메탈로센 촉매의 탄생

오늘은 메탈로센 촉매의 탄생과 발전사를 살펴보도록 하겠습니다.
메탈로센 촉매란 폴리올레핀, 즉 PP, PE를 생성하는 제 6세대 촉매라 할 수 있습니다.

메탈로센의 역사는 페로센(ferrocene)으로 부터 시작되었는데요, 이 페로센이 메탈로센이라는 멋진 이름을 지어준 시조라 할 수 있습니다.

아래는 메탈로센 촉매에 대한 내용을 발췌한 것입니다.

1991년부터 메탈로센 화합물을 이용하여 여러 가지 폴리올레핀이 생산되기 시작하였다. 이와 같은 신 개념의 고분자는 충격강도와 강인성이 좋아졌으며, 용융 특성, 필름으로 가공되었을 때 투명성 등이 향상되었다. 이와 같은 장점은 고분자의 분자량, 분자량 분포, 공단량체의 분포 와 성분 그리고 입체규칙성을 얻는다.

메탈로센은 착물의 구조가 중요하다. 메탈로센의 기하학과 구조는 이상적인 고분자에 대하여 생산자의 특정한 요구를 받아들이기에 다양해질 수 있다. 고분자는 높은 분자량을 가지는 물질들의 어떠한 개수 라도 포함한다. 고분자는 100에서 1000개까지 분리된 단위로 긴 사슬들이 구성되는 형태에 많은 단량체가 연결됨에 의해 그 형태를 이룬다. 이러한 예로서는 에틸렌, 프로필렌과 메틸렌이 있다. 사용되는 그 공정에 의존하여, 다양한 특성을 가진 고분자가 생산되어질 수 있다. 이러한 고분자들은 쓰레기 봉투, 필름, 플라스틱 장난감, 고무 물질 그리고 파피핑 등의 다양한 물질들로 생산 되어진다. 메탈로센 착물의 기본적인 구조는 한 동안 알려져 있었음에도 불구하고 그것은 현재에 단지 고분자 산업의 중요한 요소로서 인식 되어져 왔다.
 
다른 업체들의 추종함을 확신함에도 불구 하고, 다우(Dow)와 엑손(Exxon)이 새로운 기술의 연구 산업을 이끌어 왔다. 카민스키(Kminsky)가 1980년 중반에 전형적 메탈로센의 고 활성을 최초로 발견한 이후로, 이 분야에서의 연구에 소비되는 연구비는 3억달러로 추정되어진다. 지글러-나타 촉매는 1960년대의 고분자 생산에서 중요한 역할을 한다. 메탈로센은 곧 플라스틱 산업의 미래를 보여준다.

메탈로센은 1951년 초에 발견된 유기 금속착물들과 연관되어 있다.
이 첫번째 물질은 페로센(ferrocene)이다. 이 페로센은 금속 주위에 두개의 시클로펜타다이에닐 고리와 철 중심에 존재하는 간단한 착물이다. (cyclopentadienyl)(Cp) 최근에 이 기간동안은 치환된 Cp고리와 같은 교대 구조를 가진 그러한 것들을 포함하는 유기 금속 착물이 광범위하게 사용되어져 왔다.

1957년에 Giulio Natta는 타이타노센 (Cp2TiCl2)촉매를 가지는 에틸렌의 중합을 발표하였다. 메탈로센의 활성이 매우 낮고 상업적 용도로서도 낮음에도 불구하소 이것은 트리틸 알루미늄으로 공촉매로 완성되어졌다. 1970년대 중반에 Walter Kiminsky는 촉매로서는 Al(CH3)3를 사용해 Cp2ZrCl2형태의 메탈로센 촉매를 실험하고 있었다. Water는 우연히 고분자의 형태에 에틸렌 단량체와 촉매 사이의 높은 활성을 이끌어가는 계를 도입하였다. 그것의 높은 활성은 메틸 알루미녹센 또는 MAO의 형태에 공촉매인 트리틸 알루미늄의 가수분해 결과라는 것이라고 믿었다.

그 이후 연구에 대한 3억불의 투자는 메탈로센 연구에 큰 기여를 하였다. 몇 개의 산업체들은 Dow와 Exxon의 제안을 받아 들였다. 그들의 제안은 메탈로센이 고분자 산업에 대한 미래의 물결이라는 것인데 이런 연구의 분야를 그들은 추구해 왔다.
다른 산업체들은 1987년과 1995년 사이에 실험되어졌고 이 산업체에서 촉매를 개발한 Hoechst를 포함한 그들의 제안을 또한 따라가고 있다. 플라스틱의 100,000kg이 전통적인 촉매보다 위대한 메탈로센 촉매 100g으로 생산되어질 수 있다.

다음에는 메탈로센 촉매로 형성되는 수지와 그 특징을 알아보도록 하겠습니다.