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메탈로센 촉매의 담지 메탈로센 촉매>제2강의>제1장


1. 서    론

메탈로센 (metallocene) 은 기본적으로 사이클로펜타디에닐 (cycolpentadienyl, Cp) 리간드 (ligand)가 배위 결합된 샌드위치 구조의 전이금속 또는 전이금속 할로겐  화합물로서 리간드 형태와 중심 금속의 변화에 따라 다양한 분자 구조를 갖고 있다. 일반적으로 메탈로센 화합물만으로는 중합 촉매로서 활성이 없으며, 메틸알루민옥산 (methylaluminoxane, MAO)과 같은 조촉매의 작용에 의하여 양이온으로 활성화되고, 동시에 조촉매가 메탈로센 화합물에 배위하지 않는 음이온 (non-coordinating anion)으로서 배위적으로 불포화된 양이온 활성종을 안정화하여 각종 올레핀  (olefin) 중합에 활성을 갖는 촉매계를 형성한다. 활성화된 메탈로센 촉매에 이중결합을 갖는 올레핀 화합물이 접근하면 중심금속과 올레핀의 π전자가 배위결합을 이루고, 이어서 불안정한 결합을 갖는 전이상태를 거쳐 올레핀이 금속에 배위된 알킬기와 결합함으로써 중합이 진행된다.

메탈로센 촉매는 따라서 그 자체로는 용매에 용해되는 착화합물로서 균일계 촉매 (homogeneous catalyst)의 하나라고 할 수 있다. 반면에 기존의 지글러-나타 촉매계는 활성점인 금속 성분이 불활성인 고체 담체 (support) 입자에 분산되어 있는 불균일계 촉매 (heterogeneous catalyst) 이다. 한편 상업화된 지글러-나타 촉매를 사용하는 폴리에틸렌 (polyethylene, PE)이나 폴리프로필렌 (polypropylene, PP) 생산 공정들은 많은 경우 불균일계 촉매의 특성에 맞게 설계되어 있으므로 메탈로센 촉매를 이들 공정에 적용하기 위하여는 적당한 담체를 사용하여 고체 표면에 고정하는 담지 촉매 (supported catalyst) 형태로 변환할 필요가 있다. 따라서 각종 담체, 담지 방법, 중합특성 등에 관하여 많은 연구가 되고 있으며, 담지 촉매는 상업화 기술의 중요한 특허 항목이기도 하다. 본고에서는 仄膚沮惻발된 각종 담지 기술을 간략히 소개하고 그 장단점을 비교하며, 메탈로센 촉매의 담지화에 따른 중합 특성을 논의하고자 한다.



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