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두 금속 Constrained Geometry Complexes을 이용한 에틸렌과 스티렌 공중합 연구; 다리결합 길이의 영향
Studies on Ethylene and Styrene Copolymerizations with Dinuclear Constrained Geometry Complexes; Effects of Length of Bridge 원문보기

폴리머 = Polymer (Korea), v.30 no.5, 2006년, pp.432 - 436  

윤근병 (경북대학교 고분자공학과) ,  배상근 (한국생산기술연구원) ,  이철우 ((주)삼성전자 LCD 총괄) ,  노석균 (영남대학교 화학공학부) ,  이동호 (경북대학교 고분자공학과)

초록
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인덴과 메틸인덴 리간드를 가지고 폴리메틸렌 다리결합으로 구성된 두 금속 CGC (constrained geometry complexes) 촉매를 합성하여 에틸렌과 스티렌 공중합을 행하였다. 촉매 구조에 따른 공중합 활성과 공중합체의 구조 및 열적 성질을 조사하였다. 12-메틸렌 및 9-메틸렌 다리결합을 가진 촉매의 환성은 상업용 CGC 촉매와 6-메틸렌 다리결합을 가진 촉매의 활성보다 4배 이상 높게 나타났는데, 이는 6-메틸렌 다리결합은 입체적으로 중심금속간은 인접한 거리에 위치하게 되어 입체장애에 의해 촉매활성이 감소하게 된다. 다리결합의 길이가 긴 두 금속촉매를 사용하여 제조한 공중합체의 스티렌 함량이 6-45 mol%로 나타났으며, 단량체 공급비([Styrene]/[Ethylene])가 5.0 이상에서는 다리결합의 길이가 긴 촉매로 얻은 공중합체의 $T_m$이 관찰되지 않는 비결정의 공중합체가 생성되었으며, 스티렌의 함량이 증가할수록 공중합체의 $T_m$은 급격히 감소하여 스티렌 함량이 약 11mol% 이상에서는 결정성이 없는 랜덤 공중합체가 생성되었다. C-NMR로 공중합체의 미세구조를 분석한 결과 스티렌 블록이 존재하지 않는 랜덤 공중합체임을 확인할 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The new dinuclear CGC (constrained geometry complexes) with indenyl and methyl sub-stituted indenyl and polymethylene bridge have been synthesized, and the copolymerization of ethylene and styrene has been studied in the presence of methylalumionoxane. The activity of 12-methylene and 9-methylene br...

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

  • 중합체의 열적 성질은 differential scanning calorimeter (DSC, Dupont TA 2000, 시차주사열량계)를 이용하여 측정하였다. 20 ℃/min로 가열하면서 유리전이온도(&) 와 녹는점 ( Tm)을 측정하였으며, 200 ℃에서 1분간 용융시킨 후 20 ℃/min로 냉각시키면서 결정화온도(C)를 측정하였다. 생성된 중합체의 열 이력을 고려하기 위해 위의 과정을 2회 반복하여 second run값을 취하였다
  • 공중합체 구조 분석 공중합체의 미세구조 및 조성은 13C-NMR, iH-NMR(Varian, Unity INOVA 500 MHz) 로 측정하였으며, 에틸렌과 스티렌 공중합체는 120 ℃에서 1, 1, 2, 2-tetrachloroethane (CzHqCLO/dimethylsulfuroxidedDMSO) -Dg (volume ratio 4/1)로 용매로 사용하여 측정하였다.
  • 20 ℃/min로 가열하면서 유리전이온도(&) 와 녹는점 ( Tm)을 측정하였으며, 200 ℃에서 1분간 용융시킨 후 20 ℃/min로 냉각시키면서 결정화온도(C)를 측정하였다. 생성된 중합체의 열 이력을 고려하기 위해 위의 과정을 2회 반복하여 second run값을 취하였다
  • 반응기의 온도는 항온조를 사용하여 일정하게 유지하였다. 에틸렌 분위기하에서 총 100 mL의 용액이 되도록 톨루엔, 스티렌 단량체와 공촉매인 MMA0 그리고 촉매의 순으로 각각 일 정량을 주입하여 중합을 개시하였다. 일정 시간이 지난 뒤 메탄올 과 염산의 혼합액을 넣어 중합을 종료시킨 후 0.
  • 이렇게 제조한 촉매 및 CGC 촉매와 공촉매로 methylalumonoxane (MAO)를 사용하여 에틸렌과 스티렌 공중합을 행하였다. 이때 메탈로센 촉매구조, 중합조건 및 공단량체의 농도에 따른 공중합체의 촉매활성과 열적성질 및 공단량체의 함량 변화를 고찰하였다.
  • 본 연구에서는 기존의 CGC 촉매에 tetramethylcyclopen- tadiene기 대신에 인덴(indene)기와 메틸인덴(methylindene)기를 사용한 CGC계 촉매에 6개, 9개, 12개의 메틸렌 간격자로 연결시킨 구조의 dinuclear CGC계 촉매를 제조하였다. 이렇게 제조한 촉매 및 CGC 촉매와 공촉매로 methylalumonoxane (MAO)를 사용하여 에틸렌과 스티렌 공중합을 행하였다. 이때 메탈로센 촉매구조, 중합조건 및 공단량체의 농도에 따른 공중합체의 촉매활성과 열적성질 및 공단량체의 함량 변화를 고찰하였다.
  • 인덴과 메틸인덴기를 리간드로 가지고 6-, 9- 및 12-메틸렌을 다리 결합으로 구성된 두 금속 CGC (constrained geometry complexes) 촉매를 합성하여 에틸렌과 스티렌 공중합을 행하였다. 12-메틸렌 및 9-메틸렌 다리결합을 가진 촉매의 활성은 상업용 CGC 촉매와 6-메틸렌 다리결합을 가진 촉매의 활성보다 4배 이상 높게 나타났는데, 이는 사슬이 긴 메틸렌 그룹의 결합에 의해 전자가 부족한 활성점을 안정화시켜 줌2로써 중합 속도를 증가시켜주기 때문이다.
  • 열적성질. 중합체의 열적 성질은 differential scanning calorimeter (DSC, Dupont TA 2000, 시차주사열량계)를 이용하여 측정하였다. 20 ℃/min로 가열하면서 유리전이온도(&) 와 녹는점 ( Tm)을 측정하였으며, 200 ℃에서 1분간 용융시킨 후 20 ℃/min로 냉각시키면서 결정화온도(C)를 측정하였다.

대상 데이터

  • Titanium (m) chloride tetrahydrofuran complex(l:3) (TiCb(THF)3)은 합성하여 사용하였다.12 n-BuLi(2.5 M solution in hexane, Aldrich Co. USA)는 별도의 정제 없이 사용하였다.
  • Indene (TCI Tokyo Kasei JAP) 과 2—methylindene (Aldrich Co. USA) 은 LiAlHq를 사용하여 수분을 제거한 뒤 단순 증류하여 사용하였으며, tert-butyl amine (Sigma Co. USA) 은 수산화나 트륨을 이용하여 증류하여 사용하였다. Titanium (m) chloride tetrahydrofuran complex(l:3) (TiCb(THF)3)은 합성하여 사용하였다.
  • USA) 은 수산화나 트륨을 이용하여 증류하여 사용하였다. Titanium (m) chloride tetrahydrofuran complex(l:3) (TiCb(THF)3)은 합성하여 사용하였다.12 n-BuLi(2.
  • 공족매로 modified methylaluminoxane (MMAO; Type 4, Akzo, Al = 7.8 wt%) 은 톨루엔을 1 : 1로 묽혀 사용하였다. 단량체인 에틸렌(순도 99.
  • USA : SiMeKM) 은 P2O5를 사용해 수분을 제거한 뒤 감압 증류하여 사용하였다. 그리고 비용매인 메탄올(Duksan Chem. Co., 99%)은 별도의 정제과정 없이 그대로 사용하였다.
  • 8 wt%) 은 톨루엔을 1 : 1로 묽혀 사용하였다. 단량체인 에틸렌(순도 99.5%)은 대한유화공업(주)에서 입수하여 수분 제거를 위해 P2O5와 CaSO4를 채운 컬럼을 통과시켜 사용하였고, 공단량체로 쓰인 스티렌(Junsei Chem. Co., 99.5%)은 수산화나트륨 수용액으로 세척하고 무수황산 마그네슘으로 처리해 질소 분위기 하에서 CaH2 존재 하에 12시간 동안 건조시킨 후 감압 증류하여 사용하였다.
  • 본 연구에서는 기존의 CGC 촉매에 tetramethylcyclopen- tadiene기 대신에 인덴(indene)기와 메틸인덴(methylindene)기를 사용한 CGC계 촉매에 6개, 9개, 12개의 메틸렌 간격자로 연결시킨 구조의 dinuclear CGC계 촉매를 제조하였다. 이렇게 제조한 촉매 및 CGC 촉매와 공촉매로 methylalumonoxane (MAO)를 사용하여 에틸렌과 스티렌 공중합을 행하였다.
  • 모든 실험은 질소 분위기 하에서 수행되었으며, Schlenk line과 Golve Box (CA model HE-493) 에서 보관하여 사용하였다. 용매인 tetrahydrofuran(THF), 디에틸 에테르 헥산, 톨루엔 은 나트륨/벤조페논을 이용하여 단순 증류하여 사용하였으며, 1, 6- dibromohexane, 1, 9-dibromononane, 1, 12 - dibromodode - cane, dichlorodimethylsilane (Aldrich Co. USA : SiMeKM) 은 P2O5를 사용해 수분을 제거한 뒤 감압 증류하여 사용하였다. 그리고 비용매인 메탄올(Duksan Chem.
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참고문헌 (25)

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  21. S. K. Noh, S. Kim, J. Kim, D. H. Lee, K. B. Yoon, H. B. Lee, S. W. Lee, and W. S. Huh, J. Polym. Sci., Polym. Chem., 35, 3717 (1997) 

  22. F. G. Sernetz, R. Mulhaupt, F. Amor, T. Eberle, and J. Okuda, J. Polym. Sci., Polym. Chem., 35, 1571 (1997) 

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