JP6135517B2 - プロピレン−エチレンランダムブロック共重合体およびその製造方法 - Google Patents
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- Graft Or Block Polymers (AREA)
Description
これらは、適度な柔軟性と強度を持ち、リサイクルや焼却廃棄などの環境問題適応性が高く、また、軽量で成形性や経済性などにも優れていることから、フィルムやシート、繊維、不織布、各種容器、種々の成形品、改質剤などとして幅広い分野で利用されている。
かかる熱可塑性エラストマーのうち、第1工程でポリプロピレン成分を、第2工程でプロピレン−エチレン共重合体エラストマー成分を製造する、いわゆるプロピレン−エチレンランダムブロック共重合体と称されるものは、ランダムコポリマーなどのポリマー成分のブレンドのような、単なる機械的な混合により製造されるエラストマーに対して、生成物の品質が安定し、製造コストの低減を図ることができ、エラストマー組成を広く可変にできるなどの有利な特徴を有することから、経済性が高く、また、低ブリードアウト及び強度などに優れており、最近において、非常に汎用されている。
しかし、このような高いMFRを有するプロピレン−エチレンランダムブロック共重合体の製造において、チーグラー・ナッタ系重合触媒を用いる場合は、活性点の種類が複数あるため、生成したプロピレン−エチレンランダムブロック共重合体の結晶性分布および分子量分布が広く、低結晶性・低分子量成分を多く生成することにより、ブリードアウトが多く、重合パウダーのベタツキが強く見られ、工業的な製造工程に対して、問題が発生し易いという欠点を呈している。
しかし、有機過酸化物の使用による製造単価の上昇、残留有機過酸化物や有機過酸化物の分解生成物による臭気や色相の悪化という問題がある。
具体的には、第2工程で結晶性の低い、若しくは、結晶性を持たないエラストマー成分を多く製造した場合でも、分子量や結晶性が著しく低い成分が殆ど生成せず、べたつきのない良好な重合パウダーが得られることが知られている(例えば、特許文献1、2参照。)。
なお、本発明に基づいて製造したプロピレン−エチレンランダムブロック共重合体は、射出成形に適した高い流動性と充分に低いブリードアウトを併せ有する点で、従来の技術とは、大きく異なるものである。
60℃のオルトジクロロベンゼンに不溶である結晶性共重合体成分(A)が70〜90重量%と、60℃のオルトジクロロベンゼンに溶解する低結晶性共重合体成分(B)が10〜30重量%からなり、及び
該結晶性共重合体成分(A)及び低結晶性共重合体成分(B)が以下の特性を有することを特徴とするプロピレン−エチレンランダムブロック共重合体が提供される。
(A)結晶性共重合体成分;
(A−1)メルトフローレート(MFR−A)が50g/10分以上、200g/10分未満であり、
(A−2)示差熱走査熱量測定(DSC)で測定する融点(Tm)が105〜140℃であり、
(A−3)昇温溶出分別における60℃以下に溶出する成分が1.0重量%以下であり、及び
(A−4)GPCで測定する重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)の比(Mw/Mn)が2.2〜4.0の範囲にある。
(B)低結晶性共重合体成分;
(B−1)メルトフローレート(MFR−B)が3〜20g/10分であり(但し、MFR−Bは、対数加性式より算出した値である。)、及び
(B−2)示差熱走査熱量測定(DSC)で測定する融点(Tm)が30℃以上、70℃未満である。
(A−5)共重合体中のエチレン含量が1〜6重量%である。
さらに、本発明の第3の発明によれば、第1又は2の発明において、前記低結晶性共重合体成分(B)は、さらに、下記特性(B−3)を満たすことを特徴とするプロピレン−エチレンランダムブロック共重合体が提供される。
(B−3)共重合体中のエチレン含量が11〜20重量%である。
第1工程で前記結晶性共重合体成分(A)を気相重合法で製造し、引き続き、第2工程で前記低結晶性共重合体成分(B)を気相重合法で製造することを特徴とするプロピレン−エチレンランダムブロック共重合体の製造方法が提供される。
さらに、本発明の第6の発明によれば、第5の発明において、前記撹拌装置が水平方向の撹拌軸を有することを特徴とするプロピレン−エチレンランダムブロック共重合体の製造方法が提供される。
60℃のオルトジクロロベンゼンに不溶である結晶性共重合体成分(A)が70〜90重量%と、60℃のオルトジクロロベンゼンに溶解する低結晶性共重合体成分(B)が10〜30重量%からなり、及び
該結晶性共重合体成分(A)及び低結晶性共重合体成分(B)が以下の特性を有することを特徴とする。
(A)結晶性共重合体成分;
(A−1)メルトフローレート(MFR−A)が50g/10分以上、200g/10分未満であり、
(A−2)示差熱走査熱量測定(DSC)で測定する融点(Tm)が105〜140℃であり、
(A−3)昇温溶出分別における60℃以下に溶出する成分が1.0重量%以下であり、及び
(A−4)GPCで測定する重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)の比(Mw/Mn)が2.2〜4.0の範囲にある。
(B)低結晶性共重合体成分;
(B−1)メルトフローレート(MFR−B)が3〜20g/10分であり(但し、MFR−Bは、対数加性式より算出した値である。)、及び
(B−2)示差熱走査熱量測定(DSC)で測定する融点(Tm)が30℃以上、70℃未満である。
(1)MFR
射出成形においては、用いる樹脂のMFRが小さい場合、流動性が悪くなり、成形性が悪化する。例えば、成型サイクルが長くなることや、射出圧力が高くなり、金型が破損するなどの問題が発生する。
本発明のように、射出成形を主な用途とする場合、プロピレン−エチレンランダムブロック共重合体のMFRの下限値に関しては、30g/10分以上、好ましくは50g/10分以上、さらに好ましくは70g/10分以上が必要である。一方、MFRが大きい場合には、流動性が高くなり過ぎるため、成形不良が生じるばかりか、成形体の引っ張り特性の低下が生じる、また、衝撃強度が出なくなるなどの物性上の問題が生じる。そこで、MFRの上限値に関しては、200g/10分以下、好ましくは180g/10分以下、さらに好ましくは150g/10分以下の範囲である。また、MFRが大きすぎる場合には、運転面においては、重合パウダー嵩密度(BD)の低下、微粉発生および反応器壁面などへの付着が生じ、安定運転が難しくなる。
プロピレン−エチレンランダムブロック共重合体のMFRは、結晶性共重合体成分(A)と低結晶性共重合体成分(B)の重量比、および後述する結晶性共重合体成分(A)、低結晶性共重合体成分(B)のMFR−A、MFR−Bの値を、最適にすることにより、制御可能である。
本発明のプロピレン−エチレンランダムブロック共重合体は、60℃のオルトジクロロベンゼンに不溶である結晶性共重合体成分(以下、高結晶性共重合体成分と記載することもある。)(A)と、60℃のオルトジクロロベンゼンに溶解する低結晶性共重合体成分(B)に分別できる。そして、高結晶性共重合体成分(A)が70〜90重量%と、低結晶性共重合体成分(B)10〜30重量%からなる。
本発明で用いるオルトジクロロベンゼンによるによる昇温溶出分別とは、例えば、Macromolecules、21、314〜319(1988)に開示されたような方法をいう。
すなわち、直径50mm、高さ500mmの円筒状カラムに、ガラスビーズ担体(80〜100メッシュ)を充填し、140℃に保持する。
次に、140℃で溶解したサンプルのODCB溶液(10mg/mL)200mLを前記カラムに導入する。その後、該カラムの温度を、10℃/分の昇温速度で当該カラム温度を60℃まで上げ、60℃で1時間静置後、60℃の溶媒(ODCB)を20mL/分の流速で800mL流すことにより、60℃のODCBには可溶な成分を溶出させ、回収する。60℃のODCBに可溶な成分を含むODCB溶液は、エバポレーターを用いて20mLまで濃縮された後、5倍量のメタノール中に析出される。析出ポリマーをろ過して回収後、真空乾燥器により一晩乾燥する。これを本発明における低結晶性共重合体成分(B)とする。
次いで、10℃/分の昇温速度で当該カラム温度を140℃まで上げ、140℃で1時間静置後、140℃の溶媒(ODCB)を20mL/分の流速で800mL流すことにより、60℃のODCBには不溶な成分を溶出させる。
60℃のODCBに不溶な成分を含むODCB溶液は、エバポレーターを用いて20mLまで濃縮された後、5倍量のメタノール中に析出される。析出ポリマーをろ過して回収後、真空乾燥器により一晩乾燥する。これを本発明における高結晶性共重合体成分(A)とする。
高結晶性共重合体成分(A)と低結晶性共重合体成分(B)の割合は、成分の重量比で高結晶性共重合体成分(A)が70重量%以上90重量%以下である。したがって、低結晶性共重合体成分(B)は、10重量%以上、30重量%以下である。
また、反対に高結晶性共重合体成分(A)の量が多すぎると、低結晶性共重合体成分(B)が少なくなってしまう。低結晶性共重合体成分(B)は、高結晶性共重合体成分(A)中に微分散して、重合体全体の耐衝撃性を改良する役割をもつ。したがって、低結晶性共重合体成分(B)の割合が小さいと、耐衝撃性が低下する。そこで、低結晶性共重合体成分(B)の割合は、10重量%以上、好ましくは12量%以上、より好ましくは18重量%以上である。すなわち、高結晶性共重合体成分(A)の量としては、90重量%以下であり、好ましくは88重量%以下、より好ましくは82重量%以下である。
(A−1)結晶性共重合体成分(A)のMFR(MFR−A)
結晶性共重合体成分(A)のMFR−Aは、50g/10分以上、200g/10分以下であることが必要である。
MFRが小さい場合、射出成形においては射出成形に必要な流動性が得られなくなり、成形性が悪化する。例えば、成型サイクルが長くなる、射出圧力が高くなり金型が破損するなどの問題が発生する。本発明のように、射出成形を主な用途とする場合、結晶性共重合体成分(A)のMFRの下限値に関しては、好ましくは60g/10分以上、より好ましくは70g/10分以上である。
また、運転面では、MFRが上記の範囲よりも大きくなると、分子量調整剤とし加える水素による活性化の影響で重合速度の増加により、パウダー形状の破壊が生じ、微粉が発生する。ここで発生した微粉は、重合器内に滞留し、設備へ支障が生じる。
結晶性共重合体成分(A)の示差熱走査熱量測定(DSC)で測定する融点(Tm)が105℃以上、140℃以下である。
融点は、重合体の耐熱性を表す指標であり、この値が高いと、耐熱性が高いことを意味する。ポリプロピレンの場合には、融点は、結晶の厚みに比例すると言われており、結晶の厚みは、規則的に挿入したプロピレン連鎖長に相関する。したがって、融点が高いことは、剛性が高くなることを意味する。
また、運転安定性として、融点が低いと、工業的に可能な重合温度では、本発明のブロック共重合体自身が一部融解してしまう恐れがあり、運転が不安定になる可能性がある。
したがって、本発明に係る結晶性共重合体成分(A)の融点は、105℃以上が必要であり、好ましくは115℃以上、より好ましくは125℃以上である。
反対に、融点が高すぎると、本発明のブロック共重合体の柔軟性が不充分なものとなってしまう。そこで、本発明に係る結晶性共重合体成分(A)の融点は、140℃以下である必要があり、好ましくは140℃以下、より好ましくは135℃以下である。
本発明では、セイコー社製DSC(DSC6200)を用い、試料5.0mgを採り、200℃まで加熱し5分間保持した後、40℃まで10℃/分の降温速度で結晶化させ、更に10℃/分の昇温速度で融解させたときの融解ピーク温度をTmとした(単位:℃)。
本発明に係る結晶性共重合体成分(A)の昇温溶出分別における60℃以下に溶出する成分は、1.0重量%以下である。
60℃以下の温度で溶出する成分は、低結晶性成分であり、この成分の量が多いと、製品全体の結晶性が低下し、製品の剛性といった機械的強度が低下してしまう。
したがって、この量が1.0重量%以下である必要があり、好ましくは0.8重量%以下であり、より好ましくは0.5重量%以下あり、特に好ましくは0.3重量%以下である。
結晶性共重合体成分(A)のオルトジクロロベンゼン(ODCB)による昇温溶出分別(TREF)による溶出量は、メタロセン錯体を用いることにより、一般的に低く抑えることが可能であるが、その位置規則性欠陥の制御するように、メタロセン錯体の種類を選ぶことに加え、重合温度や圧力、コモノマーとしてエチレンを加えることにより制御することが可能である。
本発明のプロピレン−エチレンランダムブロック共重合体では、その結晶性共重合体成分(A)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定による重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)の比、Mw/Mnが、2.2以上、4.0以下の範囲であることが必要である。
Mw/Mn値は、分子量分布の広がりを表す指標であり、この値が大きいほど、分子量分布が広いことを意味する。Mw/Mn値が小さすぎると、分布が狭いために、溶融延展性と加工性のバランスが悪くなる。したがって、Mw/Mn値は、2.2以上が必要であり、好ましくは2.5より大きい値である。より好ましくは2.7より大きい値である。
一方、Mw/Mn値が大きすぎると、必要としない(低)分子量成分の量が増えて、満足する物性のものが得られない。したがって、Mw/Mn値は、4.0以下が必要であり、好ましくは3.5未満であり、より好ましくは3.0未満である。
結晶性共重合体成分(A)のGPCで測定する平均分子量及び分子量分布(Mw、Mn、Mw/Mn)は、プロピレン重合の温度や圧力条件を変えるか、または、最も一般的な手法としては、水素等の連鎖移動剤をプロピレン重合時に添加する方法により、容易に調整を行なうことができる。
上記で定義される重量平均分子量(Mw)、Mw/Mn値は、いずれも、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によって得られるものであるが、その測定法、測定機器の詳細は、以下の通りである。
・検出器:FOXBORO社製MIRAN、1A、IR検出器(測定波長:3.42μm)
・カラム:昭和電工社製AD806M/S(3本)
・移動相溶媒:o−ジクロロベンゼン(ODCB)
・測定温度:140℃
・流速:1.0ml/分
・注入量:0.2ml
また、GPC測定で得られた保持容量から分子量への換算は、予め作成しておいた標準ポリスチレンによる検量線を用いて行う。使用する標準ポリスチレンは、何れも東ソー社製の以下の銘柄である。
・銘柄:F380、F288、F128、F80、F40、F20、F10、F4、F1、A5000、A2500、A1000
各々が0.5mg/mLとなるように、ODCB(0.5mg/mLのBHTを含む)に溶解した溶液を0.2mL注入して、較正曲線を作成する。較正曲線は、最小二乗法で近似して得られる三次式を用いる。
分子量への換算に使用する粘度式:[η]=K×Mαは、以下の数値を用いる。
PS:K=1.38×10−4、α=0.7
PP:K=1.03×10−4、α=0.78
結晶性共重合体成分(A)の特性については、上記の(A−1)〜(A−4)に加えて、好ましい特性として、(A−5)が挙げられる。
本発明においては、(A−5)結晶性共重合体成分(A)中のエチレン含量は、1.0重量%以上、6.0重量%以下が好ましい。
重合体中のプロピレン以外のコモノマー含量は、重合体の結晶性を阻害する要素であり、特に重合体にエチレンを導入した場合、そのエチレン含量は、重合体の耐熱性、剛性、に影響を与える。そこで、エチレン含量が大きすぎると、耐熱性や剛性が損なわれてしまう。また、重合時に結晶として維持できず、融解して塊となり、運転安定性を損なう危険がある。
したがって、本発明のプロピレン−エチレンランダムブロック共重合体中の結晶性共重合体成分(A)のエチレン含量は、6.0重量%以下であることが必要であり、好ましくは3.0重量%以下であり、より好ましくは2.5重量%以下である。
また、本発明のプロピレン−エチレンランダムブロック共重合体では、結晶性共重合体成分(A)に低結晶性共重合体(B)が微分散する。この時、結晶性共重合体成分(A)と低結晶性共重合体(B)に結晶性に格差があると、結果として、低結晶性共重合体(B)が結晶性共重合体成分(A)中に大きなドメインとして存在してしまい、耐衝撃性が落ちる等の物性の低下を引き起こす。
したがって、結晶性共重合体成分(A)のエチレン含量は、1.0重量%以上が必要であり、好ましくは1.5重量%、より好ましくは、1.8重量%以上である必要がある。
(B−1)低結晶性共重合体成分(B)のMFR(MFR−B)
低結晶性共重合体成分(B)のMFR−Bは、3.0g/10分以上、20g/10分以下であることが必要である。
MFR−Bが小さい場合、プロピレン−エチレンランダムブロック共重合体としてのMFRが小さくなってしまい、成形性が悪化する。例えば、成型サイクルが長くなる、射出圧力が高くなるなどの問題が発生する。また、成形体にゴム成分が微分散しなくなり、外観が悪くなる等が懸念される。
したがって、本発明に係る低結晶性共重合体成分(B)は、射出成形を主な用途とする場合、MFR−Bの下限値に関しては、3.0g/10分以上、好ましくは5.0g/10分以上、より好ましくは7.0g/10分以上である。
また、MFR−Bが大きい場合には、プロピレン−エチレンランダムブロック共重合体としての流動性が高くなり過ぎるため、成形不良が生じるばかりか、成形体の引っ張り特性の低下が生じる、衝撃強度が出なくなるなどの物性上の問題が生じる。
また、運転面では、MFR−Bが上記の範囲よりも大きくなると、分子量調整剤として加える水素による活性化の影響で重合速度の増加により、パウダー形状の破壊が生じ、微粉が発生する。ここで発生した微粉が重合器内に滞留し、設備へ支障が生じる。
そこで、MFR−Bの上限値に関しては、20g/10分以下である必要があり、好ましくは15g/10分以下、より好ましくは、10g/10分以下である。
Log(MFR−T)=Log(MFR−A)×(WA)+Log(MFR−B)×(1.0−WA)
低結晶性共重合体成分(B)の示差熱走査熱量測定(DSC)で測定する融点(Tm)が30℃以上、70℃未満である。
本発明のプロピレン−エチレンランダムブロック共重合体において、低結晶性共重合体成分(B)は、高結晶性共重合体成分(A)中に微分散して、耐衝撃性を改良する役割を果たす。その耐衝撃性のためには、この分散する低結晶性共重合体成分(B)の結晶性を低下させる必要がある。融点(Tm)は、結晶性の指標であり、耐衝撃性を向上させるためには、融点(Tm)は、70℃未満が必要であり、好ましくは68℃以下、より好ましくは65℃以下、更に好ましくは60℃以下である。
また、反対に、結晶性を極端に低下させると、低結晶性共重合体(B)が高結晶性共重合体成分(A)中に大きなドメインとして存在してしまい、結果として、耐衝撃性が落ちる等の物性の低下を引き起こす。また、高結晶性共重合体成分(A)に微分散した低結晶性共重合体成分(B)のより結晶性の低い成分が重合体粒子表面に浸み出し、運転安定中に、重合体同士が一部融解し、塊を形成して、運転できなくなってしまう恐れがあり、運転が不安定になる。
したがって、低結晶性共重合体成分(B)の融点は、30℃以上であることが必要であり、好ましくは35℃以上、より好ましくは37℃以上、更に好ましくは40℃以上である。
低結晶性共重合体成分(B)の特性については、上記の(B−1)と(B−2)に加えて、好ましい特性として、(B−3)が挙げられる。
本発明において、(B−3)低結晶性共重合体成分(B)中のエチレン含量は、11.0重量%以上、20.0重量%以下が好ましい。
本発明のプロピレン−エチレンランダムブロック共重合体において、低結晶性共重合体成分(B)は、結晶性共重合体成分(A)中に微分散して、耐衝撃性を改良する役割を果たす。耐衝撃性のためには、この分散する低結晶性共重合体成分(B)の結晶性を低下させる必要がある。結晶性は、コモノマー含量が大きいほど低下する。また、結晶性が高すぎると、ガラスフィラー、顔料などの分散が悪化し、目的の射出成形品の外観が得られなくなる。
したがって、コモノマーとしてエチレンを用いる場合には、低結晶性共重合体成分(B)中のエチレン含量は、11.0重量%以上が必要であり、好ましくは12.0重量%以上、より好ましくは13重量%以上が必要である。
また、反対に、結晶性を極端に低下させると、単独でグロビュールを形成し、結晶性共重合体成分(A)との相溶性が低下する。そのため、高温度条件下において、射出成形品の表面に、低結晶性共重合体成分(B)がブリードしやすくなり、目標の耐熱性を得ることができなくなる。また、結果として、低結晶性共重合体(B)が結晶性共重合体成分(A)中に大きなドメインとして存在してしまい、耐衝撃性が落ちる等の物性の低下を引き起こす。
その他、結晶性共重合体成分(A)中に微分散した低結晶性共重合体成分(B)のより結晶性の低い成分が重合体粒子表面に浸み出し、運転安定中に、重合体同士が一部融解し、塊を形成して、運転できなくなってしまう恐れがあり、運転が不安定になる。
したがって、低結晶性共重合体成分(B)のエチレン含量は、20重量%以下であることが必要であり、好ましくは18重量%以下、より好ましくは16重量%以下、更に好ましくは14重量%以下である。
[E]gapが小さい場合、具体的には、9重量%未満の場合、本発明のプロピレン−エチレンランダムブロック共重合体は、透明性に優れたものとなる。これは、結晶性共重合体成分(A)中に、低結晶性共重合体(B)が相溶化することに起因する。
一方、この差が大きい場合、具体的には[E]gapが9〜20重量%の場合、結晶性共重合体成分(A)中に、低結晶性共重合体(B)が完全に相溶化せず、微分散することにより、耐衝撃性や剛性に優れたものとなる。
したがって、本発明のプロピレン−エチレンランダムブロック共重合体においては、[E]gapは、9重量%以上が好ましい。より好ましくは10重量%以上であり、更に好ましくは11重量%以上である。
また、[E]gapが大きすぎると、相分離が進行し、結晶性共重合体成分(A)中に、低結晶性共重合体(B)が大きな塊として分散してしまい、耐衝撃性等の物性を損ねる。
したがって、本発明のプロピレン−エチレンランダムブロック共重合体において、[E]gapは、20重量%以下が好ましい。より好ましくは15重量%以下であり、更に好ましくは13重量%以下である。
尚、この値は、エチレン−プロピレン共重合を行うにおいて、組成分布の狭い、および、分子量分布の狭いメタロセン触媒を用いることにより、べたつき成分を作ることのないために、設定できた値である。
前記分別により得られた結晶性共重合体成分(A)と低結晶性共重合体(B)それぞれについてエチレン含有量は、プロトン完全デカップリング法により、以下の条件に従って測定した13C−NMRスペクトルを解析することにより求める。
・機種:日本電子(株)製GSX−400(炭素核共鳴周波数400MHz)
・溶媒:ODCB/重ベンゼン=4/1(体積比)
・濃度:100mg/mL
・温度:130℃
・パルス角:90°
・パルス間隔:15秒
・積算回数:5,000回以上
Macromolecules;17,1950(1984)
上記条件により測定されたスペクトルの帰属は、下表の通りである。表中Sααなどの記号は、以下の文献の表記法に従い、Pはメチル炭素、Sはメチレン炭素、Tはメチン炭素をそれぞれ表わす。
Carman,Macromolecules;10,536(1977)
[PPP]=k×I(Tββ) <1>
[PPE]=k×I(Tβδ) <2>
[EPE]=k×I(Tδδ) <3>
[PEP]=k×I(Sββ) <4>
[PEE]=k×I(Sβδ) <5>
[EEE]=k×[I(Sδδ)/2+I(Sγδ)/4} <6>
ここで[ ]は、トリアッドの分率を示し、例えば、[PPP]は、全トリアッド中のPPPトリアッドの分率である。
従って、
[PPP]+[PPE]+[EPE]+[PEP]+[PEE]+[EEE]=1 <7> である。
また、kは定数であり、Iはスペクトル強度を示し、例えば、I(Tββ)は、Tββに帰属される28.7ppmのピークの強度を意味する。
エチレン含有量(モル%)=([PEP]+[PEE]+[EEE])×100
エチレン含有量のモル%から重量%への換算は、以下の式を用いて行う。
エチレン含有量(重量%)=(28×X/100)/{28×X/100+42×(1−X/100)}×100
ここでXは、モル%表示でのエチレン含有量である。また、プロピレン・エチレンランダムブロック共重合体全体のエチレン含量[E]Wは、上記から昇温分別で得られた高結晶性共重合体(A)と低結晶性共重合体(B)の重量比率W(A)とW(B)重量%から以下の式により算出される。
[E]W={[E]A×W(A)+[E]B×W(B)}/100 (重量%)
(1)メタロセン系触媒
本発明のプロピレン−エチレンランダムブロック共重合体を製造する方法は、メタロセン系触媒の使用を必須とする。
メタロセン系触媒の種類は、本発明の性能を有する共重合体を生成できる限りは、特に限定されるものではないが、本発明の要件を満たすために、例えば、下記に示すような成分(I)、(II)、及び必要に応じて使用する成分(III)からなるメタロセン系触媒を用いることが好ましい。
(II−1)有機アルミオキシ化合物が担持された微粒子状担体
(II−2)成分(A)と反応して成分(A)をカチオンに変換することが可能な、イオン性化合物又はルイス酸が担持された微粒子状担体
(II−3)固体酸微粒子
(II−4)イオン交換性層状珪酸塩
成分(III):有機アルミニウム化合物
成分(I)としては、下記の一般式(1)で表される遷移金属化合物から選ばれる少なくとも1種のメタロセン遷移金属化合物を使用することができる。
この置換基の他の例としては、インデニル基、フルオレニル基、又はヒドロアズレニル基等が挙げられ、これらの基は、さらに置換基を有していてもよく、中でもインデニル基又はヒドロアズレニル基が好ましい。
また、X及びYの補助配位子は、成分(II)などの助触媒と反応してオレフィン重合能を有する活性なメタロセンを生成させるものであり、各々水素原子、ハロゲン原子、炭化水素基、或いは酸素、窒素、珪素などのヘテロ原子を有していてもよい炭化水素基が例示できる。これらのうち好ましいものは、炭素数1〜10の炭化水素基、或いはハロゲン原子である。
Mは、チタン、ジルコニウム、ハフニウムであり、特に、ジルコニウム、ハフニウムが好ましい。
具体的には、特開平1−301704号公報、特開平4−211694号公報、特開平6−100579号公報、特表2002−535339号公報、特開平6−239914号公報、特開平10−226712号公報、特開平3−193796号公報、特表2001−504824号公報などに記載の遷移金属化合物が好ましく挙げられる。
ヒドロアズレニル基を有する錯体の非限定的な好ましい例として、下記の構造を例示できる。
上記のQ51の具体例としては、メチレン、メチルメチレン、ジメチルメチレン、1,2−エチレン、等のアルキレン基;ジフェニルメチレン等のアリールアルキレン基;シリレン基;メチルシリレン、ジメチルシリレン、ジエチルシリレン、ジ(n−プロピル)シリレン、ジ(i−プロピル)シリレン、ジ(シクロヘキシル)シリレン等のアルキルシリレン基、メチル(フェニル)シリレン等の(アルキル)(アリール)シリレン基;ジフェニルシリレン等のアリールシリレン基;テトラメチルジシリレン等のアルキルオリゴシリレン基;ゲルミレン基;上記の2価の炭素数1〜20の炭化水素基を有するシリレン基のケイ素をゲルマニウムに置換したアルキルゲルミレン基;(アルキル)(アリール)ゲルミレン基;アリールゲルミレン基などを挙げることができる。
これらの中では、炭素数1〜20の炭化水素基を有するシリレン基、または、炭素数1〜20の炭化水素基を有するゲルミレン基が好ましく、アルキルシリレン基、アルキルゲルミレン基が特に好ましい。
さらに、上記M51は、ジルコニウムまたはハフニウムであり、好ましくはジルコニウムである。
但し、煩雑な多数の例示を避けて代表的例示化合物のみ記載した。また、中心金属がジルコニウムの化合物を記載したが、同様のハフニウム化合物も使用可能であり、種々の配位子や架橋結合基あるいは補助配位子を任意に使用しうることは自明である。
(1)ジクロロ{1,1’−ジメチルシリレンビス(2−メチル−4−フェニル−4−ヒドロアズレニル)}ジルコニウム、
(2)ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−メチル−4−(4−クロロフェニル)−4−ヒドロアズレニル}]ジルコニウム、
(3)ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−メチル−4−(4−t−ブチルフェニル)−4−ヒドロアズレニル}]ジルコニウム、
(4)ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−メチル−4−(4−トリメチルシリルフェニル)−4−ヒドロアズレニル}]ジルコニウム、
(5)ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−メチル−4−(3−クロロ−4−t−ブチルフェニル)−4−ヒドロアズレニル}]ジルコニウム、
(6)ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−メチル−4−(3−メチル−4−t−ブチルフェニル)−4−ヒドロアズレニル}]ジルコニウム、
(7)ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−メチル−4−(3−クロロ−4−トリメチルシリルフェニル)−4−ヒドロアズレニル}]ジルコニウム、
(8)ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−メチル−4−(3−メチル−4−トリメチルシリルフェニル)−4−ヒドロアズレニル}]ジルコニウム、
(9)ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−メチル−4−(1−ナフチル)−4−ヒドロアズレニル}]ジルコニウム、
(10)ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−メチル−4−(2−ナフチル)−4−ヒドロアズレニル}]ジルコニウム、
(11)ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−メチル−4−(4−クロロ−2−ナフチル)−4−ヒドロアズレニル}]ジルコニウム、
(12)ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−メチル−4−(2−フルオロ−4−ビフェニリル)−4−ヒドロアズレニル}]ジルコニウム、
(13)ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−メチル−4−(2−クロロ−4−ビフェニリル)−4−ヒドロアズレニル}]ジルコニウム、
(14)ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−メチル−4−(9−フェナントリル)−4−ヒドロアズレニル}]ジルコニウム、
(15)ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−エチル−4−(4−クロロフェニル)−4−ヒドロアズレニル}]ジルコニウム、
(16)ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−n−プロピル−4−(3−クロロ−4−トリメチルシリルフェニル)−4−ヒドロアズレニル}]ジルコニウム、
(17)ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−エチル−4−(3−クロロ−4−t−ブチルフェニル)−4−ヒドロアズレニル}]ジルコニウム、
(18)ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−エチル−4−(3−メチル−4−トリメチルシリルフェニル)−4−ヒドロアズレニル}]ジルコニウム、
(19)ジクロロ[1,1’−ジメチルゲルミレンビス{2−メチル−4−(2−フルオロ−4−ビフェニリル)−4−ヒドロアズレニル}]ジルコニウム、
(20)ジクロロ[1,1’−ジメチルゲルミレンビス{2−メチル−4−(4−t−ブチルフェニル)−4−ヒドロアズレニル}]ジルコニウム、
(21)ジクロロ[1,1’−(9−シラフルオレン−9,9−ジイル)ビス{2−エチル−4−(4−クロロフェニル)−4−ヒドロアズレニル}]ジルコニウム、
(22)ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−エチル−4−(4−クロロ−2−ナフチル)−4−ヒドロアズレニル}]ジルコニウム、
(23)ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−エチル−4−(2−フルオロ−4−ビフェニリル)−4−ヒドロアズレニル}]ジルコニウム、
(24)ジクロロ[1,1’−(9−シラフルオレン−9,9−ジイル)ビス{2−エチル−4−(3,5−ジクロロ−4−トリメチルシリルフェニル)−4−ヒドロアズレニル}]ジルコニウム、などである。
(1)ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−メチル−4−フェニル−インデニル}]ジルコニウム、
(2)ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−エチル−4−フェニル−インデニル}]ジルコニウム、
(3)ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−メチル−2−フリル)−4−フェニル−インデニル}]ジルコニウム、
(4)ジクロロ[1,1’−ジフェニルシリレンビス{2−(5−メチル−2−フリル)−4−フェニル−インデニル}]ジルコニウム、
(5)ジクロロ[1,1’−ジメチルゲルミレンビス{2,5−ジメチル−4−フェニル−インデニル}]ジルコニウム、
(6)ジクロロ[1,1’−ジメチルゲルミレンビス{2,5−ジエチル−4−フェニル−インデニル}]ジルコニウム、
(7)ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−t−ブチル−4−フェニル−インデニル}]ジルコニウム、
(8)ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−トリメチルシリル−4−フェニル−インデニル}]ジルコニウム、
(9)ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−フェニル−4−フェニル−インデニル}]ジルコニウム、
(10)ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(4,5−ジメチル−2−フリル)−4−フェニル−インデニル}]ジルコニウム、などである。
成分(II)としては、上述した成分(II−1)〜成分(II−4)から選ばれる少なくとも1種の固体成分を使用する。
これらの各成分は、公知のものであり、公知技術の中から適宜選択して使用することができる。その具体的な例示や製造方法については、特開2002−284808号公報、特開2002−53609号公報、特開2002−69116号公報などに詳細な例示がある。
ここで、成分(II−1)、成分(II−2)に用いられる微粒子状担体としては、シリカ、アルミナ、マグネシア、シリカアルミナ、シリカマグネシアなどの無機酸化物、塩化マグネシウム、オキシ塩化マグネシウム、塩化アルミニウム、塩化ランタンなどの無機ハロゲン化物、更には、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、スチレンジビニルベンセン共重合体、アクリル酸系共重合体などの多孔質の有機単体を挙げることができる。
また、成分(II−1)、成分(II−2)に用いられる微粒子状担体は、レーザー粒径測定法で測定した平均粒子径が25〜200μmが好ましく、25〜150μmがより好ましい。
成分(II−1)として、メチルアルモキサン、イソブチルアルモキサン、メチルイソブチルアルモキサン、ブチルボロン酸アルミニウムテトライソブチルなどが担持された微粒子状担体が、挙げられ、
成分(II−2)として、トリフェニルボラン、トリス(3,5−ジフルオロフェニル)ボラン、トリス(ペンタフルオロフェニル)ボラン、トリフェニルカルボニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、N,N−ジメチルアニリニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートなどが担持された微粒子状担体が、挙げられ、
成分(II−3)として、アルミナ、シリカアルミナ、塩化マグネシウム、フッ素化合物処理した後に、か焼したシリカアルミナ、ペンタフルオロフェノールとジエチル亜鉛などの有機金属化合物を反応させ、更に水と反応後、同生成物を担持したシリカなどが、挙げられ、
成分(II−4)として、モンモリロナイト、ザコウナイト、バイデライト、ノントロナイト、サポナイト、ヘクトライト、スチーブンサイト、ベントナイト、テニオライトなどのスメクタイト族、バーミキュライト族、雲母族などが挙げられる。これらは、混合層を形成しているものでもよい。
上記成分(II)の中で、特に好ましいものは、成分(II−4)のイオン交換性層状珪酸塩であり、更に好ましい物は、酸処理、アルカリ処理、塩処理、有機物処理などの化学処理が施されたイオン交換性層状珪酸塩である。
必要に応じて用いられる成分(III)の有機アルミニウム化合物の例は、次式で示される。
一般式:AlRaX3−a
(式中、Rは、炭素数1〜20の炭化水素基であり、Xは、水素原子、ハロゲンまたはアルコキシ基であり、aは、0<a≦3の数である。)
また、この他に、メチルアルミノキサンなどのアルミノキサン類なども使用できる。これらのうち、特にトリアルキルアルミニウムが好ましい。
成分(I)、成分(II)及び必要に応じて成分(III)を接触させて、触媒とする。その接触方法は、特に限定されないが、以下のような順序で、接触させることができる。また、この接触は、触媒調製時だけでなく、オレフィンによる予備重合時又はオレフィンの重合時に行ってもよい。
(i)成分(I)と成分(II)を接触させる。
(ii)成分(I)と成分(II)を接触させた後に、成分(III)を添加する。
(iii)成分(I)と成分(IIIを接触させた後に、成分(II)を添加する。
(iv)成分(II)と成分(III)を接触させた後に、成分(I)を添加する。
(v)三成分を同時に接触させる。
本発明で用いる触媒は、予めオレフィンを接触させて少量重合されることからなる予備重合処理に付すことが好ましい。使用するオレフィンは、特に限定はないが、エチレン、プロピレン、1−ブテン、1−ヘキセン、1−オクテン、4−メチル−1−ペンテン、3−メチル−1−ブテン、ビニルシクロアルカン、スチレンなどを使用することが可能であり、これらは単独のみならず、他のα−オレフィンとの2種以上の混合物であってもよい。中でもプロピレンを使用することが特に好ましい。
オレフィンの供給方法は、オレフィンを反応槽に定速的に或いは定圧状態になるように維持する供給方法やその組み合わせ、段階的な変化をさせるなど、任意の方法が可能である。
また、予備重合量は、予備重合ポリマー量が成分(II)に対し、好ましくは0.01〜100、更に好ましくは0.1〜50である。
予備重合処理は、一般的に撹拌下に行うことが好ましく、そのとき不活性溶媒を存在させることもできる。予備重合処理に用いられる不活性溶媒は、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン、ドデカン及び流動パラフィンなどの液状飽和炭化水素やジメチルポリシロキサンの構造を持ったシリコンオイルなど重合反応に著しく影響を及ぼさない不活性溶媒である。これらの不活性溶媒は、1種の単独溶媒又は2種以上の混合溶媒のいずれでもよい。これらの不活性溶媒の使用に際しては、重合に悪影響を及ぼす水分やイオウ化合物等の不純物を取り除いた後で使用することが好ましい。
また、予備重合処理は、複数回行ってもよく、この際用いるモノマーは、同一であっても異なっていてもよい。また、予備重合処理後にヘキサン、ヘプタンなどの不活性溶媒で洗浄を行うこともできる。
予備重合を終了した後に、触媒の使用形態に応じ、そのまま使用することが可能であるが、必要ならば乾燥を行うことも可能である。
更に、上記各成分の接触の際、若しくは接触の後に、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレンなどの重合体やシリカ、チタニアなどの無機酸化物固体から選ばれる触媒の流動性改質剤などを共存させることも可能である。
(1)重合形式
重合形式は、それぞれ第1工程、第2工程とも回分法、及び連続法どちらの方式も採用できるが、製造コストなどを考慮した工業的な生産という観点からは、第1工程を行う反応器に、連続的或いは間欠的に触媒を導入し、かつ、第1工程から第2工程に連続的或いは間欠的に、ポリマーを移送し、そして、第2工程から連続的或いは間欠的にポリマーを抜き出す連続法を採用する方が好ましい。本発明においては、第1工程と第2工程からなる2段重合が行われるが、場合によっては、それぞれの工程を更に分割することができる。生産効率の観点から、第1工程と第2工程からなる2段重合が好ましい。
本発明では、第1工程部分を、不活性溶媒中で重合を行ういわゆるスラリー重合で行う場合に、成分(A)の融点が比較的低いと、溶媒中への溶出成分量が多くなってしまうため、工業的に安定な製造が困難になる。また、溶出成分の分離・回収操作も、必要となるため、製造コストが上昇し、工業的な生産には適さない。また、第1工程部分を液体プロピレン中で重合を行ういわゆるバルク重合で行うと、低融点ポリマー製造時には、ポリマーの溶解が懸念されるため、工業的なレベルまで重合温度を上げることができない、更に活性の制御が難しいため、第1工程での触媒効率が高くなり過ぎる懸念がある。このため、第2工程で生成される成分(B)の割合の高いプロピレン−エチレンランダムブロック共重合体の製造ができなくなってしまう。
このような観点から、本発明では、第1工程を気相重合で行うことが最も好ましい。
このことから、本発明の成分(B)の製造においては、気相重合法が好ましく、特に、本発明のような成分(B)の割合が多いポリマーを製造するには、気相重合法が好ましい。さらに好ましくは、機械的な攪拌を伴う気相重合法を用いるのが望ましい。
本発明においては、機械的な攪拌を伴う気相重合プロセスであれば、反応器の形態に制限はなく、縦型反応器でも横型反応器でも、或いはその他の形態でも使用することができる。より好ましくは、攪拌装置が水平方向の撹拌軸を有する横型反応器である。
横型反応器の上流末端へ供給される触媒粒子は、重合反応により、ポリマー粒子へと徐々に成長していく。横型反応器で重合を行う場合、重合によるポリプロピレンの生成と機械的な撹拌の2つの力により、これらの粒子は、徐々に成長しながら、反応器の軸方向に沿って進んでいく。そのため、反応器の上流末端から下流末端に向かって、成長度すなわち滞留時間の揃った粒子が経時的に並ぶことになる。
かくして、横型反応器では、フローパターンがピストンフロー型となり、完全混合槽を数台直列に並べた場合と同程度に、滞留時間分布を狭くする効果がある。これは、その他の重合反応器には見られない優れた特徴であり、単一の反応器で2個、3個又はそれ以上の反応器と同等な固体混合度を容易に達成することができる点で、経済的に有利である。
気相重合において、重合熱の除熱方式に、特に制限はなく、冷却ガス、液化プロピレンの気化熱による除熱、また、それ以外の形態でも使用できる。
より好ましくは、液化プロピレンを用いた除熱方式が望ましい。液化プロピレンは、パウダーへ含浸するため、パウダー粒子内でも除熱効果が得られ、パウダーの性状維持に大きく寄与する。この効果により、液化プロピレンの気化熱による除熱方式は、プロピレン−エチレンランダムブロック共重合体の製造範囲の拡大に、非常に有効である。
第1工程は、反応器上流部分より、メタロセン系触媒をフィードし、反応器の気相部を、プロピレン、エチレンガスにて満たし、攪拌翼によってパウダー相を攪拌混合させて、プロピレンとエチレンを共重合させて、成分(A)を製造する工程である。
第1工程における重合温度T1においては、特開2011−148980と同様の条件にて、実施できる。
触媒供給部の温度(Tx)と反応器内の混合ガスの露点(Tz)との温度差ΔT1(℃)(=Tx−Tz)が0℃以上5℃以下、好ましくは1℃以上3℃以下となるように、重合反応を行う。
上記の温度差で重合反応を行うと、露点に対して、重合温度が高くなり過ぎて、触媒供給部のパウダー層の除熱に使用される液化プロピレンの量が少なくなり、触媒濃度が高く、発熱量が大きな触媒供給部では、除熱不足から局部発熱により、生成ポリマーの融解などが発生し、塊状ポリマーが生成してしまうことを、防止できる。また、急激な反応によりパウダーモルフォロジーが悪化し、撹拌及びガスの流動化による粉砕が生じやすくなること、特に撹拌時にパウダーの粉砕による微粉発生が多くなることを、防止できる。
滞留時間は、重合槽の構成や製品インデックスに合わせて、任意に調整することができる。一般には、30分〜10時間の範囲内で設定される。滞留時間の下限は、30分以上、好ましくは1時間以上、更に好ましくは2時間以上、一方、滞留時間の上限は、10時間以下、好ましくは8時間以下、更に好ましくは6時間以下である。
そこで水素は、プロピレンに対するモル比で、1.0×10−5以上で用いるのがよく、好ましくは1.0×10−4以上用いるのがよい。また、上限に関しては、1.0×10−1以下で用いるのがよく、好ましくは1.0×10−2以下である。
上記範囲以下だと、水素濃度が低すぎて、測定が困難である。本明細書記載の触媒では、水素濃度の上昇とともに、触媒活性が高くなる。上記範囲以上では、活性が高くなりすぎるため、重合熱の除去が追い付かず、パウダー強度が低下し、多量の微粉を発生させる恐れがある。
重合槽に供給するプロピレンとエチレンの量比と、得られるプロピレン−エチレンランダム共重合体中のエチレン含有量の関係は、使用するメタロセン触媒の種類によって異なるが、適宜、供給量モル比を調整することによって、任意のエチレン含有量[E]Aを有する成分(A)を製造することができる。例えば、[E]Aを1〜6wt%に制御する場合には、プロピレンに対するエチレンの供給モル比を0.001〜0.3の範囲に、好ましくは0.025〜0.25の範囲とすれば良い。
本明細書記載の触媒では、エチレン濃度の上昇とともに、触媒活性が高くなり、重合ポリマーのTmが低くなる。上記範囲以下だと、エチレン濃度が低すぎて、触媒活性が著しく低下し、経済性が低下する。また、上記範囲以上では、活性が高くなりすぎるため、重合熱の除去が追い付かず、パウダーが溶融し、塊を発生する恐れがある。
本発明における、第2工程の重合温度は、好ましくは40℃以上、より好ましくは50℃以上、さらに好ましくは55℃以上、一方、重合温度の上限は、85℃以下、より好ましくは80℃以下、さらに好ましくは75℃以下である。上記の範囲以下となると、重合速度が著しく低下するため、生産性が悪化する。上記の範囲以上となると、重合温度が高くなることで、成分(B)が重合パウダーの表面にブリードしやすくなり、重合パウダーの付着性が高くなるためと、考えられる。そのため、重合パウダー相互や攪拌翼、反応器の壁面へ付着し易くなり、撹拌挙動が異常な状態となる。更には、貯蔵タンクや輸送配管で付着すると、閉塞が生じ、運転の継続が困難となる。
第2工程の重合圧力は、第2工程での必要触媒活性を得ることができれば、特に限定はされないが、通常、0.5MPa以上、好ましくは1MPa以上、より好ましくは1.5MPa以上、また、5MPa以下、好ましくは4MPa以下、より好ましくは3MPa以下である。前記の電子供与化合物を共存させる場合は、プロピレンが液化しない範囲で、触媒活性を高くする充分に高い圧力に、設定することが好ましい。
第1工程と同様に、滞留時間は、重合槽の構成や製品インデックスに合わせて、任意に調整することができる。一般的には、滞留時間は、30分以上、好ましくは1時間以上、更に好ましくは2時間以上、また、5時間以下、好ましくは4時間以下である。
また、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、アセトン又は酢酸メチルなどの分子量の大きい電子供与体化合物(電子供与性化合物)を用いてもよい。これらの供給量(フィード量)は、段落[0093]に記載のとおりである。
その他にも、第2工程の滞留時間の制御、モノマー圧力制御によっても、重合活性を制御できる。しかし、活性抑制剤を用いる方法が、制御方法として一番簡便である。
そこで水素は、エチレンに対するモル比で、5.0×10−4以上で用いるのがよく、好ましくは1.0×10−2以上用いるのがよい。また、上限に関しては、1.0×10−3以下で用いるのがよく、好ましくは2.0×10−3以下である。
上記範囲以下だと、水素濃度が低すぎて、測定が困難である。本明細書記載の触媒では、水素濃度の上昇とともに、触媒活性が高くなる。また、上記範囲以上では、活性が高くなりすぎるため、重合熱の除去が追い付かず、非晶成分のブリードを冗長する恐れがある。
本明細書記載の触媒では、エチレン濃度の上昇とともに触媒活性が高くなり、重合ポリマーのTmが低くなる。上記範囲以下だと、エチレン濃度が低すぎて、触媒活性が著しく低下し、成分(B)を十分な割合得ることができない。上記範囲以上では、活性が高くなりすぎるため、重合熱の除去が追い付かず、パウダーが溶融し、塊を発生する恐れがある。
安定な運転性を維持できる重合パウダーBDは、0.40g/ml以上であり、更に、好ましくは0.44g/ml以上、また、0.55g/ml以下、好ましくは0.50g/ml以下である。0.39g/ml以下となると、流動性低下による、攪拌不良、輸送時の配管閉塞が生じるため、運転継続が困難となる。また、0.56g/ml以上となると、同じ保有レベルであっても、保有重量が増加するため、攪拌動力が著しく増加する。
本発明のプロピレン−エチレンランダムブロック共重合体は、射出成形に適した高い流動性を有し、柔軟性に優れるという特徴をもつため、各種容器、各種成形品などに好適に使用される。
また、各種容器として用いられる場合には、ブリードによる内容物汚染が非常に少なく、食品や医療及び産業用の各分野に好適である。
成形品としても、ブリードによる経時の外観悪化がなく、好適に用いることができる。
容器成形としては、熱圧成形、圧空成形、真空成形、真空圧空成形、射出成形などを用いることができる。
成形品を得るためには、通常の射出成形はもちろん、インサート成形、サンドイッチ成形、ガスアシスト成形などを行うことができるし、プレス成形、スタンピングモールド、回転成形などを利用することもできる。
これらの成形体は、耐熱性を有するため、熱水による殺菌や比較的高い温度での使用に好適であり、単に変形を生じないだけでなく、熱を加えた際にブリードアウトによる外観悪化が生じないという特徴をも有する。
なお、以下の触媒合成工程及び重合工程は、全て精製窒素雰囲気下で行った。また、溶媒は、モレキュラーシーブMS−4Aで脱水したものを用いた。
先ず、各物性値の測定方法と装置、及び使用した触媒の製造例を具体的に示す。
(1)メルトフローレート(MFR、単位:g/10分):
プロピレン−エチレン共重合体は、JIS K6758により、230℃、2.16kg荷重で測定したメルトインデックス値を示す。
(2)分子量分布Mw/Mn:
前述した方法に従って、GPC測定により求めた。
(3)融点(Tm、単位:℃):
示差操作熱量計(DSC)を用い、一旦200℃まで温度を上げて熱履歴を消去した後、10℃/分の降温速度で40℃まで温度を降下させ、再び昇温速度10℃/分にて測定した際の、吸熱ピークトップの温度を融点(Tm)とした。
(4)エチレン含量、昇温溶出分別における60℃以下に溶出する成分の割合:
プロピレン−エチレンランダムブロック共重合体、及び各成分の分析は、前述した方法に従って、求めた。
<試験片作製>
下記の要領で試験片を作製した。
・成形機:東芝機械社製IS170型射出成形機。
・金型:外観評価用平板状試験片(150×150×3t(mm))、表面は、皮革調のシボ加工品。
・成形条件:成形温度220℃、金型温度40℃、射出圧力50MPa、充填時間5秒、保圧時間10秒、冷却時間20秒。
・試験片:前記耐油性評価用と同一方法で得られた試験片で、シボ加工を施していない裏面(鏡面)を使用。
・送風定温乾燥器:ヤマト科学社製DK340S。
・耐高温ベタツキ性の試験・判定:
試験片を2枚用意して、鏡面同士を静かに重ね合わせた状態で、80℃設定の上記乾燥器中に30分静置した後に、乾燥器から取り出して、2枚の試験片の剥がれ具合を、以下の基準で判定する。この場合、「○」と「△」が良好で実用的である。
○:試験片同士の密着は殆ど無く、手ですぐに剥がせる。
△:試験片同士が密着しているが、手で剥がせる。
×:試験片同士が強く密着していて、手で剥がせない。
(1)珪酸塩の化学処理:
10リットルの撹拌翼の付いたガラス製セパラブルフラスコに、蒸留水3.75リットル、続いて濃硫酸(96%)2.5kgをゆっくりと添加した。50℃で、更にモンモリロナイト(水澤化学社製ベンクレイSL;平均粒径=50μm)を1kg分散させ、90℃に昇温し、6.5時間その温度を維持した。50℃まで冷却後、このスラリーを減圧濾過し、ケーキを回収した。このケーキに蒸留水を7リットル加え再スラリー化後、濾過した。この洗浄操作を、洗浄液(濾液)のpHが、3.5を越えるまで実施した。回収したケーキを窒素雰囲気下110℃で終夜乾燥した。乾燥後の重量は707gであった。化学処理した珪酸塩をキルン乾燥機で乾燥した。
内容積3リットルの撹拌翼のついたガラス製反応器に上記で得た乾燥珪酸塩200gを導入し、混合ヘプタン1,160ml、更にトリエチルアルミニウムのヘプタン溶液(0.60M)840mlを加え、室温で撹拌した。1時間後、混合ヘプタンにて洗浄し、珪酸塩スラリーを2.0リットルに調製した。
次に、調製した珪酸塩スラリーにトリイソブチルアルミニウムのヘプタン溶液(0.71M/L)9.6mlを添加し、25℃で1時間反応させた。並行して、〔(r)−ジクロロ[1,1´−ジメチルシリレンビス{2−メチル−4−(4−クロロフェニル)−4H−アズレニル}]ジルコニウム〕(合成は、特開平10−226712号公報実施例に従って実施した)2,180mg(3mmol)と混合ヘプタン870mlに、トリイソブチルアルミニウムのヘプタン溶液(0.71M)を33.1ml加えて、室温にて1時間反応させた混合物を、珪酸塩スラリーに加え、1時間撹拌した。
続いて、窒素で充分置換を行った内容積10リットルの撹拌式オートクレーブに、n−ヘプタン2.1リットルを導入し、40℃に保持した。そこに先に調製した触媒スラリーを導入した。温度が40℃に安定したところでプロピレンを100g/時間の速度で供給し、温度を維持した。4時間後プロピレンの供給を停止し、更に2時間維持した。予備重合終了後、残モノマーをパージし、撹拌を停止させ約10分間静置後、上澄み約3リットルをデカントした。続いてトリイソブチルアルミニウム(0.71M/L)のヘプタン溶液9.5ml、更に混合ヘプタンを5.6リットル添加し、40℃で30分間撹拌し、10分間静置した後に、上澄みを5.6リットル除いた。更にこの操作を3回繰り返した。最後の上澄み液の成分分析を実施したところ有機アルミニウム成分の濃度は、1.23ミリモル/L、Zr濃度は8.6×10−6g/Lであり、仕込み量に対する上澄み液中の存在量は0.016%であった。続いて、トリイソブチルアルミニウム(0.71M/L)のヘプタン溶液17.0mlを添加した後に、45℃で減圧乾燥した。
この操作により、触媒1g当たりポリプロピレン2.1gを含む予備重合触媒が得られた。
[実施例1]
(1)第1重合工程
図1は、実施例で用いた重合装置のフローシートである。攪拌羽根を有する横型重合器5(L/D=5.2、内容積:50m3)に、予め保有量45vol%になるようにベットポリマー量を制御し、反応温度は、触媒がフィードされるリアクター上流部分を59℃、パウダー抜出される部分を65℃と設定し、その間の温度を63℃と設定した。反応圧力2.05MPaG、攪拌速度19.5rpmの条件を維持しながら、配管2から反応器の気相部ガス組成がエチレン/プロピレン=0.06になるように混合ガスを連続的に供給し、更に反応器の気相中の水素濃度を水素/プロピレン=0.001モル比に維持するように水素ガスを連続的に供給して、予備重合処理した上記触媒を0.56kg/h、有機アルミニウム化合物としてトリイソブチルアルミニウムを1kg/h一定となるように配管1より供給した。生成ポリマーすなわちプロピレン−エチレンランダム共重合体成分(A)の分子量(MFR)を調整した。
攪拌羽根を有する横型重合器11(L/D=5.2、内容積:50m3)に、第1重合工程からのプロピレン−エチレンランダム共重合体成分(A)を配管8から間欠的にそれぞれ供給し、プロピレンとエチレンの共重合を行った。反応条件は、攪拌速度18rpm、反応温度70℃、反応圧力1.95MPaGであり、気相中のガス組成エチレン/プロピレン=0.38、水素/エチレン=0.0012モル比となるように調整した。反応器中の未反応ガスは、未反応ガス抜き出し配管13から抜き出され、循環経路を通して、原料循環ガス供給配管15から再供給される。プロピレン−エチレンランダム共重合体成分(B)の重合量を調整するための重合活性抑制剤として、酸素/窒素混合ガス(酸素濃度21wt%)を配管12より110L/hで供給した。
第2重合工程で生成されたプロピレン−エチレンランダムブロック共重合体は、重合体の保有レベルが反応容積の55vol%となるように、配管18を通して重合器11から間欠的に抜き出した。このとき、重合されたプロピレン−エチレンランダムブロック共重合体の一部を抜き出して、MFR、ポリマー嵩密度、ゴム部含有量、ゴム中のエチレン含量、活性(触媒単位重量当りの重合体収量)を求める試料とした。このとき、プロピレン−エチレンランダムブロック共重合体の生産量は、6.0t/hであった。
上記で得られたプロピレン−エチレンランダムブロック共重合体の分析値、ブリードアウト評価結果は、表3にまとめて示す。
実施例1において、第2重合工程のエチレン/プロピレン=0.47モル比、重合温度70℃に、設定した以外は、実施例1と同条件で運転した。また、物性値などの評価結果を表3に示す。
実施例1において、第1重合工程については、重合圧力を2.25MPaG、水素/プロピレン=0.00015モル比とし、それ以外は、実施例1と同条件で運転した。また、第2重合工程についても、重合圧力を2.20MPaG、水素/エチレン=0.0010、エチレン/プロピレン=0.32モル比、酸素/窒素混合ガス(酸素濃度21wt%)を50NL/hにした以外は、実施例1と同条件で運転した。また、物性値などの評価結果を表3に示す。
得られたプロピレン−エチレンランダムブロック共重合体は、MFRが低く、射出成形には適さないうえ、ブリードアウトも悪かった。
実施例1において、第1重合工程については、水素/プロピレン=0.0014モル比にした以外は、実施例1と同条件で運転した。また、第2重合工程についても、水素/エチレン=0.0001モル比、酸素/窒素混合ガス(酸素濃度4.5wt%)を5NL/h以外は、実施例1と同条件で運転した。また、物性値などの評価結果を表3に示す。
得られたプロピレン−エチレンランダムブロック共重合体は、MFRが高く、射出成形には適するものの、ブリードアウトが悪かった。
比較例1において、第1重合工程については、水素/プロピレン=0.00016モルとし、それ比以外は、比較例1と同条件で運転した。また、第2重合工程についても、水素/エチレン=0.0012、エチレン/プロピレン=0.36モル比、酸素/窒素混合ガス(酸素濃度21wt%)を30NL/hにした以外は、比較例1と同条件で運転した。また、物性値などの評価結果を表3に示す。
得られたプロピレン−エチレンランダムブロック共重合体は、MFRが低く、射出成形には適さないうえ、ブリードアウトも悪かった。
表3から、実施例1、2は、本発明の第1の発明における構成の要件(発明の特定事項)に関して、メタロセン系触媒を用いるプロピレン−エチレンブロック共重合体の多段重合において、ブロック共重合体のMFR、成分(A)(B)の重量割合、成分(B)中のエチレン含量を満たしている。
したがって、各実施例においては、ブロック共重合体のMFRが高く、射出成形性に優れていることが明確にされ、さらに、低ブリードアウトに優れていることが明示されている。
一方、比較例1、3は、重合体のMFRが低過ぎ、射出成形性に劣り、さらに成分(B)の重合量が30wt%以上であるため、ブリードアウトも悪い。また、比較例2は、MFRが高いものの、成分(B)の重合量が30wt%以上になっているため、ブリードアウトが悪い。
以上の各データ結果と考察によって、本発明の構成要件の合理性と有意性が実証され、本発明が従来技術に比べて、顕著な卓越性を有していることが明確にされているといえる。
2、15 原料循環ガス供給配管
3、14 原料プロピレン補給配管
4、13 未反応ガス抜出し配管
5,11 重合器
6 反応器下流末端
7 ガス遮断槽
8 反応器上流末端
9、16 熱交換器
10.17 循環ガスコンプレッサー
12 活性抑制剤フィードライン
18 重合体抜出し配管
Claims (7)
- メタロセン触媒を用いて、多段重合することで得られ、MFR(温度230℃、荷重2.16kg)が30〜200g/10分のプロピレン−エチレンランダムブロック共重合体であって、
60℃のオルトジクロロベンゼンに不溶である結晶性共重合体成分(A)が70〜90重量%と、60℃のオルトジクロロベンゼンに溶解する低結晶性共重合体成分(B)が10〜30重量%からなり、及び
該結晶性共重合体成分(A)及び低結晶性共重合体成分(B)が以下の特性を有することを特徴とするプロピレン−エチレンランダムブロック共重合体。
(A)結晶性共重合体成分;
(A−1)メルトフローレート(MFR−A)が50g/10分以上、200g/10分未満であり、
(A−2)示差熱走査熱量測定(DSC)で測定する融点(Tm)が105〜140℃であり、
(A−3)昇温溶出分別における60℃以下に溶出する成分が1.0重量%以下であり、及び
(A−4)GPCで測定する重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)の比(Mw/Mn)が2.2〜4.0の範囲にある。
(B)低結晶性共重合体成分;
(B−1)メルトフローレート(MFR−B)が3〜20g/10分であり(但し、MFR−Bは、対数加性式より算出した値である。)、及び
(B−2)示差熱走査熱量測定(DSC)で測定する融点(Tm)が30℃以上、70℃未満である。 - 前記結晶性共重合体成分(A)は、さらに、下記特性(A−5)を満たすことを特徴とする請求項1に記載のプロピレン−エチレンランダムブロック共重合体。
(A−5)共重合体中のエチレン含量が1〜6重量%である。 - 前記低結晶性共重合体成分(B)は、さらに、下記特性(B−3)を満たすことを特徴とする請求項1又は2に記載のプロピレン−エチレンランダムブロック共重合体。
(B−3)共重合体中のエチレン含量が11〜20重量%である。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載のプロピレン−エチレンランダムブロック共重合体の製造方法であって、
第1工程で前記結晶性共重合体成分(A)を気相重合法で製造し、引き続き、第2工程で前記低結晶性共重合体成分(B)を気相重合法で製造することを特徴とするプロピレン−エチレンランダムブロック共重合体の製造方法。 - 前記第1工程および第2工程を、攪拌装置を有する反応器で行うことを特徴とする請求項4に記載のプロピレン−エチレンランダムブロック共重合体の製造方法。
- 前記撹拌装置が水平方向の撹拌軸を有することを特徴とする請求項5に記載のプロピレン−エチレンランダムブロック共重合体の製造方法。
- 前記気相重合法において、液化プロピレンの気化熱により重合熱の除去が行われることを特徴とする請求項4〜6のいずれか1項に記載のプロピレン−エチレンランダムブロック共重合体の製造方法。
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