CN116891602A - 超高分子量聚乙烯粉末和成型体 - Google Patents

超高分子量聚乙烯粉末和成型体 Download PDF

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Abstract

本发明涉及超高分子量聚乙烯粉末和成型体。本发明的目的在于提供一种通过在粉末中心部具有空隙部而成型加工性优异的超高分子量聚乙烯粉末以及通过将该超高分子量聚乙烯粉末成型而得到的高品质的成型体(例如,二次电池用隔膜和纤维)。一种超高分子量聚乙烯粉末,其中,所述超高分子量聚乙烯粉末的特性粘度IV为1.0dL/g以上且33.0dL/g以下,并且利用特定方法求出的粉末内部的规定空隙的比例为5%以上。

Description

超高分子量聚乙烯粉末和成型体
技术领域
本发明涉及超高分子量聚乙烯粉末和成型体。
背景技术
聚乙烯被用于膜、片、微孔膜、纤维、发泡体、管等各种各样的用途。使用聚乙烯的理由是因为容易进行熔融加工,并且所得到的成型体的机械强度高、耐化学品性、刚性等也优异。其中,超高分子量聚乙烯由于分子量大,因此机械强度更高,滑动性和耐磨性优异,并且化学稳定性和长期可靠性也优异。
然而,超高分子量聚乙烯即使在熔点以上的温度下使其熔融,流动性也低,因此应用如下方法:将聚乙烯粉末在加热下进行压缩成型,然后进行切削的压缩成型法;将聚乙烯粉末溶解于液体石蜡等溶剂中,然后进行拉伸,并除去溶剂,由此成型为片状或丝状的成型方法;等。
超高分子量聚乙烯以粉末状进行成型,但是与颗粒相比,粉末的表面积较大,并且在粉末中具有微细的孔。
关于聚乙烯粉末的孔状态,例如在专利文献1中公开了如下聚乙烯粉末:通过将利用BET法求出的比表面积和利用压汞法求出的孔体积调节至适当的范围内,聚乙烯粉末迅速地溶解在溶剂中,并且能够得到未溶解物产生少的成型体。
另外,例如在专利文献2中公开了如下聚乙烯类粉末:通过将利用压汞法测定的孔的中值直径与众数直径之比调节至适当的范围内,能够得到未溶解物产生少的成型体。
另外,近年来,提出了成型加工性优异、能够得到高品质的成型体的聚乙烯粉末。
例如在专利文献3中公开了如下聚乙烯类粉末:通过对聚乙烯粉末同时赋予规定的粒度分布和规定的溶胀倍数,从而具有优异的溶解性,能够提高加工成型(特别是湿式挤出成型)中的生产率和产品的品质。
另外,例如在专利文献4中公开了如下聚乙烯类聚合物粉末:通过将特性粘度IV、以及Al、Mg和Si的含量控制在特定的范围内,从而在提高耐氧化性的同时,有效地提高薄膜的膜均匀性、平滑性。
另外,例如在专利文献5中公开了如下乙烯类聚合物:通过含有满足特定条件的非磁性物质,从而在进行加工拉伸时,乙烯类聚合物的缠结少,在制成高强度纤维的情况下,低温抗拉强度优异,另外,在制成微孔膜的情况下,膜收缩率和低温穿刺强度优异。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2017-088773号公报
专利文献2:日本特开2017-145306号公报
专利文献3:日本特开2019-019265号公报
专利文献4:日本特开2019-070117号公报
专利文献5:日本特开2019-123777号公报
发明内容
发明所要解决的问题
如上所述,与颗粒相比,超高分子量聚乙烯粉末的表面积较大,并且在粉末中具有微细的孔。因此,在加热期间粉末的形状、表面状态、结晶状态、孔状态等会发生变化,因此在将超高分子量聚乙烯粉末成型时,要求调节至适当的温度后进行熔化、压缩等加工。在对超高分子量聚乙烯粉末进行压缩成型的情况下,如果压缩前的预热温度不适当,则具有在成型体中残留气泡、或者在成型体中残留应变从而在冷却后发生变形的倾向。
关于专利文献1中记载的聚乙烯粉末,仅调节了作为粉末特性的比表面积和孔体积,实际上在进行熔化或熔融的温度下粉末的特性变化很大,对于成型加工性有改善的余地。
另外,关于专利文献2中记载的聚乙烯类粉末,也仅规定了粉末的孔径,在被加热的过程中孔径变化很大,因此对于成型加工性有改善的余地,有时难以得到均匀的成型体。
另一方面,关于专利文献3~5中记载的聚乙烯粉末,虽然成型加工性比较优异,但是未对在短时间内得到均匀的凝胶进行研究,对于成型加工性和成型体的品质有改善的余地。
本发明是鉴于上述情况而完成的,其目的在于提供超高分子量聚乙烯粉末,其中,所述超高分子量聚乙烯粉末能够大幅缩短在将超高分子量聚乙烯粉末用于制作成型体时的混炼时间,能够在短时间内制作均匀的凝胶,并且通过制作高聚合物浓度的凝胶,从而成型加工性优异;以及提供通过将该超高分子量聚乙烯粉末成型而得到的高品质的成型体(例如,膜厚不均和穿刺强度优异的二次电池用隔膜以及丝径不均和高速卷取性优异的纤维)。
用于解决问题的手段
本发明人为了解决上述问题而进行了深入研究,结果发现:特别是,通过控制超高分子量聚乙烯粉末中的空隙率(在粉末的规定面积中空隙部所占的面积的比例),能够解决上述问题,从而完成了本发明。
即,本发明如下所示。
[1]
一种超高分子量聚乙烯粉末,其中,所述超高分子量聚乙烯粉末的特性粘度IV为1.0dL/g以上且33.0dL/g以下,
在所述超高分子量聚乙烯粉末的内部具有空隙部,并且
在所述粉末的截面结构中,相对于截面面积A,所述空隙部占有的面积的比例为5%以上,
所述截面结构为所述粉末中的粒径属于平均粒径D50±5μm的范围的粉末P的截面结构,
所述截面面积A为以所述粉末P外切的四边形的对角线的交点为中心的20μm×20μm见方的面积。
[2]
根据[1]所述的超高分子量聚乙烯粉末,其中,相对于所述超高分子量聚乙烯粉末的总量,粒径为300μm以上的超高分子量聚乙烯粉末所占的比例为10质量%以下,
相对于所述超高分子量聚乙烯粉末的总量,粒径小于53μm的超高分子量聚乙烯粉末所占的比例为20质量%以下,
[3]
根据[1]或[2]所述的超高分子量聚乙烯粉末,其中,所述超高分子量聚乙烯粉末的结晶度为70%以上且85%以下。
[4]
根据[1]~[3]中任一项所述的超高分子量聚乙烯粉末,其中,所述超高分子量聚乙烯粉末的表观密度为0.45g/cm3以下、
[5]
根据[1]~[4]中任一项所述的超高分子量聚乙烯粉末,其中,所述超高分子量聚乙烯粉末中的钛含量为10ppm以下。
[6]
根据[1]~[5]中任一项所述的超高分子量聚乙烯粉末,其中,所述超高分子量聚乙烯粉末中的钛含量为3ppm以下。
[7]
一种成型体,其中,所述成型体通过将[1]~[6]中任一项所述的超高分子量聚乙烯粉末成型而得到。
[8]
根据[7]所述的成型体,其中,所述成型体为二次电池用隔膜。
[9]
根据[7]所述的成型体,其中,所述成型体为纤维。
发明效果
根据本发明,超高分子量聚乙烯粉末具有规定的特性粘度IV并且在上述粉末的内部具有规定的空隙部,从而成型加工性优异,并且能够得到高品质的成型体(例如,二次电池用隔膜和纤维)。
具体实施方式
以下,对用于实施本发明的方式(以下也称为“本实施方式”)详细地进行说明。需要说明的是,本发明并不限于本实施方式,能够在不脱离其主旨的范围内进行各种变形后实施。
[超高分子量聚乙烯粉末]
本实施方式的超高分子量聚乙烯粉末(以下也简称为“粉末”或“聚合物”)的特性粘度IV为1.0dL/g以上且33.0dL/g以下,优选为1.5dL/g以上且31.0dL/g以下,更优选为2.4dL/g以上且29.0dL/g以下。
本实施方式的超高分子量聚乙烯粉末通过特性粘度IV为上述下限值以上,强度进一步提高,另外,通过特性粘度IV为上述上限值以下,成型加工性进一步提高。
另外,对于本实施方式的超高分子量聚乙烯粉末,虽然没有特别限制,但是例如在用于二次电池用隔膜成型体的情况下,特性粘度IV优选为1.0dL/g以上且13.0dL/g以下,更优选为1.5dL/g以上且11.5dL/g以下,进一步优选为2.4dL/g以上且9.5dL/g以下。通过将特性粘度IV在上述范围内的超高分子量聚乙烯粉末成型而得到的二次电池用隔膜具有膜强度和热收缩性等优异的倾向。
另外,对于本实施方式的超高分子量聚乙烯粉末,虽然没有特别限制,但是例如在用于纤维成型体的情况下,特性粘度IV优选为13.5dL/g以上且33.0dL/g以下,更优选为15.0dL/g以上且31.0dL/g以下,进一步优选为16.5dL/g以上且29.0dL/g以下。通过将特性粘度IV在上述范围内的超高分子量聚乙烯粉末成型(例如,通常的成型或在低温下事先进行了溶胀的情况下的成型)而得到的纤维具有丝强度等优异的倾向。
作为将特性粘度IV控制在上述范围内的方法,没有特别限制,例如可举出:改变在将乙烯均聚时或将乙烯与可共聚的除乙烯以外的烯烃等共聚时的反应器的聚合温度的方法。聚合温度越高,特性粘度IV趋于越低,聚合温度越低,特性粘度IV趋于越高。另外,作为将特性粘度IV控制在上述范围内的其他方法,没有特别限制,例如可举出:改变作为在将乙烯均聚时或将乙烯与可共聚的除乙烯以外的烯烃等共聚时使用的助催化剂的有机金属化合物种类的方法。此外,作为将特性粘度IV控制在上述范围内的其他方法,没有特别限制,例如可举出:在将乙烯均聚时或将乙烯与可共聚的除乙烯以外的烯烃等共聚时添加链转移剂。通过添加链转移剂,具有即使在相同的聚合温度下,生成的超高分子量聚乙烯的特性粘度IV也变低的倾向。
需要说明的是,本实施方式中,对于特性粘度IV,没有特别限制,例如能够通过后述的实施例中记载的方法求出。
本实施方式的超高分子量聚乙烯粉末优选为包含乙烯均聚物和/或乙烯与能够与乙烯共聚的除乙烯以外的烯烃(以下也称为“共聚单体”)的共聚物(以下也称为“乙烯类聚合物”)的粉末。
作为能够与乙烯共聚的上述共聚单体,没有特别限制,具体地例如可举出:选自由碳原子数3以上且15以下的α-烯烃、碳原子数3以上且15以下的环状烯烃、由式CH2=CHR1(此处,R1为碳原子数6~12的芳基)表示的化合物、和碳原子数3以上且15以下的直链、支链或环状的二烯构成的组中的至少一种共聚单体。在这些之中,优选碳原子数3以上且15以下的α-烯烃。
作为上述α-烯烃,没有特别限制,例如可举出:丙烯、1-丁烯、4-甲基-1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、1-壬烯、1-癸烯、1-十一碳烯、1-十二碳烯、1-十三碳烯、1-十四碳烯等。
本实施方式的超高分子量聚乙烯粉末的利用13C-NMR测定的共聚单体含量优选为1.0摩尔%以下,更优选为0.1摩尔%以下,进一步优选为0摩尔%。对于本实施方式的超高分子量聚乙烯粉末,当共聚单体含量在上述范围内时,具有能够抑制分解的倾向,另外,具有通过将该超高分子量聚乙烯粉末成型而得到的成型体的强度等提高的倾向。
[超高分子量聚乙烯粉末的空隙部的比例]
本实施方式的超高分子量聚乙烯粉末在构成超高分子量聚乙烯粉末的粉末的内部具有空隙部,并且在上述粉末的截面结构中,相对于后述的截面面积A,上述空隙部占有的面积的比例为5%以上,优选为10%以上,更优选为15%以上,最优选为20%以上。
此处,上述截面结构是指上述粉末中的粒径属于平均粒径D50±5μm范围的粉末P的截面结构,另外,上述截面面积A是指以上述粉末P外切的四边形的对角线的交点为中心的20μm×20μm见方的面积。
本实施方式中的粉末P外切的四边形仅表示在粉末的截面中除空隙部以外的作为聚合物占有的部分的聚合物占有部的比例为20%以上的四边形。
在本实施方式中,空隙部包括聚合物稀薄部,所述聚合物稀薄部为在利用光学显微镜的粉末截面图像的观察中聚合物稀薄到能够与空隙部同等看待的程度的部分。
对于上述粉末的平均粒径D50,没有特别限制,例如能够通过以下的方法计算出。
使用在JIS Z8801中规定的10种筛(筛孔尺寸:710μm、500μm、425μm、355μm、300μm、212μm、150μm、106μm、75μm、53μm)对本实施方式的超高分子量聚乙烯粉末100g进行分级,将各筛上残留的粒子的重量从筛孔尺寸小的一侧起进行积分,能够将在所得到的积分曲线中达到50%的重量时的粒径作为平均粒径(D50)。
对于上述粉末的截面结构,没有特别限制,具体地例如能够通过以下的方法进行观察。
选取包含平均粒径D50的粒径的级分,使用高性能胶粘剂Araldite Standard(米其邦株式会社)包埋所选取的粉末,在30℃下干燥24小时,由此制作包埋树脂样品。需要说明的是,作为主剂的环氧树脂与作为固化剂的改性多胺以1:1的比例进行混合。接着,将包埋树脂样品利用株式会社日本切片机研究所制造的切片机切成厚度10μm的切片,将切成切片的样品放在载玻片上,添加少量(0.05mL)株式会社MORESCO制造的液体石蜡(产品名称:SMOIL P-350P),在其上盖上盖玻片。然后,利用奥林巴斯株式会社制造的光学显微镜BX51进行透射微分干涉观察(显微镜的光量以存储9固定),由此能够观察上述粉末的截面图。
对于在上述粉末的截面结构中上述空隙部相对于上述截面面积A占有的面积,没有特别限制,例如能够通过以下的方法计算出。
对于D50±5μm的粒子,没有特别限制,例如任意观察10处,并拍摄粉末截面图像。然后,使用图像分析软件(旭化成株式会社制造的A像くん,2.50版本),将利用显微镜观察拍摄的粉末截面图像进行二值化(白:聚合物占有部,黑:空隙部)。绘制与聚合物占有部(白)外切的任意四边形,并以该四边形的对角线的交点作为粉末的中心部(以下也称为粉末中心部)。此处,本实施方式中的粉末P外切的四边形仅为聚合物占有部(白)的比例为20%以上的四边形。接着,以粉末中心部为轴并以相对于该四边形平行的方式绘制20μm×20μm的正方形,求出该正方形内的空隙部(黑)和聚合物占有部(白)的比例。对利用光学显微镜观察拍摄的10处全部进行同样的图像分析,能够将其平均值作为空隙部(黑)的面积的比例。
本实施方式的超高分子量聚乙烯粉末通过空隙部的比例在上述范围内,例如在湿式挤出加工成纤维(例如高强度纤维)或二次电池用隔膜(例如微孔膜)时,通过削减湿式挤出加工所消耗的能量,能够降低环境负担,并且能够大幅提高成型体的生产效率。通常,湿式挤出加工是指将通过使液体石蜡浸渗到粉末中而得到的浆料在挤出机内在加热的同时进行混炼并制成凝胶状的材料加工成各成型体。此处,影响成型体的加工性的是凝胶中的分子链的缠结量。超高分子量聚乙烯粉末的非晶部的分子链的缠结非常强,难以得到缠结解开的均匀的凝胶。但是,认为本实施方式的超高分子量聚乙烯粉末通过在粉末中心部具有空隙部,每1g粉末的分子链的缠结量少于不具有空隙部的通常的粉末。另外,在液体石蜡通过粉末中的孔从粉末表面浸渗到中心部时,能够将一定量以上的液体石蜡蓄积在空隙部中。也就是说,由于液体石蜡从粉末表面和中心部两个方面浸渗到非晶部中,能够解开分子链的缠结,因此与不具有空隙部的通常的粉末相比,成型加工性优异,能够在短时间内得到均匀的凝胶。结果在进行湿式挤出加工时,能够得到高品质的成型体,例如抑制了厚度变动且具有高断裂强度的二次电池用隔膜或抑制了丝径不均且能够高速拉伸的纤维。
作为将超高分子量聚乙烯粉末的空隙部的比例控制在上述范围内的方法,没有特别限制,例如可举出:将通过预聚合而得到的聚合物作为预聚合催化剂并且在高压条件下进行聚合,由此得到超高分子量聚乙烯粉末的方法(以下也称为控制方法1);使用催化剂粒径为微粉且粒径的变动小的析出型催化剂进行聚合,然后在高温且高速旋转的同时进行干燥,由此得到超高分子量聚乙烯粉末的方法(以下也称为控制方法2);通过分级仅选取微粉聚合物,再次在高温且高速旋转的同时进行干燥,由此得到超高分子量聚乙烯粉末的方法(以下也称为控制方法3)。
通过上述方法能够将超高分子量聚乙烯粉末的稀薄部或空隙部的比例控制在上述范围内的机理还不明确,本发明人推测如下所述,但不限于此。
关于上述控制方法1的方法,原因还不确定,认为如下所述,但不限于此,通过使用预聚合催化剂在高压条件下进行聚合,能够在初期聚合活性为高活性的状态下进行聚合。因此,在聚合工序中,产生大量的聚合热能,在该热能从粉末中心部向外部逸散的过程中,在粉末中心部形成空隙部。
关于上述控制方法2的方法,原因还不确定,认为如下所述,但不限于此,通过使用催化剂粒径为微粉且粒径的变动小的析出型催化剂进行聚合,生成粒径小且粒径均匀的一次粒子聚合物。通过将该一次粒子聚合物在高温且高速旋转的同时进行干燥而控制一次粒子聚合物彼此的接触次数,通过接触的部位发生部分熔合而形成一次粒子聚合物彼此聚集的粉末。该粉末成为在一次粒子聚合物彼此之间具有空隙部的结构,形成在粉末中心部具有空隙部的结构。
关于上述控制方法3的方法,原因还不确定,认为如下所述,但不限于此,将使用析出型催化剂进行聚合得到的粉末进行分级,仅选取微粉成分。通过将该微粉成分在高温且高速旋转的同时进行干燥而控制微粉彼此的接触次数,通过接触的部位发生部分熔合而形成微粉彼此聚集的粉末。该粉末成为在微粉彼此之间具有空隙部的结构,形成在粉末中心部具有空隙部的结构。
[超高分子量聚乙烯粉末的微粉成分和粗粉成分的比例]
另外,本实施方式的超高分子量聚乙烯粉末中,相对于超高分子量聚乙烯粉末的总量,粒径为300μm以上的超高分子量聚乙烯粉末所占的比例为10质量%以下,优选为8质量%以下,更优选为6质量%以下,最优选为4质量%以下。另外,相对于超高分子量聚乙烯粉末的总量,粒径小于53μm的超高分子量聚乙烯粉末所占的比例为20质量%以下,优选为15质量%以下,更优选为10质量%以下,最优选为6质量%以下。
在对超高分子量聚乙烯粉末进行湿式挤出加工时,作为前期准备,具有使液体石蜡浸渗到超高分子量聚乙烯粉末中的工序,该工序在超高分子量聚乙烯粉末的熔点以下的温度下搅拌的同时进行,因此液体石蜡通过粉末中的孔进入非晶部,在解开分子链的缠结的过程中粉末溶胀并膨胀。此时,根据粉末的粒径,直到溶胀结束为止的时间(溶胀时间;液体石蜡浸渗到粉末中,直到粉末的等效圆直径达到最大为止的时间)不同,粒径大的粒子(以下也称为粗粉成分)的溶胀时间长,粒径小的粒子(以下也称为微粉成分)的溶胀时间短。即,关于溶胀时间,如果不依据粗粉成分确保足够的时间,则不能得到解开了分子链的缠结的均匀的凝胶。假如在依据微粉成分缩短溶胀时间的情况下,粗粉成分以溶胀不充分的状态被投入到挤出机内,因此微粉成分先开始溶融,并熔合在粗粉成分的表面上,由此进一步阻碍粗粉成分的溶胀。因此,在未充分解开粗粉成分的分子链的缠结的情况下全部的粉末溶融,因此不能得到均匀的凝胶。但是,在依据粗粉成分延长溶胀时间的情况下,生产效率差。因此,通过将微粉成分和粗粉成分控制在上述范围内而减小粉末彼此的直至溶胀结束为止的时间差很重要,由此在进行湿式挤出加工时能够得到更高品质的成型体。需要说明的是,在本实施方式中,对于粒度分布,没有特别限制,例如能够通过后述的实施例中记载的方法求出。
作为将本实施方式的超高分子量聚乙烯粉末的粒径控制在上述范围内的方法,没有特别限制,例如可以通过调节在聚合中使用的催化剂的粒径和/或量而控制。通过调节催化剂的粒径的大小而控制所生成的超高分子量聚乙烯粉末的粒径。此外,通过使用将各种粒径的催化剂混合而成的催化剂进行聚合,也能够控制所生成的超高分子量聚乙烯粉末的各粒径的含量。
[超高分子量聚乙烯粉末的结晶度]
另外,本实施方式的超高分子量聚乙烯粉末的结晶度为70%以上且85%以下,优选为70%以上且83%以下,更优选为72%以上且83%以下,最优选为74%以上且83%以下。本实施方式的超高分子量聚乙烯粉末通过结晶度为70%以上,能够得到高强度的成型体。推测这是由于,非晶部所占的比例少,由此容易成为解开了分子链的缠结的均匀的凝胶。另外,本实施方式的超高分子量聚乙烯粉末通过结晶度为85%以下,具有容易进行成型加工、即成型加工性优异的倾向。
在本实施方式中,作为将超高分子量聚乙烯粉末的结晶度控制在上述范围内的方法,没有特别限制,例如考虑如下方法:通过使用在每1L己烷溶剂中含有0.05g~0.5g低分子量聚乙烯成分(分子量1,000~3,000)的己烷溶剂进行聚合,该低分子量聚乙烯成分发挥像结晶成核剂一样的作用,促进结晶化。需要说明的是,在本实施方式中,对于结晶度,没有特别限制,例如能够通过后述的实施例中记载的方法求出。
[超高分子量聚乙烯粉末的表观密度]
另外,本实施方式的超高分子量聚乙烯粉末的表观密度为0.45g/cm3以下,优选为0.43g/cm3以下,更优选为0.41g/cm3以下,最优选为0.39g/cm3以下。本实施方式的超高分子量聚乙烯粉末通过表观密度为0.45g/cm3以下,在从挤出机料斗内送出至挤出机内时,能够在料斗内不堵塞的情况下顺畅地送出,成型加工性优异。
此处,在本实施方式中,表观密度是指在一定容积的容器中最大限度地填满粉体,将其内部容积作为体积时的粉体的密度。即,超高分子量聚乙烯粉末的表观密度是指如上所述的一定容积的容器中的每单位容积的超高分子量聚乙烯粉末的质量。作为本实施方式中的表观密度的具体的计算方法,没有特别限制,例如能够通过后述的实施例中记载的方法求出。
在本实施方式中,作为将超高分子量聚乙烯粉末的表观密度控制在上述范围内的方法,没有特别限制,例如能够通过如上所述控制超高分子量聚乙烯粉末的空隙部的比例而进行调节。
[超高分子量聚乙烯粉末中的钛(Ti)含量]
本实施方式的超高分子量聚乙烯粉末中的钛(Ti)含量为10ppm以下,优选为8ppm以下,更优选为6ppm以下,进一步优选为4ppm以下。通常,由于来自在超高分子量聚乙烯粉末中残留的催化剂残渣的金属量多,从而导致成型体的厚度不均的倾向强,但本实施方式的超高分子量聚乙烯粉末通过将钛的含量调节到这样的范围内,具有品质优异的倾向。另外,在用作电池用途时,具有安全性提高的倾向。
需要说明的是,超高分子量聚乙烯粉末中的Ti含量可以通过每单位催化剂的乙烯均聚物或乙烯类聚合物的生产率而控制。乙烯均聚物或乙烯类聚合物的生产率可以通过制造时的反应器的聚合温度、聚合压力、浆料浓度而控制。即,为了提高在本实施方式中使用的乙烯均聚物或乙烯类聚合物的生产率,没有特别限制,例如可举出:提高聚合温度、提高聚合压力和/或提高浆料浓度。作为其他方法,也可以通过在聚合得到乙烯均聚物或乙烯类聚合物时选择助催化剂成分的种类、降低助催化剂成分的浓度、利用酸或碱清洗乙烯均聚物或乙烯类聚合物而控制钛量。
需要说明的是,对于Ti含量的测定,没有特别限制,例如能够通过后述的实施例中记载的方法进行。
[超高分子量聚乙烯粉末的制造方法]
以下,对本实施方式的超高分子量聚乙烯粉末的制造方法进行详细说明。
(催化剂成分)
作为用于制造本实施方式的超高分子量聚乙烯粉末的催化剂成分,没有特别限制,例如可举出:通常的齐格勒-纳塔催化剂和茂金属催化剂。
<齐格勒-纳塔催化剂>
作为齐格勒-纳塔催化剂,优选包含固体催化剂成分[A]和有机金属化合物成分[B]的烯烃聚合用催化剂,其中,固体催化剂成分[A]通过使由下式1表示的可溶于惰性烃溶剂的有机镁化合物(A-1)与由下式2表示的钛化合物(A-2)反应而制造。
(A-1):(M1)α(Mg)β(R2)a(R3)b(Y1)c……式1
(在式1中,M1为属于由元素周期表第12族、第13族和第14族构成的组的金属原子,R2和R3为碳原子数2以上且20以下的烃基,Y1为烃氧基、甲硅烷氧基、烯丙氧基、氨基、酰胺基、-N=C-R4,R5、-SR6(此处,R4、R5和R6表示碳原子数1以上且20以下的烃基。在c为2的情况下,Y1可以各自不同)、β-酮酸残基中的任一种,α、β、a、b和c为满足下述关系的实数。0≤α、0<β、0≤a、0≤b、0≤c、0<a+b、0≤c/(α+β)≤2、nα+2β=a+b+c(此处,n表示M1的化合价。))
(A-2):Ti(OR7)dX1 (4-d)……式2
(在式2中,d为0以上且4以下的实数,R7为碳原子数1以上且20以下的烃基,X1为卤素原子。)
需要说明的是,作为在(A-1)与(A-2)的反应中使用的惰性烃溶剂,没有特别限制,具体地例如可举出:戊烷、己烷、庚烷等脂肪族烃;苯、甲苯等芳香族烃;和环己烷、甲基环己烷等脂环式烃等。
首先,对(A-1)进行说明。(A-1)虽然以可溶于惰性烃溶剂的有机镁络合物的形式示出,但是其包含二烃基镁化合物以及该化合物与其它金属化合物的络合物全部。符号α、β、a、b、c的关系式nα+2β=a+b+c示出了金属原子的化合价与取代基的化学计量性。
在式1中,作为由R2和R3表示的碳原子数2以上且20以下的烃基,没有特别限制,具体地可举出:烷基、环烷基或芳基,例如可举出:乙基、丙基、丁基、戊基、己基、辛基、癸基、环己基、苯基等。其中,优选为烷基。在α>0的情况下,作为金属原子M1,可以使用属于由元素周期表第12族、第13族和第14族构成的组的金属原子,没有特别限制,例如可举出:锌、硼、铝等。其中,优选铝、锌。
关于镁相对于金属原子M1之比β/α,没有特别限制,优选为0.1以上且30以下,更优选为0.5以上且10以下。另外,在使用α=0的规定的有机镁化合物的情况下,没有特别限制,例如在R2为1-甲基丙基等的情况下可溶于惰性烃溶剂,这样的化合物也在本实施方式中产生优选的结果。在式1中,推荐在α=0的情况下的R2和R3满足如下所示的组(1)、组(2)、组(3)三个组中的任一个。
组(1):R2和R3中的至少一者为碳原子数4以上且6以下的仲烷基或叔烷基,优选R2和R3均为碳原子数4以上且6以下的烷基,并且至少一者为仲烷基或叔烷基。
组(2):R2和R3为碳原子数互不相同的烷基,优选R2为碳原子数2或3的烷基,并且R3为碳原子数4以上的烷基。
组(3):R2和R3中的至少一者为碳原子数6以上的烃基,优选为将R2和R3中所含的碳原子数相加时为12以上的烷基。
以下,具体地示出这些基团。作为在组(1)中碳原子数4以上且6以下的仲烷基或叔烷基,没有特别限制,具体地例如可举出:1-甲基丙基、2-甲基丙基、1,1-二甲基乙基、2-甲基丁基、2-乙基丙基、2,2-二甲基丙基、2-甲基戊基、2-乙基丁基、2,2-二甲基丁基、2-甲基-2-乙基丙基等。其中,特别优选1-甲基丙基。
另外,作为在组(2)中碳原子数2或3的烷基,没有特别限制,具体地例如可举出:乙基、1-甲基乙基、丙基等。其中,特别优选乙基。此外,作为碳原子数4以上的烷基,没有特别限制,具体地例如可举出:丁基、戊基、己基、庚基、辛基等。其中,特别优选丁基、己基。
此外,作为在组(3)中碳原子数6以上的烃基,没有特别限制,具体地例如可举出:己基、庚基、辛基、壬基、癸基、苯基、2-萘基等。在烃基中,优选烷基,在烷基中,特别优选己基、辛基。
通常,当烷基中所含的碳原子数增加时,具有容易溶于惰性烃溶剂的倾向,并且具有溶液的粘度升高的倾向。因此,使用适度长链的烷基在操作上是优选的。需要说明的是,上述有机镁化合物可以利用惰性烃溶剂稀释后使用,即使该溶液中含有或残留微量的醚、酯、胺等路易斯碱性化合物,也可以没有问题地使用。
接着,对Y1进行说明。在式1中,Y1为烃氧基、甲硅烷氧基、烯丙氧基、氨基、酰胺基、-N=C-R4,R5、-SR6(此处,R4、R5和R6各自独立地表示碳原子数2以上且20以下的烃基)、β-酮酸残基中的任一种。
作为在式1中由R4、R5和R6表示的烃基,优选碳原子数1以上且12以下的烷基或芳基,特别优选碳原子数3以上且10以下的烷基或芳基。没有特别限制,例如可举出:甲基、乙基、丙基、1-甲基乙基、丁基、1-甲基丙基、1,1-二甲基乙基、戊基、己基、2-甲基戊基、2-乙基丁基、2-乙基戊基、2-乙基己基、2-乙基-4-甲基戊基、2-丙基庚基、2-乙基-5-甲基辛基、辛基、壬基、癸基、苯基、萘基等。其中,特别优选丁基、1-甲基丙基、2-甲基戊基和2-乙基己基。
另外,在式1中,Y1优选为烃氧基或甲硅烷氧基。作为烃氧基,没有特别限制,具体地例如优选甲氧基、乙氧基、丙氧基、1-甲基乙氧基、丁氧基、1-甲基丙氧基、1,1-二甲基乙氧基、戊氧基、己氧基、2-甲基戊氧基、2-乙基丁氧基、2-乙基戊氧基、2-乙基己氧基、2-乙基-4-甲基戊氧基、2-丙基庚氧基、2-乙基-5-甲基辛氧基、辛氧基、苯氧基、萘氧基。其中,更优选丁氧基、1-甲基丙氧基、2-甲基戊氧基和2-乙基己氧基基。作为甲硅烷氧基,没有特别限制,具体地例如优选氢二甲基甲硅烷氧基、乙基氢甲基甲硅烷氧基、二乙基氢甲硅烷氧基、三甲基甲硅烷氧基、乙基二甲基甲硅烷氧基、二乙基甲基甲硅烷氧基、三乙基甲硅烷氧基等。其中,更优选氢二甲基甲硅烷氧基、乙基氢甲基甲硅烷氧基、二乙基氢甲硅烷氧基、三甲基甲硅烷氧基。
在本实施方式中,对(A-1)的合成方法没有特别限制,例如可以通过使属于由式R2MgX1和式R2Mg(R2的含义如上所述,X1为卤素)构成的组的有机镁化合物与属于由式M1R3 n和M1R3 (n-1)H(M1和R3的含义如上所述,n表示M1的化合价)构成的组的有机金属化合物在惰性烃溶剂中在25℃以上且150℃以下反应,并且根据需要接着使由式Y1-H(Y1的含义如上所述)表示的化合物反应、或者使具有由Y1表示的官能团的有机镁化合物和/或有机铝化合物反应而合成。其中,在使可溶于惰性烃溶剂的有机镁化合物与由式Y1-H表示的化合物反应的情况下,对向反应体系中添加的顺序没有特别限制,例如可以使用向有机镁化合物中添加由式Y1-H表示的化合物的方法、向由式Y1-H表示的化合物中添加有机镁化合物的方法、或者同时添加二者的方法中的任一种方法。
在本实施方式中,(A-1)中的Y1相对于全部金属原子的摩尔组成比c/(α+β)为0≤c/(α+β)≤2,优选0≤c/(α+β)<1。通过Y1相对于全部金属原子的摩尔组成比为2以下,具有(A-1)与(A-2)的反应性提高的倾向。
接着,对(A-2)进行说明。(A-2)为由式2表示的钛化合物。
(A-2):Ti(OR7)dX1 (4-d)……式2
(在式2中,d为0以上且4以下的实数,R7为碳原子数1以上且20以下的烃基,X1为卤素原子。)
在上述式2中,d优选为0以上且1以下,更优选为0。另外,作为在式2中由R7表示的烃基,没有特别限制,具体地例如可举出:甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、2-乙基己基、庚基、辛基、癸基、烯丙基等脂肪族烃基;环己基、2-甲基环己基、环戊基等脂环式烃基;苯基、萘基等芳香族烃基等。其中,优选脂肪族烃基。作为由X1表示的卤素,例如可举出:氯、溴、碘。其中,优选氯。在本实施方式中,(A-2)特别优选为四氯化钛。在本实施方式中,可以混合使用两种以上的选自上述的化合物。
接着,对(A-1)与(A-2)的反应进行说明。该反应优选在惰性烃溶剂中进行,更优选在己烷、庚烷等脂肪族烃溶剂中进行。对该反应中的(A-1)与(A-2)的摩尔比没有特别限制,(A-2)中所含的Ti原子相对于(A-1)中所含的Mg原子的摩尔比(Ti/Mg)优选为0.1以上且10以下,更优选为0.3以上且3以下。对反应温度没有特别限制,优选在-80℃以上且150℃以下的范围内进行,更优选在-40℃以上且100℃以下的范围内进行。对(A-1)和(A-2)的添加顺序没有特别限制,可以为在添加(A-1)之后添加(A-2)、在添加(A-2)之后添加(A-1)、同时添加(A-1)和(A-2)中的任一种方法,优选同时添加(A-1)和(A-2)的方法。在本实施方式中,通过上述反应而得到的固体催化剂成分[A]以使用惰性烃溶剂的浆料溶液的形式使用。
作为在本实施方式中使用的齐格勒-纳塔催化剂成分的其它例子,优选如下烯烃聚合用催化剂,其包含固体催化剂成分[C]和有机金属化合物成分[B],其中,固体催化剂成分[C]通过在载体(C-3)上负载可溶于惰性烃溶剂的由式5表示的有机镁化合物(C-4)和由式6表示的钛化合物(C-5)而制造,所述载体(C-3)通过由式3表示的可溶于惰性烃溶剂的有机镁化合物(C-1)与由式4表示的氯化剂(C-2)的反应而制备。
(C-1):(M2)γ(Mg)δ(R8)e(R9)f(OR10)g……式3
(在式3中,M2为属于由元素周期表第12族、第13族和第14族构成的组的金属原子,R8、R9和R10各自为碳原子数1以上且20以下的烃基,γ、δ、e、f和g为满足下述关系的实数。0≤γ、0<δ、0≤e、0≤f、0≤g、0<e+f、0≤g/(γ+δ)≤2、kγ+2δ=e+f+g(此处,k表示M2的化合价。))
(C-2):HhSiCliR11 (4-(h+i))……式4
(在式4中,R11为碳原子数1以上且12以下的烃基,h和i为满足下述关系的实数。0<h、0<i、0<h+i≤4)
(C-4):(M1)α(Mg)β(R2)a(R3)bY1 c……式5
(在式5中,M1为属于由元素周期表第12族、第13族和第14族构成的组的金属原子,R2和R3为碳原子数2以上且20以下的烃基,Y1为烃氧基、甲硅烷氧基、烯丙氧基、氨基、酰胺基、-N=C-R4,R5、-SR6(此处,R4、R5和R6表示碳原子数1以上且20以下的烃基。在c为2的情况下,Y1可以各自不同)、β-酮酸残基中的任一种,α、β、a、b和c为满足下述关系的实数。0≤α、0<β、0≤a、0≤b、0≤c、0<a+b、0≤c/(α+β)≤2、nα+2β=a+b+c(此处,n表示M1的化合价。))
(C-5):Ti(OR7)dX1 (4-d)……式6
(在式6中,d为0以上且4以下的实数,R7为碳原子数1以上且20以下的烃基,X1为卤素原子。)
首先,对(C-1)进行说明。(C-1)虽然以可溶于惰性烃溶剂的有机镁络合物的形式示出,但是其包含二烃基镁化合物以及该化合物与其它金属化合物的络合物全部。式3的符号γ、δ、e、f和g的关系式kγ+2δ=e+f+g示出了金属原子的化合价与取代基的化学计量性。
在上述式3中,对由R8和R9表示的烃基没有特别限制,具体地各自为烷基、环烷基或芳基,例如可举出:甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、辛基、癸基、环己基、苯基等。其中,优选R8和R9各自为烷基。在γ>0的情况下,作为金属原子M2,能够使用属于由元素周期表第12族、第13族和第14族构成的组的金属原子,没有特别限制,例如可举出:锌、硼、铝等。其中,特别优选铝、锌。
关于镁相对于金属原子M2之比δ/γ,没有特别限制,优选为0.1以上且30以下,更优选为0.5以上且10以下。另外,在使用γ=0的规定的有机镁化合物的情况下,例如在R8为1-甲基丙基等的情况下可溶于惰性烃溶剂,这样的化合物也在本实施方式中产生优选的结果。在式3中,推荐在γ=0的情况下的R8和R9为如下所示的组(1)、组(2)、组(3)三个组中的任一个。
组(1):R8和R9中的至少一者为碳原子数4以上且6以下的仲烷基或叔烷基,优选R8和R9均为碳原子数4以上且6以下,并且至少一者为仲烷基或叔烷基。
组(2):R8和R9为碳原子数互不相同的烷基,优选R8为碳原子数2或3的烷基,并且R9为碳原子数4以上的烷基。
组(3):R8和R9中的至少一者为碳原子数6以上的烃基,优选为R8和R9中所含的碳原子数之和为12以上的烷基。
以下,具体地示出这些基团。作为在组(1)中碳原子数4以上且6以下的仲烷基或叔烷基,具体地例如可使用1-甲基丙基、2-甲基丙基、1,1-二甲基乙基、2-甲基丁基、2-乙基丙基、2,2-二甲基丙基、2-甲基戊基、2-乙基丁基、2,2-二甲基丁基、2-甲基-2-乙基丙基等。其中,特别优选1-甲基丙基。
另外,作为在组(2)中碳原子数2或3的烷基,没有特别限制,例如可举出:乙基、1-甲基乙基、丙基等。其中,特别优选乙基。另外,作为碳原子数4以上的烷基,没有特别限制,具体地例如可举出:丁基、戊基、己基、庚基、辛基等。其中,特别优选丁基、己基。
此外,作为在组(3)中碳原子数6以上的烃基,没有特别限制,具体地例如可举出:己基、庚基、辛基、壬基、癸基、苯基、2-萘基等。在烃基中,优选烷基,在烷基中,特别优选己基、辛基。
通常,当烷基中所含的碳原子数增加时,具有容易溶于惰性烃溶剂的倾向,并且具有溶液的粘度升高的倾向。因此,使用适度长链的烷基在操作上是优选的。需要说明的是,上述有机镁化合物以惰性烃溶液的形式使用,即使在该溶液中含有或残留微量的醚、酯、胺等路易斯碱性化合物,也可以没有问题地使用。
接着,对烃氧基(OR10)进行说明。作为由R10表示的烃基,优选碳原子数1以上且12以下的烷基或芳基,特别优选碳原子数3以上且10以下的烷基或芳基。作为R10,没有特别限制,具体地例如可举出:甲基、乙基、丙基、1-甲基乙基、丁基、1-甲基丙基、1,1-二甲基乙基、戊基、己基、2-甲基戊基、2-乙基丁基、2-乙基戊基、2-乙基己基、2-乙基-4-甲基戊基、2-丙基庚基、2-乙基-5-甲基辛基、辛基、壬基、癸基、苯基、萘基等。其中,特别优选丁基、1-甲基丙基、2-甲基戊基和2-乙基己基。
在本实施方式中,对(C-1)的合成方法没有特别限制,优选如下方法:使属于由式R8MgX1和式R8Mg(R8的含义如上所述,X1为卤素原子)构成的组的有机镁化合物与属于由式M2R9 k和式M2R9 (k-1)H(M2、R9和k的含义如上所述)构成的组的有机金属化合物在惰性烃溶剂中在25℃以上且150℃以下的温度下反应,并且根据需要接着与具有由R9(R9的含义如上所述)表示的烃基的醇或可溶于惰性烃溶剂的具有由R9表示的烃基的烃氧基镁化合物和/或烃氧基铝化合物反应。
其中,在使可溶于惰性烃溶剂的有机镁化合物与醇反应的情况下,对向反应体系中添加的顺序没有特别限制,能够使用向有机镁化合物中添加醇的方法、向醇中添加有机镁化合物的方法、或同时添加二者的方法中的任一种方法。在本实施方式中,对可溶于惰性烃溶剂的有机镁化合物与醇的反应比率没有特别限制,反应的结果、所得到的含烃氧基的有机镁化合物中的烃氧基相对于全部金属原子的摩尔组成比g/(γ+δ)为≤g/(γ+δ)≤2,优选为0≤g/(γ+δ)<1。
接着,对(C-2)进行说明。(C-2)为由式4表示的具有至少一个Si-H键的氯化硅化合物。
(C-2):HhSiCliR11 (4-(h+i))……式4
(在式4中,R11为碳原子数1以上且12以下的烃基,h和i为满足下述关系的实数。0<h、0<i、0<h+i≤4)
对在式4中由R11表示的烃基没有特别限制,具体地为脂肪族烃基、脂环式烃基、芳香族烃基,例如可举出:甲基、乙基、丙基、1-甲基乙基、丁基、戊基、己基、辛基、癸基、环己基、苯基等。其中,优选碳原子数1以上且10以下的烷基,更优选甲基、乙基、丙基、1-甲基乙基等碳原子数1以上且3以下的烷基。另外,h和i为满足h+i≤4的关系且大于0的数,i优选为2以上且3以下。
作为这些化合物,没有特别限制,具体地例如可举出:HSiCl3、HSiCl2CH3、HSiCl2C2H5、HSiCl2(C3H7)、HSiCl2(2-C3H7)、HSiCl2(C4H9)、HSiCl2(C6H5)、HSiCl2(4-Cl-C6H4)、HSiCl2(CH=CH2)、HSiCl2(CH2C6H5)、HSiCl2(1-C10H7)、HSiCl2(CH2CH=CH2)、H2SiCl(CH3)、H2SiCl(C2H5)、HSiCl(CH3)2、HSiCl(C2H5)2、HSiCl(CH3)(2-C3H7)、HSiCl(CH3)(C6H5)、HSiCl(C6H5)2等。使用包含这些化合物或选自这些化合物中的两种以上的混合物的氯化硅化合物。其中,优选HSiCl3、HSiCl2CH3、HSiCl(CH3)2、HSiCl2(C3H7),更优选HSiCl3、HSiCl2CH3
接着,对(C-1)与(C-2)的反应进行说明。在反应时,优选预先使用惰性烃溶剂、1,2-二氯乙烷、邻二氯苯、二氯甲烷等氯代烃;乙醚、四氢呋喃等醚类介质;或它们的混合介质将(C-2)稀释后使用。其中,在催化剂的性能上,更优选惰性烃溶剂。对(C-1)与(C-2)的反应比率没有特别限制,相对于在(C-1)中所含的镁原子1摩尔,在(C-2)中所含的硅原子优选为0.01摩尔以上且100摩尔以下,更优选为0.1摩尔以上且10摩尔以下。
对(C-1)与(C-2)的反应方法没有特别限制,可以使用一边将(C-1)和(C-2)同时引入到反应器中一边使其反应的同时添加的方法、预先将(C-2)投入到反应器中之后将(C-1)引入到反应器中的方法、或预先将(C-1)投入到反应器中之后将(C-2)引入到反应器中的方法中的任一种方法。其中,优选预先将(C-2)投入到反应器中之后将(C-1)引入到反应器中的方法。对于通过上述反应而得到的载体(C-3),优选通过过滤或倾析法进行分离,然后使用惰性烃溶剂充分清洗,从而除去未反应物或副产物等。
对(C-1)与(C-2)的反应温度没有特别限制,优选为25℃以上且150℃以下,更优选为30℃以上且120℃以下,进一步优选为40℃以上且100℃以下。在一边将(C-1)和(C-2)同时引入到反应器中一边使其反应的同时添加的方法中,优选预先将反应器的温度调节至规定温度,并在进行同时添加的同时将反应器内的温度调节至规定温度,由此将反应温度调节至规定温度。在预先将(C-2)投入到反应器中之后将(C-1)引入到反应器中的方法中,优选将投入了(C-2)的反应器的温度调节至规定温度,并在将(C-1)引入到反应器中的同时将反应器内的温度调节至规定温度,由此将反应温度调节至规定温度。在预先将(C-1)投入到反应器中之后将(C-2)引入到反应器中的方法中,优选将投入了(C-1)的反应器的温度调节至规定温度,并在将(C-2)引入到反应器中的同时将反应器内的温度调节至规定温度,由此将反应温度调节至规定温度。
接着,对有机镁化合物(C-4)进行说明。作为(C-4),优选由前述的式5表示的有机镁化合物。
(C-4):(M1)α(Mg)β(R2)a(R3)bY1 c……式5
(在式5中,M1为属于由元素周期表第12族、第13族和第14族构成的组的金属原子,R2和R3为碳原子数2以上且20以下的烃基,Y1为烃氧基、甲硅烷氧基、烯丙氧基、氨基、酰胺基、-N=C-R4,R5、-SR6(此处,R4、R5和R6表示碳原子数1以上且20以下的烃基。在c为2的情况下,Y1可以各自不同)、β-酮酸残基中的任一种,α、β、a、b和c为满足下述关系的实数。0≤α、0<β、0≤a、0≤b、0<a+b、0≤c/(α+β)≤2、nα+2β=a+b+c(此处,n表示M1的化合价。))
关于(C-4)的使用量,以在(C-4)中所含的镁原子相对于在(C-5)中所含的钛原子的摩尔比计,优选为0.1以上且10以下,更优选为0.5以上且5以下。
对(C-4)与(C-5)的反应的温度没有特别限制,优选为-80℃以上且150℃以下,更优选在-40℃以上且100℃以下的范围内。
对使用(C-4)时的浓度没有特别限制,以在(C-4)中所含的钛原子基准计,优选为0.1mol/L以上且2mol/L以下,更优选为0.5mol/L以上且1.5mol/L以下。需要说明的是,在(C-4)的稀释时优选使用惰性烃溶剂。
对向(C-3)中添加(C-4)和(C-5)的顺序没有特别限制,可以为在添加(C-4)之后添加(C-5)、在添加(C-5)之后添加(C-4)、同时添加(C-4)和(C-5)中的任一种方法。其中,优选同时添加(C-4)和(C-5)的方法。(C-4)与(C-5)的反应在惰性烃溶剂中进行,优选使用己烷、庚烷等脂肪族烃溶剂。如此得到的催化剂以使用惰性烃溶剂的浆料溶液的形式使用。
接着,对(C-5)进行说明。在本实施方式中,(C-5)为由前述的式6表示的钛化合物。
(C-5):Ti(OR7)dX1 (4-d)……式6
(在式6中,d为0以上且4以下的实数,R7为碳原子数1以上且20以下的烃基,X1为卤素原子。)
作为在式6中由R7表示的烃基,没有特别限制,具体地例如可举出:甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、2-乙基己基、庚基、辛基、癸基、烯丙基等脂肪族烃基;环己基、2-甲基环己基、环戊基等脂环式烃基;苯基、萘基等芳香族烃基等。其中,优选脂肪族烃基。作为由X1表示的卤素,没有特别限制,具体地例如可举出:氯、溴、碘。其中,优选氯。选自上述的(C-5)可以单独使用一种,也可以混合使用两种以上。
作为(C-5)的使用量,没有特别限制,以在钛化合物(C-5)中所含的钛原子相对于在载体(C-3)中所含的镁原子的摩尔比计,优选为0.01以上且20以下,特别优选为0.05以上且10以下。
对于(C-5)的反应温度没有特别限制,优选为-80℃以上且150℃以下,进一步优选在-40℃以上且100℃以下的范围内。
在本实施方式中,对于在(C-3)上负载(C-5)的方法没有特别限制,可以使用如下方法:使相对于(C-3)过量的(C-5)进行反应的方法、通过使用第三成分而有效地负载(C-5)的方法,优选通过(C-5)与有机镁化合物(C-4)的反应进行负载的方法。
接着,对于在本实施方式中使用的有机金属化合物成分[B]进行说明。在本实施方式中使用的固体催化剂成分通过与有机金属化合物成分[B]组合而成为高活性的聚合用催化剂。有机金属化合物成分[B]有时也被称为“助催化剂”。作为有机金属化合物成分[B],优选为含有属于由元素周期表第1族、第2族、第12族和第13族构成的组的金属的化合物,特别优选有机铝化合物和/或有机镁化合物。
作为有机铝化合物,优选将由下式7表示的化合物单独使用或混合使用。
AlR12 jZ1 (3-j)……式7
(在式7中,R12为碳原子数1以上且20以下的烃基,Z1为属于由氢、卤素、烃氧基、烯丙氧基、甲硅烷氧基构成的组的基团,j为2以上且3以下的数。)
在上述式7中,对由R12表示的碳原子数1以上且20以下的烃基没有特别限制,具体地包含脂肪族烃基、芳香族烃基、脂环式烃基,例如优选三甲基铝、三乙基铝、三丙基铝、三丁基铝、三(2-甲基丙基)铝(或三异丁基铝)、三戊基铝、三(3-甲基丁基)铝、三己基铝、三辛基铝、三癸基铝等三烷基铝;二乙基氯化铝、乙基二氯化铝、双(2-甲基丙基)氯化铝、乙基倍半氯化铝、二乙基溴化铝等卤化铝化合物;乙氧基二乙基铝、丁氧基双(2-甲基丙基)铝等烷氧基铝化合物;二甲基氢甲硅烷氧基二甲基铝、乙基甲基氢甲硅烷氧基二乙基铝、乙基二甲基甲硅烷氧基二乙基铝等甲硅烷氧基铝化合物;以及它们的混合物。其中,特别优选三烷基铝化合物。
作为有机镁化合物,优选由前述的式3表示的可溶于惰性烃溶剂的有机镁化合物。
(M2)γ(Mg)δ(R8)e(R9)f(OR10)g……式3
(在式3中,M2为属于由元素周期表第12族、第13族和第14族构成的组的金属原子,R8、R9和R10各自为碳原子数1以上且20以下的烃基,γ、δ、e、f和g为满足下述关系的实数。0≤γ、0<δ、0≤e、0≤f、0≤g、0<e+f、0≤g/(γ+δ)≤2、kγ+2δ=e+f+g(此处,k表示M2的化合价。))
该有机镁化合物虽然以可溶于惰性烃溶剂的有机镁络合物的形式示出,但是其包含二烃基镁化合物以及该化合物与其他金属化合物的络合物全部。关于γ、δ、e、f、g、M2、R8、R9、OR10如上所述,该有机镁化合物优选在惰性烃溶剂中的溶解性高,因此δ/γ优选在0.5以上且10以下的范围内,另外,进一步优选M2为铝的化合物。
需要说明的是,固体催化剂成分和有机金属化合物成分[B]的组合比率没有特别限制,相对于1g固体催化剂成分,有机金属化合物成分[B]优选为1毫摩尔以上且3,000毫摩尔以下。
<茂金属催化剂>
作为使用茂金属催化剂的例子,可以使用通常的过渡金属化合物。作为茂金属催化剂的制造方法,没有特别限制,例如可举出:在日本专利4868853号中记载的制造方法。这样的茂金属催化剂由两种催化剂成分构成:(a)具有环状η键合性阴离子配体的过渡金属化合物;和(b)能够通过与该过渡金属化合物反应而形成表现出催化剂活性的络合物的活化剂。
在本实施方式中使用的具有环状η键合性阴离子配体的过渡金属化合物例如可以由以下的式8表示。
L1 jWkM3X2 pX3 q……式8
在式8中,L1各自独立地表示选自由环戊二烯基、茚基、四氢茚基、芴基、四氢芴基和八氢芴基构成的组中的η键合性环状阴离子配体,该配体根据情况具有1个~8个取代基,该取代基各自独立地为选自由碳原子数1~20的烃基、卤素原子、碳原子数1~12的卤代烃基、碳原子数1~12的氨基烃基、碳原子数1~12的烃氧基、碳原子数1~12的二烃基氨基、碳原子数1~12的烃基膦基、甲硅烷基、氨基甲硅烷基、碳原子数1~12的烃氧基甲硅烷基和卤代甲硅烷基构成的组、并且具有至多20个非氢原子的取代基。
在式8中,M3表示形式氧化数为+2、+3或+4的选自属于元素周期表第4族的过渡金属组、并且与至少一个配体L1进行了η5键合的过渡金属。
在式8中,W表示具有至多50个非氢原子、并且通过与L1和M3各自以一价的价数键合而与L1和M3一起形成金属环的二价取代基,X2各自独立地表示选自由一价的阴离子性σ键合型配体、与M3以二价键合的二价的阴离子性σ键合型配体、以及与L1和M3各自以一价的价数键合的二价的阴离子性σ键合型配体构成的组、并且具有至多60个非氢原子的阴离子性σ键合型配体。
在式8中,X2各自独立地表示具有至多40个非氢原子的中性路易斯碱配位性化合物,X3表示中性路易斯碱配位性化合物。
j为1或2,其中,当j为2时,根据情况两个配体L1经由具有至多20个非氢原子的二价基团相互键合,该二价基团为选自由碳原子数1~20的烃二基、碳原子数1~12的卤代烃二基、碳原子数1~12的亚烃基氧基、碳原子数1~12的亚烃基氨基、甲硅烷二基、卤代甲硅烷二基和亚甲硅烷基氨基构成的组中的基团。
k为0或1,p为0、1或2,其中,在X2为一价的阴离子性σ键合型配体或与L1和M3键合的二价的阴离子性σ键合型配体的情况下,p为比M3的形式氧化数小1以上的整数,另外,在X2为仅与M3键合的二价的阴离子性σ键合型配体的情况下,p为比M3的形式氧化数小(j+1)以上的整数,q为0、1或2。
作为上述式8的化合物中的配体X2的例子,可举出:卤离子、碳原子数1~60的烃基、碳原子数1~60的烃氧基、碳原子数1~60的烃基氨基、碳原子数1~60的烃基膦基、碳原子数1~60的烃基硫基、甲硅烷基、它们的复合基团等。
作为上述式8的化合物中的中性路易斯碱配位性化合物X3的例子,可举出:膦、醚、胺、碳原子数2~40的烯烃、碳原子数3~40的二烯、由这些化合物衍生的二价基团等。
在本实施方式中,作为具有环状η键合性阴离子配体的过渡金属化合物,优选由上述式8(其中,j为1)表示的过渡金属化合物。作为由上述式8(其中,j为1)表示的化合物的优选例,可举出由下述式9表示的化合物。
在式9中,M4表示选自由钛、锆、镍和铪构成的组、并且形式氧化数为+2、+3或+4的过渡金属,R13各自独立地表示选自由氢原子、碳原子数1~8的烃基、甲硅烷基、甲锗烷基、氰基、卤素原子和它们的复合基团构成的组、并且具有至多20个非氢原子的取代基,其中,在该取代基R13为碳原子数1~8的烃基、甲硅烷基或甲锗烷基时,根据情况两个相邻的取代基R13相互键合而形成二价基团,由此能够与分别与该两个相邻的该取代基R13键合的环戊二烯基环的两个碳原子间的键一起形成环。
在式9中,X4各自独立地表示选自由卤离子、碳原子数1~20的烃基、碳原子数1~18的烃氧基、碳原子数1~18的烃基氨基、甲硅烷基、碳原子数1~18的烃基氨基、碳原子数1~18的烃基膦基、碳原子数1~18的烃基硫基和它们的复合基团构成的组、并且具有至多20个非氢原子的取代基,其中,根据情况两个取代基X4可以一起形成碳原子数4~30的中性共轭二烯或二价基团。
在式9中,Y2表示-O-、-S-、-NR*-或-PR*-,其中,R*表示氢原子、碳原子数1~12的烃基、碳原子数1~8的烃氧基、甲硅烷基、碳原子数1~8的卤代烷基、碳原子数6~20的卤代芳基或它们的复合基团。
在式9中,Z2表示SiR* 2、CR* 2、SiR* 2SiR* 2、CR* 2CR*2、CR*=CR*、CR* 2SiR* 2或GeR* 2,其中,R*如上定义,n为1、2或3。
作为在本实施方式中使用的具有环状η键合性阴离子配体的过渡金属化合物,可举出如下所示的化合物。作为含锆化合物,没有特别限制,具体地例如可举出:双(甲基环戊二烯基)二甲基锆、双(正丁基环戊二烯基)二甲基锆、双(茚基)二甲基锆、双(1,3-二甲基环戊二烯基)二甲基锆、(五甲基环戊二烯基)(环戊二烯基)二甲基锆、双(环戊二烯基)二甲基锆、双(五甲基环戊二烯基)二甲基锆、双(芴基)二甲基锆、亚乙基双(茚基)二甲基锆、亚乙基双(4,5,6,7-四氢-1-茚基)二甲基锆、亚乙基双(4-甲基-1-茚基)二甲基锆、亚乙基双(5-甲基-1-茚基)二甲基锆、亚乙基双(6-甲基-1-茚基)二甲基锆、亚乙基双(7-甲基-1-茚基)二甲基锆、亚乙基双(5-甲氧基-1-茚基)二甲基锆、亚乙基双(2,3-二甲基-1-茚基)二甲基锆、亚乙基双(4,7-二甲基-1-茚基)二甲基锆、亚乙基双(4,7-二甲氧基-1-茚基)二甲基锆、亚甲基双(环戊二烯基)二甲基锆、亚异丙基(环戊二烯基)二甲基锆、亚异丙基(环戊二烯基-芴基)二甲基锆、亚甲硅烷基双(环戊二烯基)二甲基锆、二甲基亚甲硅烷基(环戊二烯基)二甲基锆等。
作为含钛化合物,没有特别限制,具体地例如可举出:[(N-叔丁基氨基)(四甲基-η5-环戊二烯基)-1,2-乙烷二基]二甲基钛、[(N-叔丁基氨基)(四甲基-η5-环戊二烯基)二甲基硅烷]二甲基钛、[(N-甲基氨基)(四甲基-η5-环戊二烯基)二甲基硅烷]二甲基钛、[(N-苯基氨基)(四甲基-η5-环戊二烯基)二甲基硅烷]二甲基钛、[(N-苄基氨基)(四甲基-η5-环戊二烯基)二甲基硅烷]二甲基钛、[(N-叔丁基氨基)(η5-环戊二烯基)-1,2-乙烷二基]二甲基钛、[(N-叔丁基氨基)(η5-环戊二烯基)二甲基硅烷]二甲基钛、[(N-甲基氨基)(η5-环戊二烯基)-1,2-乙烷二基]二甲基钛、[(N-甲基氨基)(η5-环戊二烯基)二甲基硅烷]二甲基钛、[(N-叔丁基氨基)(η5-茚基)二甲基硅烷]二甲基钛、[(N-苄基氨基)(η5-茚基)二甲基硅烷]二甲基钛等。
作为含镍化合物,没有特别限制,具体地例如可举出:双(三苯基膦)二溴化镍、双(三苯基膦)二氯化镍、二乙腈二溴化镍、二苯甲腈二溴化镍、[1,2-双(二苯基膦基)乙烷]二溴化镍、[1,3-双(二苯基膦基)丙烷]二溴化镍、[1,1’-双(二苯基膦基)二茂铁]二溴化镍、二甲基双(二苯基膦)合镍、二甲基[1,2-双(二苯基膦基)乙烷]合镍、甲基[1,2-双(二苯基膦基)乙烷]四氟硼酸镍、(2-二苯基膦基-1-苯基亚乙基氧基)苯基吡啶合镍等。
作为含铪化合物,没有特别限制,具体地例如可举出:[(N-叔丁基氨基)(四甲基-η5-环戊二烯基)-1,2-乙烷二基]二甲基铪、[(N-叔丁基氨基)(四甲基-η5-环戊二烯基)二甲基硅烷]二甲基铪、[(N-甲基氨基)(四甲基-η5-环戊二烯基)二甲基硅烷]二甲基铪、[(N-苯基氨基)(四甲基-η5-环戊二烯基)二甲基硅烷]二甲基铪、[(N-苄基氨基)(四甲基-η5-环戊二烯基)二甲基硅烷]二甲基铪、[(N-叔丁基氨基)(η5-环戊二烯基)-1,2-乙烷二基]二甲基铪、[(N-叔丁基氨基)(η5-环戊二烯基)二甲基硅烷]二甲基铪、[(N-甲基氨基)(η5-环戊二烯基)-1,2-乙烷二基]二甲基铪、[(N-甲基氨基)(η5-环戊二烯基)二甲基硅烷]二甲基铪、[(N-叔丁基氨基)(η5-茚基)二甲基硅烷]二甲基铪、[(N-苄基氨基)(η5-茚基)二甲基硅烷]二甲基铪等。
作为在本实施方式中使用的具有环状η键合性阴离子配体的过渡金属化合物的具体例,还可举出具有通过将上述列举的各含锆化合物和含钛化合物的名称中的“二甲基”部分(该“二甲基”部分为各化合物的名称中的部分、即紧接在“锆”或“钛”这样的部分之前出现的部分,并且为与上述式9中的X4的部分对应的名称)替换为例如“二氯”、“二溴”、“二碘”、“二乙基”、“二丁基”、“二苯基”、“二苄基”、“2-(N,N-二甲基氨基)苄基”、“2-丁烯-1,4-二基”、“s-反式-η4-1,4-二苯基-1,3-丁二烯”、“s-反式-η4-3-甲基-1,3-戊二烯”、“s-反式-η4-1,4-二苄基-1,3-丁二烯”、“s-反式-η4-2,4-己二烯”、“s-反式-η4-1,3-戊二烯”、“s-反式-η4-1,4-二甲苯基-1,3-丁二烯”、“s-反式-η4-1,4-双(三甲基甲硅烷基)-1,3-丁二烯”、“s-顺式-η4-1,4-二苯基-1,3-丁二烯”、“s-顺式-η4-3-甲基-1,3-戊二烯”、“s-顺式-η4-1,4-二苄基-1,3-丁二烯”、“s-顺式-η4-2,4-己二烯”、“s-顺式-η4-1,3-戊二烯”、“s-顺式-η4-1,4-二甲苯基-1,3-丁二烯”、“s-顺式-η4-1,4-双(三甲基甲硅烷基)-1,3-丁二烯”等中的任意一者而得到的名称的化合物。
在本实施方式中使用的具有环状η键合性阴离子配体的过渡金属化合物通常可以通过公知的方法合成。在本实施方式中,这些过渡金属化合物可以单独使用,也可以组合使用。
接着,对于在本实施方式中使用的b)能够通过与过渡金属化合物反应而形成表现出催化剂活性的络合物的活化剂(以下也简称为“活化剂”)进行说明。
作为在本实施方式中使用的活化剂,例如可举出由以下的式10定义的化合物。
[L2-H]d+[M5 mQp]d-……式10
(在式10中,[L2-H]d+表示给质子性的布朗斯台德酸,其中,L2表示中性的路易斯碱,d为1~7的整数;[M5 mQp]d-表示可共存(両立性)的非配位性阴离子,此处,M5表示属于元素周期表第5族~第15族中的任一族的金属或类金属,Q各自独立地选自由氢负离子、卤离子、碳原子数2~20的二烃基氨基、碳原子数1~30的烃氧基、碳原子数1~30的烃基和碳原子数1~40的被取代的烃基构成的组,此处,作为卤离子的Q的数目为1以下,m为1~7的整数,p为2~14的整数,d如上定义,p-m=d。)
作为非配位性阴离子,没有特别限制,具体地例如可举出:四苯基硼酸盐、三(对甲苯基)(苯基)硼酸盐、三(五氟苯基)(苯基)硼酸盐、三(2,4-二甲基苯基)(羟基苯基)硼酸盐、三(3,5-二甲基苯基)(苯基)硼酸盐、三(3,5-二(三氟甲基)苯基)(苯基)硼酸盐、三(五氟苯基)(环己基)硼酸盐、三(五氟苯基)(萘基)硼酸盐、四(五氟苯基)硼酸盐、三苯基(羟基苯基)硼酸盐、二苯基二(羟基苯基)硼酸盐、三苯基(2,4-二羟基苯基)硼酸盐、三(对甲苯基)(羟基苯基)硼酸盐、三(五氟苯基)(羟基苯基)硼酸盐、三(2,4-二甲基苯基)(羟基苯基)硼酸盐、三(3,5-二甲基苯基)(羟基苯基)硼酸盐、三(3,5-二(三氟甲基)苯基)(羟基苯基)硼酸盐、三(五氟苯基)(2-羟基乙基)硼酸盐、三(五氟苯基)(4-羟基丁基)硼酸盐、三(五氟苯基)(4-羟基环己基)硼酸盐、三(五氟苯基)(4-(4’-羟基苯基)苯基)硼酸盐、三(五氟苯基)(6-羟基-2-萘基)硼酸盐等。
作为其他优选的非配位性阴离子的例子,可举出上述例示的硼酸盐中的羟基被NHR基替换后的硼酸盐。此处,R优选为甲基、乙基或叔丁基。
另外,作为给质子性的布朗斯台德酸,没有特别限制,具体例如可举出:三乙基铵、三丙基铵、三正丁基铵、三甲基铵、三丁基铵和三正辛基铵等三烷基取代型铵阳离子;N,N-二甲基苯铵、N,N-二乙基苯铵、N,N-2,4,6-五甲基苯铵、N,N-二甲基苄基苯铵等N,N-二烷基苯铵阳离子;二异丙基铵、二环己基铵等二烷基铵阳离子;三苯基三(甲基苯基)/>三(二甲基苯基)/>等三芳基/>阳离子;或二甲基锍、二乙基锍、二苯基锍等。
另外,在本实施方式中,作为活化剂,还可以使用具有由下式11表示的单元的有机金属氧基化合物。
(此处,在式11中,M6为元素周期表第13族~第15族的金属或类金属,R14各自独立地为碳原子数1~12的烃基或取代烃基,n为金属M6的价数,m为2以上的整数。)
在本实施方式中使用的活化剂的优选的例子例如为包含由下式12表示的单元的有机铝氧基化合物。
(此处,在式12中,R15为碳原子数1~8的烷基,m为2~60的整数。)
在本实施方式中使用的活化剂的更优选的例子例如为包含由下式13表示的单元的甲基铝氧烷。
(此处,在式13中,m为2~60的整数。)
在本实施方式中,活化剂成分可以单独使用,也可以组合使用。
在本实施方式中,这些催化剂成分也可以负载于固体成分上以负载型催化剂的形式使用。作为这样的固体成分,没有特别限制,具体地例如可举出:聚乙烯、聚丙烯或苯乙烯-二乙烯基苯共聚物等多孔聚合物材料;二氧化硅、氧化铝、氧化镁、氯化镁、氧化锆、二氧化钛、氧化硼、氧化钙、氧化锌、氧化钡、五氧化二钒、氧化铬和氧化钍等元素周期表第2、3、4、13和14族元素的无机固体材料及它们的混合物;以及选自它们的复合氧化物中的至少一种无机固体材料。
作为二氧化硅的复合氧化物,没有特别限制,具体地例如可举出:二氧化硅-氧化镁、二氧化硅-氧化铝等这样的二氧化硅与元素周期表第2族或第13族元素的复合氧化物。另外,在本实施方式中,除了上述两种催化剂成分之外,还可以根据需要使用有机铝化合物作为催化剂成分。在本实施方式中能够使用的有机铝化合物例如为由下式14表示的化合物。
AlR16 nx5 3-n...式14
(此处,在式14中,R16为碳原子数1~12的烷基、碳原子数6~20的芳基,X5为卤素、氢或烃氧基,烷基为直链、支链或环状,n为1~3的整数。)
此处,有机铝化合物也可以为由上述式14表示的化合物的混合物。作为在本实施方式中能够使用的有机铝化合物,例如在上式中,作为R16,可举出:甲基、乙基、丁基、异丁基、己基、辛基、癸基、苯基、甲苯基等,另外,作为X5,可举出:甲氧基、乙氧基、丁氧基、氯等。
作为在本实施方式中能够使用的有机铝化合物,没有特别限制,具体地例如可举出:三甲基铝、三乙基铝、三丁基铝、三异丁基铝、三己基铝、三辛基铝、三癸基铝等、或者这些有机铝与甲醇、乙醇、丁醇、戊醇、己醇、辛醇、癸醇等醇类的反应产物,例如二甲基甲氧基铝、二乙基乙氧基铝、二丁基丁氧基铝等。
(聚合条件)
本实施方式的超高分子量聚乙烯粉末的制造方法中的聚合温度通常为30℃以上且100℃以下。通过聚合温度为30℃以上,具有在工业上能够更有效地制造的倾向。另一方面,通过聚合温度为100℃以下,具有能够连续地更稳定地运行的倾向。另外,聚合温度越高,超高分子量聚乙烯粉末的特性粘度IV趋于越低,聚合温度越低,超高分子量聚乙烯粉末的特性粘度IV趋于越高。
另外,本实施方式的超高分子量聚乙烯粉末的制造方法中的聚合压力通常为常压以上且2MPa以下。该聚合压力优选为0.1MPa以上,更优选为0.12MPa以上,另外,优选为1.5MPa以下,更优选为1.0MPa以下。通过聚合压力为常压以上,具有在工业上能够更有效地制造的倾向,通过聚合压力为2MPa以下,具有能够抑制由引入催化剂时的快速聚合反应引起的局部发热,能够稳定地生产聚乙烯的倾向。
聚合反应可以通过间歇式(分批式)、半连续式、连续式中的任一种方法进行。从将本实施方式的超高分子量聚乙烯粉末的空隙部控制在上述范围内的观点考虑,优选间歇式(分批式)。另一方面,从使聚合体系内更均匀的观点考虑,优选连续式。通过将乙烯气体、溶剂、催化剂等连续地供给至聚合体系内,并与所生成的聚乙烯一起连续地排出,能够抑制由急剧的乙烯的反应引起的局部的高温状态,聚合体系内变得更稳定。当在体系内均匀的状态下乙烯发生反应时,能够抑制在聚合物链中生成支链、双键等,不易发生聚乙烯的低分子量化或交联,因此在超高分子量聚乙烯粉末的熔融或熔解时残留的未熔融物减少,能够抑制着色,也不易产生机械性能降低等问题。
另外,也可以将聚合分为反应条件不同的两步以上进行。此外,例如,如德国专利申请公开第3127133号说明书中所记载的,所得到的聚乙烯的特性粘度也可以通过使聚合体系中存在氢气或者改变聚合温度而调节。通过向聚合体系内添加作为链转移剂的氢气,能够将特性粘度控制在适当的范围内。通过添加链转移剂,即使在相同聚合温度下,所生成的超高分子量聚乙烯的特性粘度IV也趋于降低。在向聚合体系内添加氢气的情况下,氢气的摩尔分数优选为0摩尔%以上且30摩尔%以下,更优选为0摩尔%以上且25摩尔%以下,进一步优选为0摩尔%以上且20摩尔%以下。需要说明的是,在本实施方式中,除了如上所述的各成分以外,还可以包含对聚乙烯的制造有用的其它公知的成分。
另外,如上所述,本实施方式的超高分子量聚乙烯粉末可以通过将通过预聚合而得到的聚合物作为预聚合催化剂并且在高压条件下进行聚合(控制方法1)、使用催化剂粒径为微粉且粒径的变动小的析出型催化剂进行聚合,然后在高温且高速旋转的同时进行干燥(控制方法2)、通过分级仅选取微粉聚合物,再次在高温且高速旋转的同时进行干燥(控制方法3),将超高分子量聚乙烯粉末的稀薄部或空隙部的比例控制在上述范围内。
在利用上述控制方法1的方法制造超高分子量聚乙烯粉末的情况下,预聚合温度优选为5℃以上且40℃以下,预聚合压力优选为0.1MPa以上且0.5MPa以下,预聚合时间优选为0.5小时以上且3.0小时以下,正式聚合压力优选为0.5MPa以上且1.0MPa以下。
在利用上述控制方法2的方法制造超高分子量聚乙烯粉末的情况下,催化剂的平均粒径(D50)优选为1μm以上且3μm以下,催化剂粒径的粒度分布优选为0.5μm以上且5μm以下,干燥温度优选为110℃以上且120℃以下,干燥时间优选为1小时以上且3小时以下,干燥时的转速优选为100rpm以上且300rpm以下。
在利用上述控制方法3的方法制造超高分子量聚乙烯粉末的情况下,优选在分级操作中使用75μm筛下物(小于75μm),干燥温度优选为110℃以上且120℃以下,干燥时间优选为1小时以上且3小时以下,干燥时的转速优选为100rpm以上且300rpm以下。
在聚合得到本实施方式的超高分子量聚乙烯粉末时,为了抑制聚合物附着于聚合反应器上,也可以使用The Associated Octel Company公司制造(代理商丸和物产株式会社)的Stadis450等防静电剂。也可以将Stadis450在惰性烃介质中稀释后利用泵等添加到聚合反应器中。关于此时的添加量,相对于每单位时间的聚乙烯的生产量,优选在0.10ppm以上且20ppm以下的范围内添加,更优选在0.20ppm以上且10ppm以下的范围内添加。
[添加剂]
本实施方式的超高分子量聚乙烯粉末中可以根据需要添加增滑剂、中和剂、抗氧化剂、耐光稳定剂、防静电剂、颜料等添加剂。
作为增滑剂或中和剂,没有特别限制,例如可举出:脂肪族烃、高级脂肪酸、高级脂肪酸金属盐、醇的脂肪酸酯、蜡、高级脂肪酸酰胺、硅油、松香等。具体地没有特别限制,例如可举出:硬脂酸钙。增滑剂或中和剂的含量没有特别限制,优选为5000ppm以下,更优选为4000ppm以下,进一步优选为3000ppm以下。
作为抗氧化剂,没有特别限制,例如优选酚类化合物或酚类含磷化合物。具体地可举出:2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚(二丁基羟基甲苯)、3-(4-羟基-3,5-二叔丁基苯基)丙酸正十八烷基酯、四[亚甲基(3,5-二叔丁基-4-羟基氢化肉桂酸酯)]甲烷等酚类抗氧化剂;6-[3-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙氧基]-2,4,8,10-四叔丁基二苯并[d,f][1,3,2]二氧杂磷杂环庚二烯等酚类含磷抗氧化剂;4,4’-联苯撑二亚膦酸四(2,4-二叔丁基苯基)酯、亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯、环状新戊烷四基双(2,4-二叔丁基苯基亚磷酸酯)等含磷抗氧化剂。
在本实施方式的超高分子量聚乙烯粉末中,当将超高分子量聚乙烯粉末和液体石蜡的合计设为100质量份时,抗氧化剂的量优选为5质量份以下,更优选为4质量份以下,进一步优选为3质量份以下,特别优选为2质量份以下。通过抗氧化剂为5质量份以下,能够抑制聚乙烯的劣化,从而不易发生脆化、变色、机械性能的降低等,长期稳定性更优异。
作为耐光稳定剂,没有特别限制,例如可举出:2-(5-甲基-2-羟基苯基)苯并三唑、2-(3-叔丁基-5-甲基-2-羟基苯基)-5-氯苯并三唑等苯并三唑类耐光稳定剂;癸二酸二(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)酯、聚[{6-(1,1,3,3-四甲基丁基)氨基-1,3,5-三嗪-2,4-二基}{(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基}六亚甲基{(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基}]等受阻胺类耐光稳定剂。耐光稳定剂的含量没有特别限制,为5000ppm以下,优选为3000ppm以下,更优选为2000ppm以下。
作为防静电剂,没有特别限制,例如可举出:铝硅酸盐、高岭土、粘土、天然二氧化硅、合成二氧化硅、硅酸盐类、滑石、硅藻土等;甘油脂肪酸酯等。
[成型体]
本实施方式的超高分子量聚乙烯粉末能够利用各种方法进行成型。另外,本实施方式的成型体通过将上述的超高分子量聚乙烯粉末成型而得到。本实施方式的成型体能够用于各种用途。作为本实施方式的成型体的具体例,没有限制,例如可举出:二次电池用隔膜(例如微孔膜)、纤维(例如高强度纤维),其中,适合用作锂离子二次电池隔膜用微孔膜、高强度纤维。
作为本实施方式的成型体的制造方法,可以使用现有公知的方法,作为这样的方法,没有特别限制,例如可举出:压缩成型(压制成型)、挤出成型、拉伸成型等。另外,在上述成型体为二次电池用隔膜或纤维的情况下的制造方法如下所示。
作为二次电池用隔膜(例如微孔膜)的制造方法,没有特别限制,例如可举出:在使用溶剂的湿式法中,在具备T型模头的挤出机中,经过挤出、拉伸、提取、干燥的加工方法。具体地,没有特别限制,例如可举出:在以下的通常的溶胀条件下的制造方法和在低温溶胀条件下的制造方法。
(溶胀条件)
配合超高分子量聚乙烯粉末、液体石蜡和根据需要的抗氧化剂等添加剂,在比超高分子量聚乙烯粉末的熔点(Tm2)低30℃的温度下进行搅拌,由此制备浆料状液体。
将所得到的浆料状液体投入到混炼机中,在一定温度下进行混炼,然后进行热压,接着进行冷压,由此成型出凝胶片。需要说明的是,通过使用金属框而调节凝胶片的厚度。
使用双轴同步拉伸机拉伸该凝胶片,然后切割拉伸膜,并固定于金属框上。然后,浸渍于己烷中,提取除去液体石蜡,然后进行干燥。然后,进行热定形,由此能够得到二次电池隔膜用微孔膜。
作为纤维(例如高强度纤维)的制造方法,没有特别限制,例如可举出:将液体石蜡和上述的超高分子量聚乙烯粉末进行混炼纺丝,然后进行加热拉伸,由此得到纤维的方法。具体地,没有特别限制,例如可举出:在以下的通常的溶胀条件下的制造方法和在低温溶胀条件下的制造方法。
(溶胀条件)
配合超高分子量聚乙烯粉末、液体石蜡和根据需要的抗氧化剂等添加剂,在比超高分子量聚乙烯粉末的熔点(Tm2)低30℃的温度下进行搅拌,由此制备浆料状液体。
接着,将浆料状液体投入到混炼机中,并在一定温度下进行混炼操作。
然后,通过安装于Capirograph 1D的喷丝头进行纺丝。
此时,将排出的包含液体石蜡的丝在离开喷丝头的位置处进行卷取。
接着,为了从卷取的丝中除去液体石蜡,使该丝浸渍在己烷中进行提取操作,然后使其干燥。
将所得到的丝在恒温槽内拉伸1次,接着在恒温槽内拉伸2次直至丝即将断裂,由此能够得到高强度纤维(拉伸丝)。
实施例
以下,使用实施例和比较例对本发明更详细地进行说明,但是本发明不受以下实施例任何限制。
此处,对在实施例和比较例中使用的乙烯、己烷使用MS-3A(昭和UNION株式会社制造)进行脱水,对己烷进一步通过使用真空泵进行减压脱气而进行脱氧后使用。
[测定方法和条件]
实施例和比较例的超高分子量聚乙烯粉末的各种物性通过下述方法进行测定。
(测定1)特性粘度IV
在实施例和比较例中得到的超高分子量聚乙烯粉末的特性粘度IV根据ISO1628-3(2010)如下进行测定。
称量在4.0mg~4.5mg的范围内的聚乙烯粉末,以利用真空泵进行脱气并利用氮气进行置换后的20mL十氢化萘(加入了1g/L的2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚,以下记为十氢化萘)作为溶剂,在将内部空气利用真空泵进行脱气并利用氮气进行置换后的溶解管中,在150℃下搅拌90分钟使其溶解而得到溶液。作为粘度管,使用坎农-芬斯克型粘度计(柴田科学器械工业株式会社制造:产品编号-100)。
(测定2)超高分子量聚乙烯粉末的空隙部的比例
在实施例和比较例中得到的超高分子量聚乙烯粉末的空隙部的比例通过依次进行下述步骤1、2和3而计算出。
[步骤1:包埋树脂样品制作]
使用在JIS Z8801中规定的10种筛(筛孔尺寸:710μm、500μm、425μm、355μm、300μm、212μm、150μm、106μm、75μm、53μm)对超高分子量聚乙烯粉末100g进行分级,将各筛上残留的粒子的重量从筛孔尺寸小的一侧起进行积分,将在所得到的积分曲线中达到50%的重量时的粒径作为平均粒径(D50),选取包含D50粒径的级分。使用高性能胶粘剂AralditeStandard(米其邦株式会社)包埋所选取的粉末,在30℃下干燥24小时,由此制作包埋树脂样品。需要说明的是,作为主剂的环氧树脂与作为固化剂的改性多胺以1:1的比例混合。
[步骤2:光学显微镜观察]
将包埋树脂样品利用株式会社日本切片机研究所制造的切片机切出厚度10μm的切片,将切成切片的样品放在载玻片上,添加少量(0.05mL)株式会社MORESCO制造的液体石蜡(产品名称:SMOIL P-350P),在其上盖上盖玻片。接着,利用奥林巴斯株式会社制造的光学显微镜BX51进行透射微分干涉观察(显微镜的光量以存储9固定),对D50±5μm的粒子观察任意10处,并拍摄粉末截面图像。
[步骤3:图像分析]
使用图像分析软件(旭化成株式会社制造的A像くん,2.50版本)将利用显微镜观察拍摄的粉末截面图像进行二值化(白:聚合物部,黑;空隙部)。绘制与聚合物部(白)外切的任意四边形,并以该四边形的对角线的交点作为粉末中心部。需要说明的是,该四边形中的聚合物部(白)的比例为20%以上。接着,以粉末中心部为轴并以相对于该四边形平行的方式绘制20μm×20μm的正方形,求出该正方形内的空隙部(黑)的比例。对利用光学显微镜观察拍摄的10处全部进行同样的图像分析,将其平均值作为空隙部(黑)的比例。
(测定3)超高分子量聚乙烯粉末的结晶度
在实施例和比较例中得到的超高分子量聚乙烯粉末的结晶度利用广角X射线散射(WAXS)在下述条件下测定。
在测定中使用理学株式会社制造的Ultima-IV。使Cu-Kα射线入射到作为试样的超高分子量聚乙烯粉末上,并通过D/tex Ultra检测衍射光。测定条件为如下条件:试样与检测器间的距离为285mm、激励电压为40kV、电流为40mA。光学系统采用聚焦光学系统,狭缝条件为DS=1/2°、SS=开放、纵狭缝=10mm。
(测定4)超高分子量聚乙烯粉末的表观密度
在实施例和比较例中得到的超高分子量聚乙烯粉末的表观密度通过下述方法进行计算。首先,经由进行了根据JIS K 6891的标准尺寸的校正的漏斗的孔,使超高分子量聚乙烯粉末流下到100cc的圆筒形容器中直至溢出。接着,为了防止压实和该粉末从杯中溢出,使刮刀等刀在与容器上表面垂直竖立地接触的状态下平滑地移动,小心地将过量的该粉末从容器的上表面刮落。从容器的侧面也完全除去该粉末,测量每个容器中的该粉末的质量,减去预先测定的空的测定用容器的质量,由此计算出该粉末的质量。将以上操作连续进行3次,然后通过下式I计算出表观密度(g/cm3),并记录其平均值。
表观密度(g/cm3)=该粉末的质量(g)/圆筒形容器的容积(cm3)……式I
(测定5)超高分子量聚乙烯粉末中的Ti含量
使用微波分解装置(型号ETHOS TC,Milestone General公司制造)对在实施例和比较例中得到的超高分子量聚乙烯粉末进行加压分解,利用内标法并使用ICP-MS(电感耦合等离子体质谱装置,型号X系列X7,赛默飞世尔科技公司制造)测定作为超高分子量聚乙烯粉末中的含有金属的钛(Ti)元素浓度。
(成型体的制法1)高聚合物浓度的条件下的二次电池用隔膜(微孔膜)的制造方法
使用在实施例和比较例中得到的超高分子量聚乙烯粉末如下所示制造了二次电池用隔膜。
当将超高分子量聚乙烯粉末和液体石蜡的合计设为100质量份时,配合40质量份的超高分子量聚乙烯粉末和60质量份的液体石蜡(株式会社MORESCO制造的液体石蜡(产品名称:SMOIL P-350P)),再配合1质量份的抗氧化剂(大湖化学日本株式会社制造的四[亚甲基(3,5-二叔丁基-4-羟基氢化肉桂酸酯)]甲烷(产品名称:ANOX20)),在比超高分子量聚乙烯粉末的熔点(Tm2)低30℃的温度下搅拌30分钟,由此制备了浆料状液体。
将所得到的浆料状液体加入到东洋精机株式会社制造的Labo Plastomill(主体型号:4C150-01)中,在200℃恒定、10分钟、螺杆转速50rpm的条件下进行混炼,然后在180℃/1MPa/3分钟的条件下进行热压,再在180℃/10MPa/2分钟的条件下进行热压,然后在25℃/10MPa/5分钟的条件下进行冷压,由此成型出凝胶片。需要说明的是,通过使用厚度1.0mm的金属框而将凝胶片的厚度调节为1.0mm。
使用双轴同步拉伸机在115℃下将该凝胶片拉伸至7×7倍,然后将拉伸膜切成约30cm见方,并固定于内部尺寸25cm见方的金属框上。然后,将其浸渍于己烷中,提取除去液体石蜡,然后干燥24小时以上。然后,在134℃下热定形1分钟,从而得到了二次电池用隔膜。
(成型体的制法2)通常的聚合物浓度且通常的混炼时间的条件下的二次电池用隔膜的制造方法
当将超高分子量聚乙烯粉末和液体石蜡的合计设为100质量份时,配合25质量份的超高分子量聚乙烯粉末和75质量份的液体石蜡(株式会社MORESCO制造的液体石蜡(产品名称:SMOIL P-350P)),再配合1质量份的抗氧化剂(大湖化学日本株式会社制造的四[亚甲基(3,5-二叔丁基-4-羟基氢化肉桂酸酯)]甲烷(产品名称:ANOX20)),除此之外,与上述(成型体的制法1)同样地得到了二次电池用隔膜。
(成型体的制法3)短混炼时间的条件下的二次电池隔膜用微孔膜的制造方法
使用在实施例和比较例中得到的超高分子量聚乙烯粉末如下所示制造了二次电池用隔膜。
当将超高分子量聚乙烯粉末和液体石蜡的合计设为100质量份时,配合25质量份的超高分子量聚乙烯粉末和75质量份的液体石蜡(株式会社MORESCO制造的液体石蜡(产品名称:SMOIL P-350P)),再配合1质量份的抗氧化剂(大湖化学日本株式会社制造的四[亚甲基(3,5-二叔丁基-4-羟基氢化肉桂酸酯)]甲烷(产品名称:ANOX20)),在比超高分子量聚乙烯粉末的熔点(Tm2)低30℃的温度下搅拌30分钟,由此制备了浆料状液体。
将所得到的浆料状液体加入到东洋精机株式会社制造的Labo Plastomill(主体型号:4C150-01)中,在200℃恒定、5分钟、螺杆转速50rpm的条件下进行混炼,然后在180℃/1MPa/3分钟的条件下进行热压,再在180℃/10MPa/2分钟的条件下进行热压,然后在25℃/10MPa/5分钟的条件下进行冷压,由此成型出凝胶片。需要说明的是,通过使用厚度1.0mm的金属框而将凝胶片的厚度调节为1.0mm。
使用双轴同步拉伸机在115℃下将该凝胶片拉伸至7×7倍,然后将拉伸膜切成约30cm见方,并固定于内部尺寸25cm见方的金属框上。然后,将其浸渍于己烷中,提取除去液体石蜡,然后干燥24小时以上。然后,在134℃下热定形1分钟,从而得到了二次电池用隔膜。
(评价方法1)二次电池用隔膜的厚度变动
通过上述(成型体的制法1)~(成型体的制法3)中记载的方法制造作为二次电池用隔膜的微孔膜,并使用根据JIS K7130的膜厚计测定所得到的微孔膜的厚度。关于测定位置,将25cm见方的微孔膜1片切成5cm见方的微孔膜25片,测定各自的中心部,并计算出平均膜厚。以平均膜厚为基准,对作为微孔膜的品质指标之一的厚度变动(以下也称为膜厚不均)按照以下评价标准进行评价。将评价结果示于表3~表4中。
(评价标准)
◎:相对于平均膜厚存在小于±1.5μm的变动。
○:相对于平均膜厚存在大于等于±1.5μm且小于±3.0μm的变动。
×:相对于平均膜厚存在±3.0μm以上的变动。
(评价方法2)二次电池用隔膜的按基重换算穿刺强度(gf/(g/m2))
使用Kato Tech株式会社制造的便携式压缩试验仪“KES-G5”,在开口部的直径为10mm的试样支架上固定作为上述(成型体的制法1)~(成型体的制法3)中记载的二次电池用隔膜的微孔膜。接着,对被固定的微孔膜的中央部在针前端的曲率半径为0.5mm、穿刺速度为10mm/分钟的条件下进行穿刺试验,由此得到作为最大穿刺载荷的穿刺强度(gf)。通过所得到的穿刺强度(gf)除以基重而计算出按基重换算穿刺强度(gf/(g/m2))。需要说明的是,利用8片微孔膜实施8次上述操作,将8次的平均值作为按基重换算穿刺强度(gf/(g/m2)),并按照以下评价标准进行评价。将评价结果示于表3~表4中。
(评价标准)
◎:按基重换算穿刺强度为80gf/(g/m2)以上。
○:按基重换算穿刺强度大于等于60gf/(g/m2)且小于80gf/(g/m2)。
×:按基重换算穿刺强度小于60gf/(g/m2)。
(成型体的制法4)高聚合物浓度的条件下的高强度纤维的制造方法
使用超高分子量聚乙烯粉末如下所示制造了高强度纤维。当将超高分子量聚乙烯粉末和液体石蜡的合计设为100质量份时,配合15质量份的超高分子量聚乙烯粉末和85质量份的液体石蜡(株式会社MORESCO制造的液体石蜡(产品名称:SMOIL P-350P)),再配合1质量份的抗氧化剂(大湖化学日本株式会社制造的四[亚甲基(3,5-二叔丁基-4-羟基氢化肉桂酸酯)]甲烷(产品名称:ANOX20)),在比超高分子量聚乙烯粉末的熔点(Tm2)低30℃的温度下搅拌30分钟,由此制备了浆料状液体。
接着,将浆料状液体加入到东洋精机株式会社制造的Labo Plastomill(主体型号:4C150-01)中,在200℃恒定、10分钟、螺杆转速50rpm的条件下进行混炼,然后,使用东洋精机株式会社制造的Capirograph 1D(主体型号:PMD-C)实施纺丝操作。使用口径为0.5mm、长度为5mm、流入角为90°的孔。另外,关于纺丝条件,在温度为200℃、挤出速度为20mm/分钟、卷取速度为50m/分钟的条件下进行卷取。
接着,为了从卷取的丝中除去液体石蜡,使该丝浸渍在己烷中进行提取操作,然后使其干燥24小时以上。
将所得到的丝在设定为120℃的恒温槽内以20mm/分钟的速度拉伸1次,接着在设定为140℃的恒温槽内以10mm/分钟的速度拉伸2次直至丝即将断裂,由此得到了高强度纤维(拉伸丝)。
(成型体的制法5)通常的聚合物浓度和通常的混炼时间的条件下的高强度纤维的制造方法
当将超高分子量聚乙烯粉末和液体石蜡的合计设为100质量份时,配合7质量份的超高分子量聚乙烯粉末和93质量份的液体石蜡(株式会社MORESCO制造的液体石蜡(产品名称:SMOIL P-350P)),再配合1质量份的抗氧化剂(大湖化学日本株式会社制造的四[亚甲基(3,5-二叔丁基-4-羟基氢化肉桂酸酯)]甲烷(产品名称:ANOX20)),除此之外,与上述(成型体的制法5)同样地得到了高强度纤维(拉伸丝)。
(成型体的制法6)短混炼时间的条件下的高强度纤维的制造方法
使用超高分子量聚乙烯粉末如下所示制造了高强度纤维。当将超高分子量聚乙烯粉末和液体石蜡的合计设为100质量份时,配合7质量份的超高分子量聚乙烯粉末和93质量份的液体石蜡(株式会社MORESCO制造的液体石蜡(产品名称:SMOIL P-350P)),再配合1质量份的抗氧化剂(大湖化学日本株式会社制造的四[亚甲基(3,5-二叔丁基-4-羟基氢化肉桂酸酯)]甲烷(产品名称:ANOX20)),在比超高分子量聚乙烯粉末的熔点(Tm2)低30℃的温度下搅拌30分钟,由此制备了浆料状液体。
接着,将浆料状液体加入到东洋精机株式会社制造的Labo Plastomill(主体型号:4C150-01)中,在200℃恒定、5分钟、螺杆转速50rpm的条件下进行混炼,然后,使用东洋精机株式会社制造的Capirograph 1D(主体型号:PMD-C)实施纺丝操作。使用口径为0.5mm、长度为5mm、流入角为90°的孔。另外,关于纺丝条件,在温度为200℃、挤出速度为20mm/分钟、卷取速度为50m/分钟的条件下进行卷取。
接着,为了从卷取的丝中除去液体石蜡,使该丝浸渍在己烷中进行提取操作,然后使其干燥24小时以上。
将所得到的丝在设定为120℃的恒温槽内以20mm/分钟的速度拉伸1次,接着在设定为140℃的恒温槽内以10mm/分钟的速度拉伸2次直至丝即将断裂,由此得到了高强度纤维(拉伸丝)。
(评价方法3)高强度纤维的丝径不均
对于通过上述(成型体的制法4)~(成型体的制法6)中记载的方法进行纺丝而得到的高强度纤维(拉伸丝)10m,使用光学显微镜以0.5m的间隔测定丝径,并计算出平均丝径。以该平均丝径为基准,对作为高强度纤维的品质指标之一的丝径不均按照以下评价标准进行评价。将评价结果示于表3~表4中。
(评价标准)
◎:相对于平均丝径存在小于±5μm的变动。
○:相对于平均丝径存在大于等于±5μm且小于±8μm的变动。
×:相对于平均丝径存在±8μm以上的变动。
(评价方法4)高强度纤维的高速卷取性评价
对于通过上述(成型体的制法4)~(成型体的制法6)中记载的方法进行混炼而得到的凝胶,使用东洋精机株式会社制造Capirograph 1D(主体型号:PMD-C)实施纺丝操作。使用口径为0.5mm、长度为5mm、流入角为90°的孔。另外,关于纺丝条件,温度恒定在200℃、挤出速度恒定在20mm/分钟,将卷取速度以19.7m/分钟2的加速度从3m/分钟逐渐提高至200m/分钟,此时,测量发生了断裂时的速度作为高速卷取速度,根据5次的平均值,按照以下评价标准进行评价。将评价结果示于表3~表4中。
(评价标准)
◎:高速卷取速度为100m/分钟以上。
○:高速卷取速度大于等于50m/分钟且小于100m/分钟。
×:高速卷取速度小于50m/分钟。
(测定6)超高分子量聚乙烯粉末的熔点(Tm2)
使用作为差示扫描量热仪(DSC)的珀金埃尔默公司制造的DSC8000如下所示测定了在实施例和比较例中得到的超高分子量聚乙烯粉末的熔点(Tm2)。
称量8.3mg~8.5mg超高分子量聚乙烯粉末,并将其放入铝试样盘中。在该盘上安装铝盖,并将其设置在差示扫描量热仪中。在以20mL/分钟的流量利用氮气进行吹扫的同时,在下述条件下实施测定。温度校正使用作为纯物质的铟。
1)在50℃下保持1分钟,然后以10℃/min的升温速度升温至180℃。
2)在180℃下保持5分钟,然后以10℃/min的降温速度降温至50℃。
3)在50℃下保持5分钟,然后以10℃/min的升温速度升温至180℃。
将在上述3)的升温过程中得到的熔化曲线的峰顶的温度作为熔化峰温度(Tm2)。
(测定7)粒径为300μm以上的粒子所占的比例
使用在JIS Z8801中规定的10种筛(筛孔尺寸:710μm、500μm、425μm、355μm、300μm、212μm、150μm、106μm、75μm、53μm)对超高分子量聚乙烯粉末100g进行分级,由堆积在筛孔尺寸为300μm以上的筛上的粒子的重量(g)相对于全部粒子的重量计算出比例。
粒径为300μm以上的粒子的比例(%)=[堆积在筛孔尺寸为300μm以上的筛上的粒子的重量(g)]/[全部粒子的重量100(g)]×100
(测定8)粒径小于53μm的粒子所占的比例
使用在JIS Z8801中规定的10种筛(筛孔尺寸:710μm、500μm、425μm、355μm、300μm、212μm、150μm、106μm、75μm、53μm)对超高分子量聚乙烯粉末100g进行分级,由通过了筛孔尺寸为53μm的筛的粒子的重量(g)相对于全部粒子的重量计算出比例。
粒径小于53μm的粒子的比例(%)=[通过了筛孔尺寸为53μm的筛的粒子的重量(g)]/[全部粒子的重量100(g)]×100
[催化剂合成方法]
[催化剂制造例1]
(负载型茂金属催化剂成分[A]的制备)
(1)原料[a-1]的合成
将平均粒径为7μm、比表面积为700m2/g、粒子内孔体积为1.9mL/g的球形二氧化硅在氮气气氛下、在500℃下煅烧5小时,从而进行脱水。
在氮气气氛下、在容量1.8L的高压釜内将40g该脱水二氧化硅分散于800mL己烷中,从而得到浆料。
将所得到的浆料在搅拌下、在保持于20℃的同时用1小时滴加三乙基铝的己烷溶液(浓度为1mol/L)100mL,然后在相同温度下搅拌2小时。
然后,将所得到的反应混合物通过倾析而除去上清液中的未反应的三乙基铝。以这样的方式得到了利用三乙基铝进行了处理的二氧化硅成分[a-1]的己烷浆料800mL。
(2)原料[a-2]的制备
将200毫摩尔[(N-叔丁基氨基)(四甲基-η5-环戊二烯基)二甲基硅烷]钛-1,3-戊二烯(以下记为“钛络合物”)溶解于1250mL ISOPAR E[埃克森美孚公司(美国)制造的烃混合物的商品名]中,预先加入25mL的丁基乙基镁的1mol/L己烷溶液,再加入己烷而将钛络合物浓度调节至0.1mol/L,从而得到了钛络合物[a-2]。
(3)原料[a-3]的制备
将5.7g双(氢化牛脂烷基)甲基铵-三(五氟苯基)(4-羟基苯基)硼酸盐(以下记为“硼酸盐”)添加到50mL甲苯中并使其溶解,从而得到了硼酸盐的100毫摩尔/L甲苯溶液。在室温下在该硼酸盐的甲苯溶液中加入乙氧基二乙基铝的1mol/L己烷溶液5mL,再加入己烷使得溶液中的硼酸盐浓度达到70毫摩尔/L。然后,在室温下搅拌1小时,从而得到了包含硼酸盐的反应混合物[a-3]。
(4)负载型茂金属催化剂[A]的合成
将在上述(1)中得到的二氧化硅成分[a-1]浆料800mL在20℃下搅拌的同时用1小时同时添加在上述(2)中得到的钛络合物[a-2]中的32mL和在上述(3)中得到的包含硼酸盐的反应混合物[a-3]46mL,再在相同温度下搅拌1小时,从而使钛络合物与硼酸盐进行反应。需要说明的是,能够通过调节此处的钛络合物[a-2]和包含硼酸盐的反应混合物[a-3]的量而控制催化剂活性。具体地,通过增加钛络合物[a-2]和包含硼酸盐的反应混合物[a-3]的量,催化剂活性趋于增大。反应结束后,除去上清液,利用己烷除去未反应的催化剂原料,由此得到了在该二氧化硅上形成有催化剂活性物质的负载型茂金属催化剂[A](以下也称为固体催化剂成分[A]或固体催化剂A)。
(5)原料(a-4)的合成
在充分进行氮气置换后的8L不锈钢制高压釜中装入1mol/L的Mg6(C4H9)12Al(C2H5)3的己烷溶液2,000mL(以镁和铝的合计计相当于2000毫摩尔),在80℃下搅拌的同时泵送8.33mol/L的甲基氢聚硅氧烷(信越化学工业株式会社制造)的己烷溶液240mL,再在80℃下继续搅拌2小时。反应结束后,将冷却至常温后的物质作为原料(a-4)。原料(a-4)以镁和铝的合计浓度计为0.786mol/L。
[催化剂制造例2]
(固体催化剂成分[B]的制备)
(1)原料(b-1)的合成
在充分进行氮气置换后的8L不锈钢制高压釜中装入1mol/L的Mg6(C4H9)12Al(C2H5)3的己烷溶液2,000mL(以镁和铝的合计计相当于2000毫摩尔),在50℃下搅拌的同时用3小时滴加5.47mol/L的正丁醇己烷溶液146mL。滴加结束后,利用300mL己烷清洗管线。然后,在50℃下搅拌2小时的同时继续反应。反应结束后,将冷却至常温后的物质作为原料(b-1)。原料(b-1)以镁和铝的合计浓度计为0.704mol/L。
(2)原料(b-2)的合成
在充分进行氮气置换后的8L不锈钢制高压釜中装入1mol/L的Mg6(C4H9)12Al(C2H5)3的己烷溶液2,000mL(以镁和铝的合计计相当于2000毫摩尔),在80℃下搅拌的同时泵送8.33mol/L的甲基氢聚硅氧烷(信越化学工业株式会社制造)的己烷溶液240mL,再在80℃下搅拌2小时的同时继续反应。反应结束后,将冷却至常温后的物质作为原料(b-2)。原料(b-2)以镁和铝的合计浓度计为0.786mol/L。
(3)(B-1)载体的合成
在充分进行氮气置换后的8L不锈钢制高压釜中装入1mol/L的羟基三氯硅烷的己烷溶液1,000mL,在65℃下用3小时滴加原料(b-1)的有机镁化合物的己烷溶液1340mL(相当于943毫摩尔的镁),再在65℃下搅拌1小时的同时继续反应。反应结束后,除去上清液,利用1,800mL己烷清洗4次,从而得到了(B-1)载体。对该载体进行分析的结果是每1g固体中所含的镁为7.5毫摩尔。
(4)固体催化剂成分[B]的制备
在含有上述(B-1)载体110g的己烷浆料1,970mL中,在10℃下搅拌的同时用3小时同时添加1mol/L的四氯化钛的己烷溶液103mL和原料(b-2)131mL。需要说明的是,能够通过调节此处的四氯化钛的己烷溶液和原料(b-2)的量而控制催化剂活性。具体地,通过增加四氯化钛的己烷溶液和原料(b-2)的量,催化剂活性趋于增大。添加后,在10℃下继续反应1小时。反应结束后,除去上清液,利用己烷清洗4次,由此除去未反应原料成分,从而制备了固体催化剂成分[B](以下也称为固体催化剂B)。
[催化剂制造例3]
(固体催化剂成分[C]的制备)
(1)原料(c-1)的合成
在充分进行氮气置换后的8L不锈钢制高压釜中装入1mol/L的Mg6(C4H9)12Al(C2H5)3的己烷溶液2,000mL(以镁和铝的合计计相当于2000毫摩尔),在80℃下搅拌的同时泵送8.33mol/L的甲基氢聚硅氧烷(信越化学工业株式会社制造)的己烷溶液240mL,再在80℃下搅拌2小时的同时继续反应。反应结束后,将冷却至常温后的物质作为原料(c-1)。原料(c-1)以镁和铝的合计浓度计为0.786mol/L。
(2)固体催化剂成分[C]的制备
在进行氮气置换后的8L不锈钢制高压釜中添加己烷1,600mL。在10℃下搅拌的同时用5小时同时添加1mol/L的四氯化钛的己烷溶液800mL和原料(c-1)800mL。在10℃下继续反应1小时。反应结束后,除去上清液,利用己烷清洗4次,由此除去未反应原料成分,从而制备了固体催化剂成分[C](以下也称为固体催化剂C)。需要说明的是,该催化剂的催化剂活性能够通过聚合时的聚合压力进行调节。
[助催化剂]
作为助催化剂,使用以下的助催化剂1~3。
助催化剂1:市售的三异丁基铝与二异丁基氢化铝的混合物(前者与后者以质量比计为9:1的混合物)
助催化剂2:Mg6(C4H9)12Al(C2H5)3
助催化剂3:上述合成的原料(a-4)、原料(b-2)或原料(c-1)
[实施例1]
使具备搅拌装置的容器型1.5L聚合反应器的内部为真空,然后向聚合反应器内引入500mL脱水正己烷。接着,将5.0mL助催化剂1分散于100mL脱水正己烷中之后引入到聚合反应器内,将聚合反应器的温度调节至25℃,以1,000rpm的转速开始搅拌。然后,利用流量计将乙烯调节为30NL,将750.0mg固体催化剂成分[B]分散于200mL脱水正己烷中之后引入到聚合反应器内,进行1.0小时的间歇式预聚合反应。反应结束后,将所得到的预聚合催化剂(以下也称为预聚合催化剂1)抽出并收集到氮气手套箱中。
接着,使用所收集的预聚合催化剂实施正式聚合。
使具备搅拌装置的容器型1.5L聚合反应器的内部为真空,然后向聚合反应器内引入含有低分子量聚乙烯成分(以下也称为低分子量PE成分)的脱水正己烷500mL。接着,将0.6mL助催化剂1分散于100mL脱水正己烷中之后引入到聚合反应器内,将聚合反应器的温度调节至78℃,以1,000rpm的转速开始搅拌。接着,引入用于调节特性粘度IV(分子量)的氢气以使得聚合反应器内的压力为0.00035MPa,再引入乙烯以使得聚合反应器内的压力为0.7MPa。然后,将40.0mg预聚合催化剂分散于200mL脱水正己烷中之后引入到聚合反应器内,进行1.0小时的间歇式聚合反应。聚合反应中通过适当向聚合反应器内追加引入乙烯而保持聚合反应器内的压力。然后,使聚合反应器开放,通过对内容物进行减压过滤而分离并回收粉体状的固体成分。将所得到的固体成分放入口径为68mm的不锈钢烧杯中,在100℃下以50rpm的搅拌速度搅拌2.5小时的同时进行干燥,由此得到了超高分子量聚乙烯粉末。超高分子量聚乙烯粉末的产量为82.0g,催化剂活性(每单位催化剂重量所得到的聚乙烯的量)为15,000(g-PE/g-催化剂)。使用具有425μm筛孔尺寸的筛除去鳞状物(スケール)和极端的粗粉,并实施超高分子量聚乙烯粉末的物性评价。将超高分子量聚乙烯粉末的评价结果示于表1和表2中。
使用所得到的超高分子量聚乙烯粉末通过上述(成型体的制法4)~(成型体的制法6)中记载的方法制造高强度纤维,并通过上述评价方法3和评价方法4进行评价。将所得到的高强度纤维的评价结果示于表3和表4中。
[实施例2]
使具备搅拌装置的容器型1.5L聚合反应器的内部为真空,然后向聚合反应器内引入含有低分子量聚乙烯成分的脱水正己烷500mL。接着,将0.6mL助催化剂1分散于100mL脱水正己烷中之后引入到聚合反应器内,将聚合反应器的温度调节至78℃,以1,000rpm的转速开始搅拌。接着,引入用于调节特性粘度IV(分子量)的氢气以使得聚合反应器内的压力为0.00035MPa,再引入乙烯以使得聚合反应器内的压力为0.35MPa。然后,对于固体催化剂成分[C]使用湿式分级装置(佐竹MultiMix株式会社制造的SATAKE i-Classifier)仅选取粒径为2.0μm以下的尺寸,将5.0mg所选取的级分分散于200mL脱水正己烷中之后引入到聚合反应器内,进行1.0小时的间歇式聚合反应。聚合反应中通过适当向聚合反应器内追加引入乙烯而保持聚合反应器内的压力。然后,使聚合反应器开放,通过对内容物进行减压过滤而分离并回收粉体状的固体成分。将所得到的固体成分放入口径为68mm的不锈钢烧杯中,在115℃下以300rpm的搅拌速度搅拌2.0小时的同时进行干燥,由此得到了超高分子量聚乙烯粉末。超高分子量聚乙烯粉末的产量为131.6g,催化剂活性(每单位催化剂重量所得到的聚乙烯的量)为26,300(g-PE/g-催化剂)。使用具有425μm筛孔尺寸的筛除去鳞状物和极端的粗粉,然后实施超高分子量聚乙烯粉末的物性评价。将超高分子量聚乙烯粉末的评价结果示于表1和表2中。
使用所得到的超高分子量聚乙烯粉末通过上述(成型体的制法4)~(成型体的制法6)中记载的方法制造高强度纤维,并通过上述评价方法3和评价方法4进行评价。将所得到的高强度纤维的评价结果示于表3和表4中。
[实施例3]
使具备搅拌装置的容器型1.5L聚合反应器的内部为真空,然后向聚合反应器内引入含有低分子量聚乙烯成分的脱水正己烷500mL。接着,将0.6mL助催化剂1分散于100mL脱水正己烷中之后引入到聚合反应器内,将聚合反应器的温度调节至78℃,以1,000rpm的转速开始搅拌。接着,引入用于调节特性粘度IV(分子量)的氢气以使得聚合反应器内的压力为0.00035MPa,再引入乙烯以使得聚合反应器内的压力为0.35MPa。然后,将5.0mg固体催化剂成分[C]分散于200mL脱水正己烷中之后引入到聚合反应器内,进行1.0小时的间歇式聚合反应。聚合反应中通过适当向聚合反应器内追加引入乙烯而保持聚合反应器内的压力。然后,使聚合反应器开放,通过对内容物进行减压过滤而分离并回收粉体状的固体成分。将所得到的固体成分放入口径为68mm的不锈钢烧杯中,在100℃下以50rpm的搅拌速度搅拌2.5小时的同时进行干燥,由此得到了超高分子量聚乙烯粉末。超高分子量聚乙烯粉末的产量为128.5g,催化剂活性(每单位催化剂重量所得到的聚乙烯的量)为25,680(g-PE/g-催化剂)。接着,使用具有75μm筛孔尺寸的筛除去鳞状物和粗粉,然后在115℃下以300rpm的搅拌速度搅拌2.0小时,由此得到了最终的超高分子量聚乙烯粉末。实施超高分子量聚乙烯粉末的物性评价。将超高分子量聚乙烯粉末的评价结果示于表1和表2中。
使用所得到的超高分子量聚乙烯粉末通过上述(成型体的制法4)~(成型体的制法6)中记载的方法制造高强度纤维,并通过上述评价方法3和评价方法4进行评价。将所得到的高强度纤维的评价结果示于表3和表4中。
[实施例4]
使具备搅拌装置的容器型1.5L聚合反应器的内部为真空,然后向聚合反应器内引入500mL脱水正己烷。接着,将5.0mL助催化剂1分散于100mL脱水正己烷中之后引入到聚合反应器内,将聚合反应器的温度调节至25℃,以1,000rpm的转速开始搅拌。然后,利用流量计将乙烯调节为30NL,将750.0mg固体催化剂成分[B]分散于200mL脱水正己烷中之后引入到聚合反应器内,进行1.0小时的间歇式预聚合反应。反应结束后,将所得到的预聚合催化剂(以下也称为预聚合催化剂4)抽出并收集到氮气手套箱中。
接着,使用所收集的预聚合催化剂实施正式聚合。
使具备搅拌装置的容器型1.5L聚合反应器的内部为真空,然后向聚合反应器内引入500mL脱水正己烷。接着,将0.6mL助催化剂1分散于100mL脱水正己烷中之后引入到聚合反应器内,将聚合反应器的温度调节至78℃,以1,000rpm的转速开始搅拌。接着,引入用于调节特性粘度IV(分子量)的氢气以使得聚合反应器内的压力为0.00035MPa,再分别从其他管线引入乙烯和0.05摩尔%的1-丁烯(以下也称为共聚单体)以使得聚合反应器内的压力为0.7MPa。然后,将40.0mg预聚合催化剂分散于200mL脱水正己烷中之后引入到聚合反应器内,进行1.0小时的间歇式聚合反应。聚合反应中通过适当向聚合反应器内追加引入乙烯和共聚单体而保持聚合反应器内的压力。然后,使聚合反应器开放,通过对内容物进行减压过滤而分离并回收粉体状的固体成分。将所得到的固体成分放入口径为68mm的不锈钢烧杯中,在100℃下以50rpm的搅拌速度搅拌2.5小时的同时进行干燥,由此得到了超高分子量聚乙烯粉末。超高分子量聚乙烯粉末的产量为80.3g,催化剂活性(每单位催化剂重量所得到的聚乙烯的量)为14,290(g-PE/g-催化剂)。使用具有425μm筛孔尺寸的筛除去鳞状物和极端的粗粉,并实施超高分子量聚乙烯粉末的物性评价。将超高分子量聚乙烯粉末的评价结果示于表1和表2中。
使用所得到的超高分子量聚乙烯粉末通过上述(成型体的制法4)~(成型体的制法6)中记载的方法制造高强度纤维,并通过上述评价方法3和评价方法4进行评价。将所得到的高强度纤维的评价结果示于表3和表4中。
[实施例5]
使具备搅拌装置的容器型1.5L聚合反应器的内部为真空,然后向聚合反应器内引入500mL脱水正己烷。接着,将5.0mL助催化剂1分散于100mL脱水正己烷中之后引入到聚合反应器内,将聚合反应器的温度调节至25℃,以1,000rpm的转速开始搅拌。然后,利用流量计将乙烯调节为30NL,将750.0mg固体催化剂成分[B]分散于200mL脱水正己烷中之后引入到聚合反应器内,进行1.0小时的间歇式预聚合反应。反应结束后,将所得到的预聚合催化剂(以下也称为预聚合催化剂5)抽出并收集到氮气手套箱中。
接着,使用所收集的预聚合催化剂实施正式聚合。
使具备搅拌装置的容器型1.5L聚合反应器的内部为真空,然后向聚合反应器内引入含有低分子量聚乙烯成分的脱水正己烷500mL。接着,将0.6mL助催化剂1分散于100mL脱水正己烷中之后引入到聚合反应器内,将聚合反应器的温度调节至80℃,以1,000rpm的转速开始搅拌。接着,引入用于调节特性粘度IV(分子量)的氢气以使得聚合反应器内的压力为0.045MPa,再引入乙烯以使得聚合反应器内的压力为0.8MPa。然后,将40.0mg预聚合催化剂分散于200mL脱水正己烷中之后引入到聚合反应器内,进行1.0小时的间歇式聚合反应。聚合反应中通过适当向聚合反应器内追加引入乙烯而保持聚合反应器内的压力。然后,使聚合反应器开放,通过对内容物进行减压过滤而分离并回收粉体状的固体成分。将所得到的固体成分放入口径为68mm的不锈钢烧杯中,在100℃下以50rpm的搅拌速度搅拌2.5小时的同时进行干燥,由此得到了超高分子量聚乙烯粉末。超高分子量聚乙烯粉末的产量为94.5g,催化剂活性(每单位催化剂重量所得到的聚乙烯的量)为16,730(g-PE/g-催化剂)。使用具有425μm筛孔尺寸的筛除去鳞状物和极端的粗粉,并实施超高分子量聚乙烯粉末的物性评价。将超高分子量聚乙烯粉末的评价结果示于表1和表2中。
使用所得到的超高分子量聚乙烯粉末通过上述(成型体的制法1)~(成型体的制法3)中记载的方法制造二次电池隔膜用微孔膜,并通过上述评价方法1和评价方法2进行评价。将所得到的微孔膜的评价结果示于表3和表4中。
[实施例6]
使具备搅拌装置的容器型1.5L聚合反应器的内部为真空,然后向聚合反应器内引入500mL脱水正己烷。接着,将5.0mL助催化剂1分散于100mL脱水正己烷中之后引入到聚合反应器内,将聚合反应器的温度调节至25℃,以1,000rpm的转速开始搅拌。然后,利用流量计将乙烯调节为30NL,将750.0mg固体催化剂成分[B]分散于200mL脱水正己烷中之后引入到聚合反应器内,进行1.0小时的间歇式预聚合反应。反应结束后,将所得到的预聚合催化剂(以下也称为预聚合催化剂6)抽出并收集到氮气手套箱中。
接着,使用所收集的预聚合催化剂实施正式聚合。
使具备搅拌装置的容器型1.5L聚合反应器的内部为真空,然后向聚合反应器内引入含有低分子量聚乙烯成分的脱水正己烷500mL。接着,将0.6mL助催化剂1分散于100mL脱水正己烷中之后引入到聚合反应器内,将聚合反应器的温度调节至80℃,以1,000rpm的转速开始搅拌。接着,引入用于调节特性粘度IV(分子量)的氢气以使得聚合反应器内的压力为0.016MPa,再引入乙烯以使得聚合反应器内的压力为0.8MPa。然后,将40.0mg预聚合催化剂分散于200mL脱水正己烷中之后引入到聚合反应器内,进行1.0小时的间歇式聚合反应。聚合反应中通过适当向聚合反应器内追加引入乙烯而保持聚合反应器内的压力。然后,使聚合反应器开放,通过对内容物进行减压过滤而分离并回收粉体状的固体成分。将所得到的固体成分放入口径为68mm的不锈钢烧杯中,在100℃下以50rpm的搅拌速度搅拌2.5小时的同时进行干燥,由此得到了超高分子量聚乙烯粉末。超高分子量聚乙烯粉末的产量为92.5g,催化剂活性(每单位催化剂重量所得到的聚乙烯的量)为16,230(g-PE/g-催化剂)。使用具有425μm筛孔尺寸的筛除去鳞状物和极端的粗粉,并实施超高分子量聚乙烯粉末的物性评价。将超高分子量聚乙烯粉末的评价结果示于表1和表2中。
使用所得到的超高分子量聚乙烯粉末通过上述(成型体的制法1)~(成型体的制法3)中记载的方法制造二次电池隔膜用微孔膜,并通过上述评价方法1和评价方法2进行评价。将所得到的微孔膜的评价结果示于表3和表4中。
[实施例7]
使具备搅拌装置的容器型1.5L聚合反应器的内部为真空,然后向聚合反应器内引入500mL脱水正己烷。接着,将5.0mL助催化剂1分散于100mL脱水正己烷中之后引入到聚合反应器内,将聚合反应器的温度调节至25℃,以1,000rpm的转速开始搅拌。然后,利用流量计将乙烯调节为30NL,将750.0mg固体催化剂成分[B]分散于200mL脱水正己烷中之后引入到聚合反应器内,进行1.0小时的间歇式预聚合反应。反应结束后,将所得到的预聚合催化剂(以下也称为预聚合催化剂7)抽出并收集到氮气手套箱中。
接着,使用所收集的预聚合催化剂实施正式聚合。
使具备搅拌装置的容器型1.5L聚合反应器的内部为真空,然后向聚合反应器内引入含有低分子量聚乙烯成分的脱水正己烷500mL。接着,将0.6mL助催化剂1分散于100mL脱水正己烷中之后引入到聚合反应器内,将聚合反应器的温度调节至80℃,以1,000rpm的转速开始搅拌。接着,引入用于调节特性粘度IV(分子量)的氢气以使得聚合反应器内的压力为0.0036MPa,再引入乙烯以使得聚合反应器内的压力为0.8MPa。然后,将40.0mg预聚合催化剂分散于200mL脱水正己烷中之后引入到聚合反应器内,进行1.0小时的间歇式聚合反应。聚合反应中通过适当向聚合反应器内追加引入乙烯而保持聚合反应器内的压力。然后,使聚合反应器开放,通过对内容物进行减压过滤而分离并回收粉体状的固体成分。将所得到的固体成分放入口径为68mm的不锈钢烧杯中,在100℃下以50rpm的搅拌速度搅拌2.5小时的同时进行干燥,由此得到了超高分子量聚乙烯粉末。超高分子量聚乙烯粉末的产量为96.5g,催化剂活性(每单位催化剂重量所得到的聚乙烯的量)为16,980(g-PE/g-催化剂)。使用具有425μm筛孔尺寸的筛除去鳞状物和极端的粗粉,并实施超高分子量聚乙烯粉末的物性评价。将超高分子量聚乙烯粉末的评价结果示于表1和表2中。
使用所得到的超高分子量聚乙烯粉末通过上述(成型体的制法1)~(成型体的制法3)中记载的方法制造二次电池隔膜用微孔膜,并通过上述评价方法1和评价方法2进行评价。将所得到的微孔膜的评价结果示于表3和表4中。
[实施例8]
使具备搅拌装置的容器型1.5L聚合反应器的内部为真空,然后向聚合反应器内引入500mL脱水正己烷。接着,将5.0mL助催化剂2分散于100mL脱水正己烷中之后引入到聚合反应器内,将聚合反应器的温度调节至25℃,以1,000rpm的转速开始搅拌。然后,利用流量计将乙烯调节为30NL,将750.0mg固体催化剂成分[B]分散于200mL脱水正己烷中之后引入到聚合反应器内,进行1.0小时的间歇式预聚合反应。反应结束后,将所得到的预聚合催化剂(以下也称为预聚合催化剂8)抽出并收集到氮气手套箱中。
接着,使用所收集的预聚合催化剂实施正式聚合。
使具备搅拌装置的容器型1.5L聚合反应器的内部为真空,然后向聚合反应器内引入含有低分子量聚乙烯成分的脱水正己烷500mL。接着,将0.6mL助催化剂2分散于100mL脱水正己烷中之后引入到聚合反应器内,将聚合反应器的温度调节至70℃,以1,000rpm的转速开始搅拌。接着,引入乙烯气体以使得聚合反应器内的压力为0.7MPa。然后,将40.0mg预聚合催化剂分散于200mL脱水正己烷中之后引入到聚合反应器内,进行1.0小时的间歇式聚合反应。聚合反应中通过适当向聚合反应器内追加引入乙烯而保持聚合反应器内的压力。然后,使聚合反应器开放,通过对内容物进行减压过滤而分离并回收粉体状的固体成分。将所得到的固体成分放入口径为68mm的不锈钢烧杯中,在100℃下以50rpm的搅拌速度搅拌2.5小时的同时进行干燥,由此得到了超高分子量聚乙烯粉末。超高分子量聚乙烯粉末的产量为79.5g,催化剂活性(每单位催化剂重量所得到的聚乙烯的量)为11,000(g-PE/g-催化剂)。使用具有425μm筛孔尺寸的筛除去鳞状物和极端的粗粉,并实施超高分子量聚乙烯粉末的物性评价。将超高分子量聚乙烯粉末的评价结果示于表1和表2中。
使用所得到的超高分子量聚乙烯粉末通过上述(成型体的制法4)~(成型体的制法6)中记载的方法制造高强度纤维,并通过上述评价方法3和评价方法4进行评价。将所得到的高强度纤维的评价结果示于表3和表4中。
[实施例9]
使具备搅拌装置的容器型1.5L聚合反应器的内部为真空,然后向聚合反应器内引入500mL脱水正己烷。接着,将5.0mL助催化剂2分散于100mL脱水正己烷中之后引入到聚合反应器内,将聚合反应器的温度调节至25℃,以1,000rpm的转速开始搅拌。然后,利用流量计将乙烯调节为30NL,将750.0mg固体催化剂成分[B]分散于200mL脱水正己烷中之后引入到聚合反应器内,进行1.0小时的间歇式预聚合反应。反应结束后,将所得到的预聚合催化剂(以下也称为预聚合催化剂9)抽出并收集到氮气手套箱中。
接着,使用所收集的预聚合催化剂实施正式聚合。
使具备搅拌装置的容器型1.5L聚合反应器的内部为真空,然后向聚合反应器内引入含有低分子量聚乙烯成分的脱水正己烷500mL。接着,将0.6mL助催化剂2分散于100mL脱水正己烷中之后引入到聚合反应器内,将聚合反应器的温度调节至58℃,以1,000rpm的转速开始搅拌。接着,引入乙烯气体以使得聚合反应器内的压力为0.7MPa。然后,将40.0mg的预聚合催化剂分散于200mL脱水正己烷中之后引入到聚合反应器内,进行1.0小时的间歇式聚合反应。聚合反应中通过适当向聚合反应器内追加引入乙烯而保持聚合反应器内的压力。然后,使聚合反应器开放,通过对内容物进行减压过滤而分离并回收粉体状的固体成分。将所得到的固体成分放入口径为68mm的不锈钢烧杯中,在100℃下以50rpm的搅拌速度搅拌2.5小时的同时进行干燥,由此得到了超高分子量聚乙烯粉末。超高分子量聚乙烯粉末的产量为72.5g,催化剂活性(每单位催化剂重量所得到的聚乙烯的量)为8,980(g-PE/g-催化剂)。使用具有425μm筛孔尺寸的筛除去鳞状物和极端的粗粉,并实施超高分子量聚乙烯粉末的物性评价。将超高分子量聚乙烯粉末的评价结果示于表1和表2中。
使用所得到的超高分子量聚乙烯粉末通过上述(成型体的制法4)~(成型体的制法6)中记载的方法制造高强度纤维,并通过上述评价方法3和评价方法4进行评价。将所得到的高强度纤维的评价结果示于表3和表4中。
[实施例10]
使具备搅拌装置的容器型1.5L聚合反应器的内部为真空,然后向聚合反应器内引入500mL脱水正己烷。接着,将5.0mL助催化剂3分散于100mL脱水正己烷中之后引入到聚合反应器内,将聚合反应器的温度调节至25℃,以1,000rpm的转速开始搅拌。然后,利用流量计将乙烯调节为30NL,将750.0mg固体催化剂成分[A]分散于200mL脱水正己烷中之后引入到聚合反应器内,进行1.0小时的间歇式预聚合反应。反应结束后,将所得到的预聚合催化剂(以下也称为预聚合催化剂10)抽出并收集到氮气手套箱中。
接着,使用所收集的预聚合催化剂实施正式聚合。
使具备搅拌装置的容器型1.5L聚合反应器的内部为真空,然后向聚合反应器内引入含有低分子量聚乙烯成分的脱水正己烷500mL。接着,将0.6mL助催化剂3分散于100mL脱水正己烷中之后引入到聚合反应器内,将聚合反应器的温度调节至70℃,以1,000rpm的转速开始搅拌。接着,引入乙烯气体以使得聚合反应器内的压力为0.8MPa。然后,将40.0mg预聚合催化剂分散于200mL脱水正己烷中之后引入到聚合反应器内,进行1.0小时的间歇式聚合反应。聚合反应中通过适当向聚合反应器内追加引入乙烯而保持聚合反应器内的压力。然后,使聚合反应器开放,通过对内容物进行减压过滤而分离并回收粉体状的固体成分。将所得到的固体成分放入口径为68mm的不锈钢烧杯中,在100℃下以50rpm的搅拌速度搅拌2.5小时的同时进行干燥,由此得到了超高分子量聚乙烯粉末。超高分子量聚乙烯粉末的产量为70.3g,催化剂活性(每单位催化剂重量所得到的聚乙烯的量)为8,520(g-PE/g-催化剂)。使用具有425μm筛孔尺寸的筛除去鳞状物和极端的粗粉,并实施超高分子量聚乙烯粉末的物性评价。将超高分子量聚乙烯粉末的评价结果示于表1和表2中。
使用所得到的超高分子量聚乙烯粉末通过上述(成型体的制法4)~(成型体的制法6)中记载的方法制造高强度纤维,并通过上述评价方法3和评价方法4进行评价。将所得到的高强度纤维的评价结果示于表3和表4中。
[比较例1]
使具备搅拌装置的容器型1.5L聚合反应器的内部为真空,然后向聚合反应器内引入500mL脱水正己烷。接着,将0.6mL助催化剂1分散于100mL脱水正己烷中之后引入到聚合反应器内,将聚合反应器的温度调节至78℃,以1,000rpm的转速开始搅拌。接着,引入用于调节特性粘度IV(分子量)的氢气以使得聚合反应器内的压力为0.00035MPa,再引入乙烯以使得聚合反应器内的压力为0.35MPa。然后,将5.0mg固体催化剂成分[C]分散于200mL脱水正己烷中之后引入到聚合反应器内,进行1.0小时的间歇式聚合反应。聚合反应中通过适当向聚合反应器内追加引入乙烯而保持聚合反应器内的压力。然后,使聚合反应器开放,通过对内容物进行减压过滤而分离并回收粉体状的固体成分。将所得到的固体成分放入口径为68mm的不锈钢烧杯中,在100℃下以50rpm的搅拌速度搅拌2.5小时的同时进行干燥,由此得到了超高分子量聚乙烯粉末。超高分子量聚乙烯粉末的产量为125.5g,催化剂活性(每单位催化剂重量所得到的聚乙烯的量)为21,280(g-PE/g-催化剂)。使用具有425μm筛孔尺寸的筛除去鳞状物和极端的粗粉,并实施超高分子量聚乙烯粉末的物性评价。将超高分子量聚乙烯粉末的评价结果示于表1和表2中。
使用所得到的超高分子量聚乙烯粉末通过上述(成型体的制法4)~(成型体的制法6)中记载的方法制造高强度纤维,并通过上述评价方法3和评价方法4进行评价。将所得到的高强度纤维的评价结果示于表3和表4中。
[比较例2]
使具备搅拌装置的容器型1.5L聚合反应器的内部为真空,然后向聚合反应器内引入500mL脱水正己烷。接着,将0.6mL助催化剂2分散于100mL脱水正己烷中之后引入到聚合反应器内,将聚合反应器的温度调节至58℃,以1,000rpm的转速开始搅拌。接着,引入乙烯气体以使得聚合反应器内的压力为0.35MPa。然后,将5.0mg固体催化剂成分[B]分散于200mL脱水正己烷中之后引入到聚合反应器内,进行1.0小时的间歇式聚合反应。聚合反应中通过适当向聚合反应器内追加引入乙烯而保持聚合反应器内的压力。然后,使聚合反应器开放,通过对内容物进行减压过滤而分离并回收粉体状的固体成分。将所得到的固体成分放入口径为68mm的不锈钢烧杯中,在100℃下以50rpm的搅拌速度搅拌2.5小时的同时进行干燥,由此得到了超高分子量聚乙烯粉末。超高分子量聚乙烯粉末的产量为52.5g,催化剂活性(每单位催化剂重量所得到的聚乙烯的量)为4,230(g-PE/g-催化剂)。使用具有425μm筛孔尺寸的筛除去鳞状物和极端的粗粉,并实施超高分子量聚乙烯粉末的物性评价。将超高分子量聚乙烯粉末的评价结果示于表1和表2中。
使用所得到的超高分子量聚乙烯粉末通过上述(成型体的制法4)~(成型体的制法6)中记载的方法制造高强度纤维,并通过上述评价方法3和评价方法4进行评价。将所得到的高强度纤维的评价结果示于表3和表4中。
[比较例3]
使具备搅拌装置的容器型1.5L聚合反应器的内部为真空,然后向聚合反应器内引入500mL脱水正己烷。接着,将5.0mL助催化剂1分散于100mL脱水正己烷中之后引入到聚合反应器内,将聚合反应器的温度调节至25℃,以1,000rpm的转速开始搅拌。然后,利用流量计将乙烯调节为30NL,将750.0mg固体催化剂成分[B]分散于200mL脱水正己烷中之后引入到聚合反应器内,进行1.0小时的间歇式预聚合反应。反应结束后,将所得到的预聚合催化剂抽出并收集到氮气手套箱中。
接着,使用所收集的预聚合催化剂(以下也称为预聚合催化剂H-3)实施正式聚合。
使具备搅拌装置的容器型1.5L聚合反应器的内部为真空,然后向聚合反应器内引入含有低分子量聚乙烯成分的脱水正己烷500mL。接着,将0.6mL助催化剂1分散于100mL脱水正己烷中之后引入到聚合反应器内,将聚合反应器的温度调节至80℃,以1,000rpm的转速开始搅拌。接着,引入用于调节特性粘度IV(分子量)的氢气以使得聚合反应器内的压力为0.24MPa,再引入乙烯以使得聚合反应器内的压力为0.8MPa。然后,将40.0mg预聚合催化剂分散于200mL脱水正己烷中之后引入到聚合反应器内,进行1.0小时的间歇式聚合反应。聚合反应中通过适当向聚合反应器内追加引入乙烯而保持聚合反应器内的压力。然后,使聚合反应器开放,通过对内容物进行减压过滤而分离并回收粉体状的固体成分。将所得到的固体成分放入口径为68mm的不锈钢烧杯中,在100℃下以50rpm的搅拌速度搅拌2.5小时的同时进行干燥,由此得到了超高分子量聚乙烯粉末。超高分子量聚乙烯粉末的产量为93.5g,催化剂活性(每单位催化剂重量所得到的聚乙烯的量)为16,500(g-PE/g-催化剂)。使用具有425μm筛孔尺寸的筛除去鳞状物和极端的粗粉,并实施超高分子量聚乙烯粉末的物性评价。将超高分子量聚乙烯粉末的评价结果示于表1和表2中。
使用所得到的超高分子量聚乙烯粉末通过上述(成型体的制法1)~(成型体的制法3)中记载的方法制造二次电池隔膜用微孔膜,并通过上述评价方法1和评价方法2进行评价。将所得到的微孔膜的评价结果示于表3和表4中。
[比较例4]
使具备搅拌装置的容器型1.5L聚合反应器的内部为真空,然后向聚合反应器内引入500mL脱水正己烷。接着,将5.0mL助催化剂3分散于100mL脱水正己烷中之后引入到聚合反应器内,将聚合反应器的温度调节至25℃,以1,000rpm的转速开始搅拌。然后,利用流量计将乙烯调节为30NL,将750.0mg固体催化剂成分[A]分散于200mL脱水正己烷中之后引入到聚合反应器内,进行1.0小时的间歇式预聚合反应。反应结束后,将所得到的预聚合催化剂抽出并收集到氮气手套箱中。
接着,使用所收集的预聚合催化剂(以下也称为预聚合催化剂H-4)实施正式聚合。
使具备搅拌装置的容器型1.5L聚合反应器的内部为真空,然后向聚合反应器内引入含有低分子量聚乙烯成分的脱水正己烷500mL。接着,将0.6mL助催化剂3分散于100mL脱水正己烷中之后引入到聚合反应器内,将聚合反应器的温度调节至60℃,以1,000rpm的转速开始搅拌。接着,引入乙烯气体以使得聚合反应器内的压力为0.8MPa。然后,将40.0mg预聚合催化剂分散于200mL脱水正己烷中之后引入到聚合反应器内,进行1.0小时的间歇式聚合反应。聚合反应中通过适当向聚合反应器内追加引入乙烯而保持聚合反应器内的压力。然后,使聚合反应器开放,通过对内容物进行减压过滤而分离并回收粉体状的固体成分。将所得到的固体成分放入口径为68mm的不锈钢烧杯中,在100℃下以50rpm的搅拌速度搅拌2.5小时的同时进行干燥,由此得到了超高分子量聚乙烯粉末。超高分子量聚乙烯粉末的产量为66.3g,催化剂活性(每单位催化剂重量所得到的聚乙烯的量)为7,780(g-PE/g-催化剂)。使用具有425μm筛孔尺寸的筛除去鳞状物和极端的粗粉,并实施超高分子量聚乙烯粉末的物性评价。将超高分子量聚乙烯粉末的评价结果示于表1和表2中。
使用所得到的超高分子量聚乙烯粉末通过上述(成型体的制法4)~(成型体的制法6)中记载的方法制造高强度纤维,并通过上述评价方法3和评价方法4进行评价。将所得到的高强度纤维的评价结果示于表3和表4中。
[表1]
[表2]
[表3]
[表4]
产业实用性
本发明的超高分子量聚乙烯粉末通过在粉末中心部具有空隙部而成型加工性优异,能够提供高品质的成型体、例如二次电池用隔膜和纤维,具有产业实用性。

Claims (9)

1.一种超高分子量聚乙烯粉末,其中,所述超高分子量聚乙烯粉末的特性粘度IV为1.0dL/g以上且33.0dL/g以下,
在所述超高分子量聚乙烯粉末的内部具有空隙部,并且
在所述粉末的截面结构中,相对于截面面积A,所述空隙部占有的面积的比例为5%以上,
所述截面结构为所述粉末中的粒径属于平均粒径D50±5μm的范围的粉末P的截面结构,
所述截面面积A为以所述粉末P外切的四边形的对角线的交点为中心的20μm×20μm见方的面积。
2.根据权利要求1所述的超高分子量聚乙烯粉末,其中,相对于所述超高分子量聚乙烯粉末的总量,粒径为300μm以上的超高分子量聚乙烯粉末所占的比例为10质量%以下,
相对于所述超高分子量聚乙烯粉末的总量,粒径小于53μm的超高分子量聚乙烯粉末所占的比例为20质量%以下。
3.根据权利要求1所述的超高分子量聚乙烯粉末,其中,所述超高分子量聚乙烯粉末的结晶度为70%以上且85%以下。
4.根据权利要求1所述的超高分子量聚乙烯粉末,其中,所述超高分子量聚乙烯粉末的表观密度为0.45g/cm3以下。
5.根据权利要求1所述的超高分子量聚乙烯粉末,其中,所述超高分子量聚乙烯粉末中的钛含量为10ppm以下。
6.根据权利要求1所述的超高分子量聚乙烯粉末,其中,所述超高分子量聚乙烯粉末中的钛含量为3ppm以下。
7.一种成型体,其中,所述成型体通过将权利要求1~6中任一项所述的超高分子量聚乙烯粉末成型而得到。
8.根据权利要求7所述的成型体,其中,所述成型体为二次电池用隔膜。
9.根据权利要求7所述的成型体,其中,所述成型体为纤维。
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