단하고 용액을 질소-퍼지된 수지 케틀(kettle)로 옮겼다. 중합체를 진공 오븐에서 완전히 건조하고, 반응기를 중합 실행 사이에서 뜨거운 ISOPAR E로 완전히 헹구었다.
촉매 효율 및 생성된 중합체 특징을 촉매 1 내지 4에 대해 평가하였으며, 각각은 화학식 (I)에 따른 구조를 갖는다. 중합을 회분식 반응기에서 수행하였다.
표 1의 데이터를 120℃ 중합 온도에서 수득하였다. 급랭 시간(quench time)은 50 psi 에틸렌 흡수(uptake)에 도달하는 데 필요한 시간을 가리킨다. 중합을, 표적 흡수에 도달할 때 또는 1800초 후 중 어느 것이 먼저 발생했는지에 따라 이런 때에 CO를 이용하여 급랭시켰다.
전구촉매 1 내지 2는 비교 촉매로부터의 중합체의 분자량보다 작은 분자량을 갖는 중합체를 제공하였다. 구체적으로, 전구촉매 1 내지 2는 20,000 g/mol 미만의 분자량을 갖는 중합체를 제공한 한편, 비교 촉매는 74,858 g/mol의 분자량을 갖는 중합체를 제공하였다. 한편, 전구촉매 3 내지 4는 실질적으로 더 큰 분자량을 갖는 중합체를 제공하였으며, 둘 모두는 비교 촉매의 중합체의 분자량보다 적어도 350,000 g/mol 더 크다.
측정 표준
밀도
밀도에 대해 측정된 시료를, 그 전체가 원용에 의해 본 명세서에 포함된 ASTM D-1928에 따라 제조한다. 그 전체가 원용에 의해 본 명세서에 포함된 ASTM D-792, 방법 B를 사용하여 시료를 압축시킨 지 1시간 이내에 측정을 수행하였다.
용융 지수
용융 지수(I2)를, 그 전체가 원용에 의해 본 명세서에 포함된 ASTM-D 1238에 따라 조건 190℃/2.16 kg에서 측정하고, 10분 당 용출된 그램으로 보고한다. 용융 유속(I10)을 ASTM-D 1238, 조건 190℃/10 kg에 따라 측정하며 10분 당 용출된 그램으로 나타낸다.
옥텐 함량
각각의 시료 내의 1-옥텐의 몰%(mol%)를, CH3 면적(1382.7-1373.5 파수): CH2 면적(1525-1400 파수)의 비를 취하고, 에틸렌-코-1-옥텐 중합체 표준의 NMR 분석을 통해 발생된 표준 곡선에 대해 정상화함으로써 결정하였다.
결정화 용출 분획
공단량체 분포 분석을, 결정화 용출 분별(CEF; Crystallization Elution Fractionation)(스페인에서 PolymerChar)을 이용하여 수행한다(문헌[B Monrabal et al, Macromol. Symp. 257, 71-79 (2007)]). 600 ppm의 항산화제 부틸화된 하이드록시톨루엔(BHT)을 함유한 오르토-디클로로벤젠(ODCB)을 용매로서 사용한다. 160℃에서 2시간 동안 4 mg/mL(다르게 명시되지 않는 한)에서 쉐이킹 하에 오토시료러를 이용하여 시료 제조를 수행한다. 주입 부피는 300 μL이다. CEF의 온도 프로파일은 하기와 같다: 110℃로부터 30℃까지 3℃/분으로 결정화, 30℃에서 5분 동안 열평형, 30℃로부터 140℃까지 3℃/분으로 용출. 결정화 동안 유속은 0.052 mL/분이다. 용출 동안 유속은 0.50 mL/분이다. 데이터를 1 데이터 점/초(data point/second)에서 수합한다.
CEF 컬럼을 Dow Chemical Company사에 의해 0.125-인치(0.3175-cm) 스테인리스 튜빙(stainless tubing)과 함께 125 μm ± 6%(MO-SCI Specialty Products)에서 유리 비드로 포장한다. 유리 비드를 Dow Chemical Company사의 요청에 따라 MO-SCI Specialty에 의해 산성 세척한다. 컬럼 부피는 2.06 mL이다. ODCB에서 NIST 표준 참조 물질 선형 폴리에틸렌 1475a(1.0 mg/mL)와 에이코산(2 mg/mL)의 혼합물을 사용함으로써 컬럼 온도 보정을 수행한다. NIST 선형 폴리에틸렌 1475a가 101.0℃에서 피크 온도를 갖고 에이코산이 30.0℃의 피크 온도를 갖도록, 용출 가열 속도를 조정함으로써 온도를 보정한다. NIST 선형 폴리에틸렌 1475a(1.0 mg/ml)와 헥사콘탄(Fluka, purum, 97.0% 이상, 1 mg/mL)의 혼합물을 이용하여 CEF 컬럼 분해능(column resolution)을 계산한다.
겔 투과 크로마토그래피(GPC)
에틸렌/알파-올레핀 혼성중합체를 하기 절차에 따라 GPC를 통해 그의 특성에 대해 시험하였다. GPC 시스템은 Waters(미국 메사추세츠주 밀포드 소재)로 구성된다. 온-보드 시차 굴절계(RI)가 장착된 150℃ 고온 크로마토그래프(다른 적합한 고온 GPC 장비는 Polymer Laboratories(영국 슈롭셔주 소재) 모델 210 및 모델 220을 포함)로 구성된다. 추가의 검출기는 Polymer ChAR사의 IR4 적외선 검출기(스페인 발렌시아 소재), 정밀 검출기(Precision Detector)(미국 메사추세츠주 애머스트 소재) 2-각도 레이저 광 산란 검출기 모델 2040, 및 Viscotek(미국 텍사스주 휴스턴 소재) 150R 4-모세관 용액 점도계를 포함할 수 있다. 제1 검출기 중 적어도 하나와 바로 앞의 2개의 독립적인 검출기를 갖는 GPC는 때때로 "3D-GPC"로 지칭되는 한편, "GPC"라는 용어는 일반적으로 종래의 GPC만 지칭한다. 시료에 따라, 광 산란 검출기의 15도 각도 또는 90도 각도가 계산 목적으로 사용된다.
데이터 수집은 Viscotek TriSEC 소프트웨어, 버전 3 및 4-채널 Viscotek 데이터 매니저 DM400을 사용하여 수행된다. 시스템에는 Polymer Laboratories(영국 슈롭셔주 소재)의 온라인 용매 탈기 장치도 장착되어 있다. 30 cm 길이의 Shodex HT803 13 미크론 컬럼 4개 또는 20 미크론 혼합-기공 크기 패킹의 30 cm Polymer Labs 컬럼(MixA LS, Polymer Labs) 4개와 같이 적합한 고온 GPC 컬럼이 사용될 수 있다. 시료 회전 칸은 140℃에서 작동하고 컬럼 칸은 150℃에서 작동한다. 시료는 50 밀리리터의 용매 중 0.1 그램의 중합체 농도로 제조된다. 크로마토그래피 용매 및 시료 제조 용매는 200 ppm의 부틸화된 하이드록시톨루엔(BHT)을 함유한다. 두 용매 모두 질소로 살포된다. 폴리에틸렌 시료를 160℃에서 4시간(4 h) 동안 부드럽게 교반한다. 주입 부피는 200 마이크로리터(μL)이다. GPC를 통과하는 유속은 1 mL/분으로 설정된다.
효율 측정
촉매 효율은 용액 중합 공정에서 사용되는 촉매의 양에 비한 생성된 중합체의 양으로 측정되며, 여기서 중합 온도는 적어도 130℃이다.
GPC 컬럼 세트는 21개의 좁은 분자량 분포 폴리스티렌 표준을 진행(run)시킴으로써, 실시예를 수행하기 전에 보정된다. 표준의 분자량(Mw)은 1 몰 당 580 내지 8,400,000 그램(g/mol)의 범위이고, 표준은 6 개의 "칵테일" 혼합물에 함유된다. 각각의 표준 혼합물은 개별 분자량 사이에 적어도 10의 분리 간격이 있다. Polymer Laboratories사(영국 슈롭셔주 소재)로부터 표준 혼합물을 구입한다. 폴리스티렌 표준을 1,000,000 g/mol 이상의 분자량에 대해서는 50 mL의 용매 중 0.025 g, 및 1,000,000 g/mol 미만의 분자량에 대해서는 50 mL의 용매 중 0.05 g에서 제조한다. 폴리스티렌 표준을 80℃에서 30분 동안 부드럽게 교반하면서 용해시켰다. 분해를 최소화하기 위해 좁은 표준 혼합물을 먼저 진행시키고, 가장 고분자량(Mw) 구성성분이 감소하는 순서로 진행시킨다. 폴리스티렌 표준 피크 분자량을 마크-휴윙크 상수(Mark-Houwink constant)를 사용하여 폴리에틸렌 Mw로 전환시킨다. 상수의 수득 시, 2개의 값을 사용하여, 폴리에틸렌 분자량 및 폴리에틸렌 고유 점도에 대한 2개의 선형 참조 종래의 보정을 용출 컬럼의 함수로서 구축한다.
청구된 주제의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않으면서, 기재된 실시형태에 다양한 변형이 이루어질 수 있음이 당업자에게 명백해져야 한다. 따라서, 본 명세서는 변형 및 변화가 첨부된 청구항 및 이의 등가물의 범위 내에 있다면, 기재된 실시형태의 이러한 변형 및 변화를 망라하고자 한다.
Claims (15)
- 촉매 시스템으로서,
하기 화학식 (I)에 따른 금속-리간드 착물을 포함하고,
상기 화학식 (I)에서,
M은 티타늄, 지르코늄 또는 하프늄으로부터 선택되는 금속이고, 상기 금속은 +2, +3 또는 +4의 형식 산화 상태에 있으며;
n은 0, 1, 2 또는 3이고;
m은 1 또는 2이며;
상기 금속-리간드 착물은 6개 이하의 금속-리간드 결합을 갖고, 전체 전하-중성(overall charge-neutral)이며;
각각의 R1 및 각각의 R2는 독립적으로 (C1-C40)하이드로카르빌, (C1-C40)헤테로하이드로카르빌, (C1-C40)아릴, (C1-C40)헤테로아릴, 할로겐 및 -H로부터 선택되고, R1 및 R2는 선택적으로 서로 공유 연결되며;
m이 1인 경우, 각각의 X는 (C1-C40)하이드로카르빌, (C1-C40)하이드로카르빌렌, (C6-C20)아릴, (C5-C20)헤테로아릴, 사이클로펜타디에닐 또는 치환된 사이클로펜타디에닐로 구성된 군으로부터 독립적으로 선택되는 한자리(monodentate) 또는 두자리(bidentate) 리간드이고, R3은 (C1-C40)하이드로카르빌, (C5-C20)헤테로아릴, (C6-C40)아릴, (C5-C40)헤테로아릴, 비치환된 (C1-C40)알킬 또는 할로겐화된 페닐 라디칼로부터 선택되고, 선택적으로 R2에 공유 연결되되, 단, 임의의 X가 치환된 또는 비치환된 사이클로펜타디에닐인 경우, R3은 적어도 하나의 RS로 치환된 (C6-C40)아릴 및 적어도 하나의 RS로 치환된 (C5-C40)헤테로아릴로 구성된 군으로부터 선택되고, 여기서, RS는 (C1-C40)하이드로카르빌 및 (C1-C40)헤테로하이드로카르빌로 구성된 군으로부터 선택되고;
m이 2인 경우, 각각의 X는 (C1-C40)하이드로카르빌, (C1-C40)하이드로카르빌렌, (C6-C20)아릴, (C5-C20)헤테로아릴, 및 치환된 또는 비치환된 사이클로펜타디에닐로 구성된 군으로부터 독립적으로 선택되는 한자리 또는 두자리 리간드이고, 각각의 R3은 독립적으로 (C1-C40)하이드로카르빌, (C5-C20)헤테로아릴, (C6-C40)아릴, (C5-C40)헤테로아릴, 비치환된 (C1-C40)알킬 또는 할로겐화된 페닐 라디칼로부터 선택되되, 단, 어떠한 X도 치환된 또는 비치환된 사이클로펜타디에닐이 아닌 경우, R3은 적어도 하나의 RS로 치환된 (C6-C40)아릴 및 적어도 하나의 RS로 치환된 (C5-C40)헤테로아릴로 구성된 군으로부터 선택되고, 여기서, RS는 (C1-C40)하이드로카르빌 및 (C1-C40)헤테로하이드로카르빌로 구성된 군으로부터 선택되는, 촉매 시스템. - 제1항에 있어서, R1 및 R2가 (C6-C40)아릴인, 촉매 시스템.
- 제1항에 있어서, m이 1이고; R1 및 R2가 페닐인, 촉매 시스템.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, m이 1이고; R3이 (C1-C40)하이드로카르빌 및 (C1-C40)헤테로하이드로카르빌로 구성된 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 기 RS로 치환된 페닐기인, 촉매 시스템.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, m이 1이고; R3이 2개의 기 RS로 치환된 페닐기이고, 각각의 RS가 독립적으로 (C1-C40)하이드로카르빌인, 촉매 시스템.
- 제5항에 있어서, m이 1이고; RS가 1-메틸에틸인, 촉매 시스템.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 X가 벤질인, 촉매 시스템.
- 제1항에 있어서, m이 2이며, 이로써, 상기 금속-리간드 착물이 하기 화학식 (II)에 따른 구조를 가지고,
상기 화학식 (II)에서, R1, R2, R3 및 X는 상기 화학식 (I)에서 정의된 바와 같고; n은 0, 1 또는 2인, 촉매 시스템. - 제8항에 있어서, 각각의 R1이 페닐이고, 각각의 R2가 페닐인, 촉매 시스템.
- 제8항 또는 제9항에 있어서, 각각의 R3이 적어도 하나의 기 RS로 치환된 페닐기이며, 여기서, RS는 (C1-C40)하이드로카르빌 및 (C1-C40)헤테로하이드로카르빌로 구성된 군으로부터 선택되는, 촉매 시스템.
- 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 R3이 2개의 기 RS로 치환된 페닐기이고; 각각의 기 RS가 독립적으로 (C1-C40)하이드로카르빌인, 촉매 시스템.
- 제11항에 있어서, 각각의 RS가 1-메틸에틸인, 촉매 시스템.
- 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 X가 벤질인, 촉매 시스템.
- 에틸렌계 중합체를 제조하는 중합 방법으로서,
에틸렌 및 적어도 하나의 부가적인 α-올레핀을 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 촉매 시스템의 존재 하에 중합시키는 단계를 포함하는 중합 방법. - 제14항에 있어서, 상기 촉매 시스템이 적어도 하나의 부가적인 공촉매를 추가로 포함하는, 중합 방법.
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