JP2008144152A - プロピレン系重合体及びその製造方法 - Google Patents

プロピレン系重合体及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】機械的物性(バランスを含む)に優れ、また、溶融張力(MT)や溶融流動性が改良され、加工成形性、外観に優れたプロピレン系重合体、およびその製造方法を提供する。
【解決手段】下記の結晶性成分(A)と非結晶性成分(B)から構成され、且つ、(i)GPCで測定する重量平均分子量(Mw)が10万〜100万であり、(ii)熱p−キシレンに不溶な成分が0.3%以下であり、(iii)伸長粘度の測定における歪硬化度(λmax)が2.0以上であることを特徴とするプロピレン系重合体等を提供した。
結晶性成分(A):(A1)〜(A5)に規定する要件を有する25℃でp−キシレンに不溶となる成分(CXIS)。
非結晶性成分(B):(B1)〜(B4)に規定する要件を有する25℃でp−キシレンに溶解する成分(CXS)。
【選択図】なし

Description

本発明は、プロピレン系重合体及びその製造方法に関し、さらに詳しくは、高い剛性を維持したまま、優れた耐衝撃強度や引張り破断強度などの機械的物性に優れ、また、溶融流動性が改良され、加工成形性、外観に優れたプロピレン系重合体及びその製造方法に関する。
従来、ポリプロピレンは、高融点、高引張強度、高剛性、耐薬品性であるという特徴を有するため、多くの分野において広範囲に用いられている。しかし、単一組成のホモポリプロピレン単独では、変形に脆いという欠点があり、耐衝撃性や引張り破断伸びなどの物性が十分ではないという問題がある。また、通常のポリプロピレンは、溶融張力、溶融粘弾性が低く、熱成形、発泡成形、ブロー成形などへの使用に制限がでてしまうという問題がある。さらに、非ニュートン性が小さくスウェルが小さいために、成型体にフローマークがでる等、外観が悪化してしまうという欠点がある。
上記ポリプロピレンの耐衝撃性や引張り破断伸びを改良する方法として、重合段階で結晶性プロピレン系重合体成分とゴム成分をブレンドするブロック共重合体とする方法がよく用いられている。
しかしながら、このブレンド物は、一般にプロピレン系ブロック共重合体と呼ばれるが、厳密な意味で結晶性プロピレン系重合体成分とゴム成分が化学結合しているブロック共重合体ではない。そのため、結晶性プロピレン系重合体成分中で、ゴム成分が粗大に相分離してしまい、耐衝撃性や引張り破断伸びを改良する方法としては限界があった。
そこで、真に結晶性プロピレン系重合体成分とゴム成分が化学結合したブロック共重合体が製造できることが、相分離構造を制御し、耐衝撃性や引張り破断伸びを改良する方法として望まれている。
そのようなブロック共重合体を製造する方法としては、共重合可能なビニル基を末端にもつプロピレン系マクロマーとプロピレン等と共重合する方法が考えられるが、一般的なZigler−Natta触媒といったPP重合用触媒を用いた場合、末端構造は、主に水素で連鎖移動したことにより生成する飽和アルキル末端となり、共重合可能なマクロマーとはならない。また、副生する不飽和アルキル末端としても、共重合不可能なビニリデン末端として生成してしまい、その結果、真に結晶性プロピレン系重合体成分とゴム成分が化学結合したブロック共重合体を製造することは、不可能であった。
ところで、特異な構造の錯体をもちいた場合に、末端にビニル構造を優先的に合成できることがわかっている(例えば、特許文献1、非特許文献1、3等参照。)。そして、そのような錯体を用いてプロピレン系マクロマーを合成し、その後プロピレンと共重合する方法が開示されている(特許文献2、3、非特許文献2、4等参照。)。
しかしながら、特許文献2、非特許文献4に開示される化合物は、分岐構造を有するものの、結晶性プロピレン系重合体成分とゴム成分で構成されていないため、耐衝撃性といった機械物性は良くなっていない。また、特許文献2に開示される化合物の側鎖分子量は、高々Mnで13000(Mw25000程度)と、十分大きくないために溶融物性改良の効果も十分ではない。また、機械物性を向上させるという改質の効果も、十分なものではない。
また、特許文献3、非特許文献2に示される化合物は、非結晶性部位としてアタクチックポリプロピレン(アタクチックPP)を用いているため、結晶性プロピレン系重合体が構成するマトリックス自体の構造を変質してしまい、剛性等の機械的物性を悪化させてしまうという問題点がある。また、特許文献3に開示される化合物の側鎖分子量も、高々Mnが15,700(Mw30,000程度)であり、側鎖の分子量は十分ではなく、溶融物性改良の効果は、十分ではない。また、機械物性を向上させるという改質の効果も、十分なものではない。
そこで、非結晶性部位として結晶性プロピレン系重合体とは異なる組成の非結晶性の重合体を、側鎖に用いた構造のプロピレン系共重合体が開示されている。例えば、プロピレン単独重合体とプロピレン系共重合体との相溶化剤として好適なプロピレン系共重合体、具体的には、エチレン−プロピレン系共重合体を側鎖として有するプロピレン系共重合体が開示されている(特許文献4、5等参照。)。
しかしながら、これらのプロピレン系共重合体では、分岐鎖の長さが不十分なため、溶融物性を改良する効果も不十分である。
更に、上記欠点を改良するために高分子量化したEPRマクロマーを共重合した化合物および製造方法が開示されているが(特許文献6等参照)、側鎖分子量は、高々Mnが14900(Mw25200程度)で、まだ高分子量化は十分ではなく、その結果、溶融物性を改良する効果も十分ではない。
また、これらの方法では、末端がビニル構造であるマクロマーを効率的に生成させるために、比較的高温かつ低圧でスラリー重合を用いなければならず、生産効率、環境負荷という観点から、好ましいものではない。
また、末端にビニル基を有するEPRマクロマー、PPマクロマーを効率的に合成するために、α,ω−ジエンを共重合した化合物を開示している(特許文献7、8等参照。)。
しかしながら、α,ω−ジエンを使用した場合は、架橋反応が共重合と同時に進行してしまい、結果的にゲル化してしまうという問題がある。また、そのような方法で製造した共重合体中に、α,ω−ジエンの未反応物が残存してしまい、組成物や成型品にしても臭気が残ってしまう等の問題がある。
そこで、T.C.Chungらが、アイソタクチックPPを分岐させる重合方法と、その結果生成する分岐化合物の構造を、考案しているが(非特許文献5等参照。)、その方法では、分岐点にスチレン誘導体を使用せねばならず、分岐点の量や分岐点の化学的安定性に問題が生じる。また、ベンゼン環を含有するためポリマーのクリーン性にも問題が生じる懸念がある。
更にまた、エチレンプロピレンジエンメチレンゴム(以下、EPDMと称する)のジエン部分に、アイソタクチックPPをグラフトさせる技術が開示されているが(特許文献9、非特許文献6等参照。)、主鎖の非結晶性エチレン含有セグメントの分子量が3万程度と不十分であり、溶融物性を改良する効果は、十分ではない。
特表2001−525461号公報 特表2001−525460号公報 特表2001−525463号公報 特開平10−338704号公報 国際公開WO01/07493号 国際公開WO02/079322号 特開2004−35769号公報 特開2004−143434号公報 ヨーロッパ特許366411号公報 RESCONI J.Am.Chem.Soc 1992,114,1025 Shiono, T. Macromolecules 1999, 32,5723−5727 Macromol Rapid Commun 2000, 21,1103 Macromol Rapid Commun 2001 22,1488 Progress in polymer science 27(2002) p70−71 Macromolecules 1991 24 561
本発明の目的は、上記問題点に鑑み、プロピレン系重合体および組成物において、機械的物性(バランスを含む)に優れ、また、溶融張力(MT)や溶融流動性が改良され、加工成形性、外観に優れたプロピレン系重合体、およびその製造方法を提供することにある。また、改質材として用いた場合に、従来あるプロピレン系ブロック共重合体の機械物性を向上させることができるプロピレン系重合体、およびその製造方法を提供することにある。
本発明者等は、上記課題を解決するため、鋭意研究を重ねた結果、結晶性部位および非結晶性部位に特定の(分岐を含む)構造を有するプロピレン系重合体が、上記の課題を解決できることを見出し、これらの知見に基き、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の第1の発明によれば、下記の結晶性成分(A)と非結晶性成分(B)から構成され、且つ、(i)GPCで測定する重量平均分子量(Mw)が10万〜100万であり、(ii)熱p−キシレンに不溶な成分が0.3%以下であり、(iii)伸長粘度の測定における歪硬化度(λmax)が2.0以上であることを特徴とするプロピレン系重合体が提供される。
結晶性成分(A):次の(A1)〜(A5)に規定する要件を有する25℃でp−キシレンに不溶となる成分(CXIS)。
(A1)重合体全量に対して20重量%〜95重量%未満である、
(A2)GPCで測定する重量平均分子量(Mw)が10万〜100万である、
(A3)13C−NMRで測定するアイソタクチックトライアッド分率(mm)が93%以上である、
(A4)伸長粘度の測定における歪硬化度(λmax)が2.0以上である、
(A5)プロピレン単位と、エチレン単位またはα−オレフィン単位を含有する。
非結晶性成分(B):次の(B1)〜(B4)に規定する要件を有する25℃でp−キシレンに溶解する成分(CXS)。
(B1)重合体全量に対して5重量%〜80重量%未満である、
(B2)GPCで測定する重量平均分子量(Mw)が10万〜100万である、
(B3)伸長粘度の測定における歪硬化度(λmax)が2.0以上である、
(B4)プロピレン単位と、エチレン単位および/またはα−オレフィン単位を含有する。
また、本発明の第2の発明によれば、第1の発明において、結晶性成分(A)は、エチレン単位を含むものであって、エチレン含量が0.1〜10重量%であることを特徴とするプロピレン系重合体が提供される。
さらに、本発明の第3の発明によれば、第1又は第2の発明において、非結晶性成分(B)は、エチレン単位を含むものであって、エチレン含量が10〜60重量%であることを特徴とするプロピレン系重合体が提供される。
また、本発明の第4〜6の発明によれば、第1〜3のいずれかの発明において、結晶性セグメントを側鎖に有し、非結晶性セグメントを主鎖に有するグラフト共重合体を含むことを特徴とするプロピレン系重合体が提供され、特に、結晶性成分(A)または結晶性成分(A)と非結晶性成分(B)には、結晶性セグメントを側鎖に有し、非結晶性セグメントを主鎖に有するグラフト共重合体を含むことを特徴とするプロピレン系重合体が提供される。
さらに、本発明の第7の発明によれば、第1〜6のいずれかの発明において、o−ジクロロベンゼン(ODCB)による昇温溶出分別において、5〜60℃の間に溶出する中間成分(C)は、3重量%〜60重量%未満であることを特徴とするプロピレン系重合体が提供される。
一方、本発明の第8の発明によれば、第1〜7のいずれかの発明に係るプロピレン系重合体を製造する方法であって、
下記の触媒成分(a)、(b)及び(c)を用いて、
(i)プロピレン単独、又は、プロピレンとエチレン若しくはα−オレフィンを重合し、エチレンまたはα−オレフィンを全モノマー成分に対して0〜10重量%重合させる第一工程、及び
(ii)プロピレンと、エチレンまたはα−オレフィンを重合し、エチレンまたはα−オレフィンを全モノマー成分に対して10〜90重量%重合させる第二工程、
を含むことを特徴とするプロピレン系重合体の製造方法が提供される。
(a):一般式(1)で表されるメタロセン化合物
Figure 2008144152
[一般式(1)中、各々R11およびR12は、独立して、水素、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のハロゲン含有アルキル基、炭素数1〜6の珪素含有アルキル基、炭素数6〜16のアリール基、炭素数6〜16のハロゲン含有アリール基、炭素数4〜16の窒素または酸素、硫黄を含有する複素環基を表し、R11およびR12の少なくとも一つは、炭素数4〜16の窒素または酸素、硫黄を含有する複素環基を示す。また、各々R13およびR14は、独立して、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のハロゲン含有アルキル基、炭素数1〜6の珪素含有アルキル基、炭素数6〜16のアリール基、炭素数6〜16のハロゲン含有アリール基、炭素数6〜16の珪素含有アリール基、炭素数6〜16の窒素または酸素、硫黄を含有する複素環基を表す。さらに、X11及びY11は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜20の炭化水素基、炭素数1〜20のケイ素含有炭化水素基、炭素数1〜20のハロゲン化炭化水素基、炭素数1〜20の酸素含有炭化水素基、アミノ基または炭素数1〜20の窒素含有炭化水素基を表し、Q11は、炭素数1〜20の二価の炭化水素基、炭素数1〜20の炭化水素基を有していてもよいシリレン基、オリゴシリレン基、またはゲルミレン基を表す。]
(b):イオン交換性層状珪酸塩
(c):有機アルミニウム化合物
また、本発明の第9の発明によれば、第8の発明において、前記第一工程は、プロピレンを溶媒として用いるバルク重合または各モノマーをガス状に保つ気相重合であり、前記第二工程は、気相重合であることを特徴とするプロピレン系重合体の製造方法が提供される。
さらに、本発明の第10の発明によれば、第8の発明において、結晶性プロピレン系マクロマーを製造した後に、非結晶性ポリオレフィン共重合体を逐次製造することを特徴とするプロピレン系重合体の製造方法が提供される。
本発明は、上記した如く、プロピレン系重合体などに係るものであるが、その好ましい態様としては、次のものが包含される。
(1)GPCで測定したQ値(重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)の比)が7以下、特に6以下であることを特徴とする上記のプロピレン系重合体が提供される。
(2)GPCで曲線における積分値が90%になる分子量M(90)が2,000,000以下であることを特徴とする上記のプロピレン系重合体が提供される。
(3)さらに、(iv)MFR(試験条件:230℃、2.16kg荷重)が0.1〜300g/10分であり、(v)溶融張力(MT)が10〜100gであり、(vi)ME(メモリーエフェクト)が1.4〜3.4であることを特徴とする上記のプロピレン系重合体が提供される。
(4)前記中間成分(C)は、(i)GPCで測定する重量平均分子量(Mw)が10万〜100万であり、(ii)プロピレン単位と、エチレン単位またはα−オレフィン単位を含有することを特徴とする上記のプロピレン系重合体が提供される。
本発明のプロピレン系重合体は、機械的物性のバランスに優れ、また、溶融張力や溶融流動性が改良され、加工成形性、外観に優れているという顕著な効果を奏する。また、それらの優れた特性のため、射出成型、シート成型、押出発泡成型、大型ブロー成型、及びその為の改質材などに、好適に用いることができる。
また、本発明のプロピレン系重合体の製造方法によれば、上記の優れた性能を有するプロピレン系重合体を、生産性が高く、効率よく製造することができる。
本発明のプロピレン系重合体(又は共重合体)は、結晶性成分(A)と非結晶性成分(B)から構成され、且つ、以下に示す特性・性状を有する。以下、項目毎に、順次説明する。
1.GPCで測定する重量平均分子量(Mw)
重量平均分子量(Mw)とは、後述するGPC測定装置及び条件で測定されるものであり、本発明では、Mwが10万〜100万の範囲であることが必要である。
このMwが10万より小さいと、溶融加工性に劣るとともに、機械的強度が不十分であり、一方、Mwが100万を超えると、溶融粘度が高く、溶融加工性が低下する。溶融加工性と機械的強度のバランスから上記の範囲であり、好ましくはMwが15万〜90万、さらに好ましくは20万〜80万の範囲である。
重量平均分子量(Mw)の値は、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。
装置:Waters社製GPC(ALC/GPC、150C)
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
試料の調製は、試料をODCB(0.5mg/mLのBHTを含む)を用いて、1mg/mLの溶液を調製し、140℃で約1時間を要して、溶解させて行う。
なお、得られたクロマトグラムのベースラインと区間は、図1のように行う。
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
2.熱p−キシレンに不溶な成分
本発明では、熱p−キシレンに不溶な成分が0.3%以下であることが必要である。
熱p−キシレンに不溶な成分の測定方法は、以下の通りである。
攪拌装置付きガラス製セパラブルフラスコに、ステンレス鋼製400メッシュ(線径0.03μm、目開き0.034mm、空間率27.8%)で作製された籠に、重合体500mgを入れ、攪拌翼に固定した。酸化防止剤(BHT:2,6−ジ−t−ブチルー4−メチルフェノール)1gを含む700ミリリットルのp−キシレンを投入し、温度140℃で2時間攪拌しながら重合体を溶解させた。
p−キシレン不溶部が入った籠を回収し、十分に乾燥させ秤量することにより、パラキシレン不溶部を求めた。p−キシレン不溶部として定義するゲル分率(wt%)は、以下の式により算出した。
ゲル分率=[(メッシュ内残量g)/(仕込みサンプル量g)]×100
また、以上のようにゲルが少ない、もしくはゲルないというためには、非常に分子量の高い成分がないということが重要である。したがって、GPCで分子量分布を測定した場合、分子量分布が高分子量側に広がっていないことが重要である。
したがって、GPCで測定したQ値(重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)の比)としては、8以下が好ましく、より好ましくは7以下、さらに好ましくは6以下である。
また、高分子量側に極端に広がっていないためには、GPCで曲線における積分値が90%になる分子量M(90)が2,000,000以下であることが必要である。
ここでM(90)とは、前述したGPC測定装置及び条件で測定されるGPCで曲線における積分値が90%になる分子量であり、本発明では、M(90)が2,000,000以下であることが特徴である。このM(90)が2,000,000を超えると、高分子量成分が多くなりすぎ、ゲルが発生したり、溶融加工性を低下させしまう。その為、M(90)は、2,000,000以下であり、また好ましくは1,500,000以下であり、さらに好ましくは1,000,000である。
3.伸長粘度の測定における歪硬化度(λmax)
歪硬化度(λmax)は、溶融時強度を表す指標であり、この値が大きいと、溶融張力が向上する効果がある。その結果、例えば、ブロー成型の時に偏肉がおきにくい。また、発泡成形を行ったときに、独立気泡率を高くできる。
したがって、この歪硬化度は、2.0以上が必要であり、好ましくは3.0以上、より好ましくは4.0以上である。
また、この歪硬化度は、伸長粘度の非線形性を表す指標であり、通常、分子の絡み合いが多いほど、この値が大きくなると言われている。分子の絡み合いは、分岐の量、分岐鎖の長さに影響を受ける。したがって、分岐の量、分岐の長さが長いほど、歪硬化度は、大きくなる。
ここで、歪硬化度の測定方法に関しては、一軸伸長粘度を測定できれば、どのような方法でも原理的に同一の値が得られるが、例えば、測定方法及び測定機器の詳細は、公知文献Polymer 42(2001)8663に記載の方法があるが、好ましい測定方法及び測定機器として、以下を挙げることができる。
測定方法1:
装置:Rheometorics社製 Ares
冶具:ティーエーインスツルメント社製 Extentional Viscosity Fixture
測定温度:180℃
歪み速度:0.1/sec
試験片の作成:プレス成形して18mm×10mm、厚さ0.7mm、のシートを作成する。
測定方法2:
装置:東洋精機社製、Melten Rheometer
測定温度:180℃
歪み速度:0.1/sec
試験片の作成:東洋精機社製キャピログラフを用い、180℃で内径3mmのオリフィスを用いて、速度10〜50mm/minで押し出しストランドを作成する。
算出方法:
歪み速度:0.1/secの場合の伸長粘度を、横軸に時間t(秒)、縦軸に伸長粘度η(Pa・秒)を両対数グラフでプロットする。その両対数グラフ上で歪み硬化を起こす直前の粘度を直線で近似し、歪量が4.0となるまでの伸長粘度ηの最大値(ηmax)を求め、また、その時間までの近似直線上の粘度をηlinとする。
図2は、伸長粘度のプロット図の一例である。ηmax/ηlinを、λmaxと定義し、歪硬化度の指標とする。
測定方法1および測定方法2から算出される伸長粘度や歪硬化度は、原理的には物質固有の伸張粘度および歪硬化度を測定するもので、同一の値を示すものである。したがって測定方法1または測定方法2のどちらの方法で計ってもよい。
但し、測定方法2は、分子量が比較的低いもの(すなわち、MFR>2の場合)を測定する場合、測定サンプルが垂れ下がってしまい、測定精度が落ちてしまうという測定上の制約があり、また、測定方法1は、分子量の比較的高いもの(MFR>1)を測定する場合、測定サンプルが不均一に収縮変形してしまい、測定時に歪むらができてしまうことにより、歪硬化が線形部と平均化されてしまい、歪硬化度を小さく見積もってしまうという測定精度の問題がある。
したがって、分子量の低いものは測定方法1で、分子量の高いものは測定方法2を用いることが、便宜上好ましい。
一般的に、高い歪硬化度を示すには、分岐の長さとして、ポリプロピレンの絡みあい分子量7,000以上が好ましいと、いわれているが、上記のような歪硬化度を示すためには、GPCで測定される重量平均分子量(Mw)の値で、15,000以上、好ましくは30,000以上、さらに好ましくは50,000以上であると考えられる。
また、分岐の構造に関しては、側鎖、主鎖とも結晶性セグメントである分岐化合物のほかに、本発明においては、結晶性セグメントを側鎖として有し、非結晶性セグメントを主鎖に有する分岐化合物を含むことことにより、高い歪硬化度を示す。
4.結晶性成分(A)と非結晶性成分(B)
本発明のプロピレン系重合体は、結晶性成分(A)と非結晶性成分(B)で構成されており、それぞれ下記(A1)〜(A5)、(B1)〜(B4)の各要件を満たす。
ここで、非結晶性成分(B)とは、25℃でp−キシレンに溶解する成分(CXS)であり、結晶性成分(A)とは、25℃でp−キシレンに不溶となる成分(CXIS)であり、下記の分別操作により、分離抽出する。
分別方法:
2gの試料を300mlのp−キシレン(0.5mg/mlのBHT:2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノールを含む)に、130℃で溶解させ溶液とした後、25℃で48時間放置する。その後、析出ポリマーと濾液とに濾別する。
濾液からp−キシレンを蒸発させ、さらに100℃で12時間減圧乾燥し、25℃でキシレンに溶解する成分(CXS)を回収する。また、析出ポリマーは、同様にして残存するp−キシレンを十分に除去し、25℃でキシレンに不溶な成分(CXIS)とする。
(1)結晶性成分(A)
(I)特性(A1):結晶性成分と非結晶性成分の合計(即ち重合体全量)に対して20重量%〜95重量%未満である
結晶性セグメントの含量は、化合物全体の機械的物性に寄与する。そこで含量が20重量%より小さいと、剛性といった機械的物性や耐熱性が悪くなり、95重量%より大きくなると、耐衝撃強度や引張り破断伸びが悪くなってしまう。したがって、好ましくは30〜90重量%であり、更に好ましくは40〜85重量%である。
(II)特性(A2):GPCで測定する重量平均分子量(Mw)が10万〜100万である
ここで重量平均分子量(Mw)とは、前述したGPC測定装置及び条件で測定されるものであり、本発明では、Mwが10万〜100万の範囲であることが必要である。このMwが10万より小さいと、溶融加工性に劣るとともに、機械的強度が不十分であり、一方、100万を超えると、溶融粘度が高く、溶融加工性が低下する。溶融加工性と機械的強度のバランスから上記の範囲であり、好ましくは15万〜90万、さらに好ましくは20万〜80万の範囲である。
(III)特性(A3):13C−NMRで測定するアイソタクチックトライアッド分率(mm)が93%以上である
本発明に係るプロピレン系重合体の結晶性成分(A)は、13C−NMRによって得られるプロピレン単位3連鎖のmm分率が93%以上の立体規則性を有するものである。
mm分率は、ポリマー鎖中、頭−尾結合からなる任意のプロピレン単位3連鎖中、各プロピレン単位中のメチル分岐の方向が同一であるプロピレン単位3連鎖の割合である。このmm分率は、ポリプロピレン分子鎖中のメチル基の立体構造がアイソタクティックに制御されていることを示す値であり、高いほど、高度に制御されていることを意味する。
結晶性成分(A)のmm分率が、この値より小さいと、製品の弾性率が低下するなど機械的物性が低下してしまう。従って、mm分率は、好ましくは95%以上であり、さらに好ましくは96%以上である。
13C−NMRによるプロピレン単位3連鎖のmm分率の測定法の詳細は、以下の通りである。
試料375mgをNMRサンプル管(10φ)中で重水素化1,1,2,2、−テトラクロロエタン2.5mlに完全に溶解させた後、125℃でプロトン完全デカップリング法で測定した。ケミカルシフトは、重水素化1,1,2,2−テトラクロロエタンの3本のピークの中央のピークを74.2ppmに設定した。他の炭素ピークのケミカルシフトはこれを基準とする。
フリップ角:90度
パルス間隔:10秒
共鳴周波数:100MHz以上
積算回数:10,000回以上
観測域:−20ppmから179ppm
mm分率の測定は、前記の条件により測定された13C−NMRスペクトルを用いて行う。
スペクトルの帰属は、Macromolecules,(1975年)8卷,687頁やPolymer, 30巻 1350頁(1989年)を参考に行った。
以下に、mm分率決定のより具体的な方法を述べる。
プロピレン単位を中心として頭尾結合した3連鎖の中心プロピレンのメチル基に由来するピークは、その立体配置に応じて、3つの領域に生じる。
mm:約24.3〜約21.1ppm
mr:約21.2〜約20.5ppm
rr:約20.5〜約19.8ppm
各領域の化学シフト範囲は、分子量や、共重合体組成により若干シフトするが、上記3領域の識別は、容易である。
ここで、mm、mrおよびrrは、それぞれ下記の構造で表される。
Figure 2008144152
mm分率は、次の数式(I)から、算出される。
mm分率=mm領域のピーク面積/(mm領域のピーク面積+mr領域のピーク面積+rr領域のピーク面積)×100 [%] (I)
また、本発明に係るプロピレン系重合体の結晶性成分(A)には、エチレン単位を含む以下の部分構造を持ち得る。
Figure 2008144152
部分構造PPEの中心プロピレン単位のメチル基(PPE−メチル基)は、20.9ppm付近のmr領域で共鳴し、部分構造EPEの中心プロピレン単位のメチル基(EPE−メチル基)は、20.2ppm付近のrr領域で共鳴するため、このような部分構造を有する場合には、mr、rr両領域のピーク面積から、PPE−メチル基及びEPE−メチル基に基づくピーク面積を減ずる必要がある。PPE−メチル基に基づくピーク面積は、対応するメチン基(31.0ppm付近で共鳴)のピーク面積により評価でき、EPE−メチル基に基づくピーク面積は、対応するメチン基(33.3ppm付近で共鳴)のピーク面積により評価できる。
また、位置不規則ユニットを含む部分構造として、下記構造(i)、構造(ii)、構造(iii)および構造(iv)を有することがある。
Figure 2008144152
このうち、炭素A、A’、A”ピークは、mr領域に、炭素B、B’ピークは、rr領域に現れる。さらに、炭素C、C’ピークは、16.8〜17.8ppmに現れる。
従って、式(I)においてmm分率を算出する場合には、それぞれmr領域のピーク面積、rr領域のピーク面積から、頭−尾結合した3連鎖に基づかないピークでmr及びrr領域に現れる炭素A、A’、A”、B、B’に基づくピーク面積を減ずる必要がある。
炭素Aに基づくピーク面積は、位置不規則部分構造[構造(i)]の炭素D(42.4ppm付近で共鳴)、炭素E及びG(36.0ppm付近で共鳴)及び炭素F(38.7ppm付近で共鳴)のピーク面積の和の1/4より評価できる。
炭素A’に基づくピーク面積は、位置不規則部分構造[構造(ii)及び構造(iii)]の炭素H及びI(34.7ppm付近及び35.0ppm付近で共鳴)と炭素J(34.1ppm付近で共鳴)のピーク面積の和の2/5と炭素K(33.7ppm付近で共鳴)のピーク面積の和により評価できる。
炭素A”に基づくピーク面積は、炭素L(27.7ppm付近で共鳴)のピーク面積の和により評価できる。
炭素Bに基づくピーク面積は、炭素Jにより評価できる。また、炭素B’に基づくピーク面積は、炭素Kにより評価できる。
なお、炭素Cピーク及び炭素C’ピークの位置は、注目するmm、mr、rr領域と全く関与しないので考慮する必要はない。
以上により、mm、mrおよびrrのピーク面積を評価することができるので、上記数式(I)に従って、プロピレン単位を中心として頭−尾結合からなる3連鎖部のmm分率を求めることができる。
(IV)特性(A4):伸長粘度の測定における歪硬化度(λmax)が2.0以上である
歪硬化度は、溶融時強度を表す指標であり、この値が大きいと、例えばブロー成型の際に、偏肉がおきにくく、また、発泡成形を行ったときに、独立気泡率を高くできる。したがって、この歪硬化度は、2.0以上が必要であり、好ましくは3.0以上、より好ましくは4.0以上である。
また、この歪硬化度は、伸長粘度の非線形性を表す指標であり、通常分子の絡み合いが多いほど、この値が大きくなると言われている。分子の絡み合いは、分岐の量、分岐鎖の長さに影響をうける。したがって、分岐の量、分岐の長さが長いほど、歪硬化度は大きくなる。
この分岐の長さは、ポリプロピレンの絡みあい分子量7,000以上が好ましい。この分子量は、厳密にはGPCで測定される重量平均分子量(Mw)とは異なるものである。そこで、好ましくはGPCで測定される重量平均分子量(Mw)の値で15,000以上、さらに好ましくは30,000以上である。
また、分岐の構造に関しては、側鎖、主鎖とも結晶性セグメントである分岐化合物のほかに、本発明においては、結晶性セグメントを側鎖として有し、非結晶性セグメントを主鎖に有する分岐化合物を含むことことにより高い歪硬化度を示す。
(V)特性(A5):プロピレン単位と、エチレン単位またはα−オレフィン単位を含有する
結晶性成分(A)を構成する単位としては、プロピレンがアイソタクチックに配列して結晶性を持つことが必要である。また、結晶性が発現する範囲において、エチレンまたはαオレフィンをコモノマーの単位として含有してもよい。α、ω−ジエン単位が存在すると、架橋によるゲル化が懸念されることから、α、ω−ジエン単位を含まないことが必要である。
コモノマーの種類としては、エチレンもしくは直鎖状のα−オレフィンが好ましく、さらに好ましくは、エチレンである。
コモノマー含量に関しては、結晶性が発現する範囲で任意の量を含有することができる。
結晶性の指標であるDSCで測定する融点(Tm)が120℃以上、好ましくは150℃以上、さらに好ましくは153℃以上である。融点(Tm)が150〜164℃では、耐熱性、剛性に優れ、工業用部品や部材に使用でき、また、融点(Tm)が120〜150℃では、透明性、柔軟性に優れ、フィルムや容器に使用できる。
また、そのようなプロピレン単位を主成分とする結晶性成分に、プロピレン単位のほかにエチレン単位もしくはα−オレフィン単位から構成される非結晶性成分が化学的に結合した成分を含有することができる。
エチレンを含有する場合、結晶性成分のエチレン含量としては、上記を満たす範囲で任意であるが、好ましくは0.1〜10重量%であり、より好ましくは0.2〜7重量%、さらに好ましくは0.3〜5重量%である。
エチレン単位の測定は、13C−NMRを用い、Macromolecules 1982 1150に記載の方法に従って測定する。
(2)非結晶性成分(B)
本発明のプロピレン系重合体は、以下(B1)〜(B4)の特性をもつ非結晶性成分(B)を有することを特徴とする。
(I)特性(B1):結晶性成分と非結晶性成分の合計(重合体全量)に対して5重量%〜80重量%未満である
プロピレン系重合体中の非結晶性成分(B)の含量が化合物全体の機械的物性に寄与する。そこで含量が5重量%より小さいと、耐衝撃強度や引っ張り破断強度などの機械的物性が悪くなり、一方、80重量%より大きくなると、剛性や耐熱性が悪くなってしまう。したがって、好ましくは10〜70重量%であり、更に好ましくは15〜60重量%である。
(II)特性(B2):GPCで測定する重量平均分子量(Mw)が10万〜100万である
ここで重量平均分子量(Mw)とは、前述したGPC測定装置及び条件で測定されるものであり、本発明では、Mwが10万〜100万の範囲であることが必要である。このMwが10万より小さいと、溶融加工性に劣るとともに、機械的強度が不十分であり、一方、Mwが100万を超えると、溶融粘度が高く、溶融加工性が低下する。溶融加工性と機械的強度のバランスから上記の範囲であり、好ましくは12万〜90万、さらに好ましくは15万〜80万の範囲である。
(III)特性(B3):伸長粘度の測定における歪硬化度(λmax)が2.0以上である
歪硬化度は、溶融時強度を表す指標であり、この値が大きいと、例えばブロー成型の際に、偏肉がおきにくく、また、発泡成形を行ったときに独立気泡率を高くできる。したがって、この歪硬化度は、2.0以上が必要であり、好ましくは3.0以上、より好ましくは4.0以上である。
また、この歪硬化度は、伸長粘度の非線形性を表す指標であり、通常分子の絡み合いが多いほど、この値が大きくなると言われている。分子の絡み合いは、分岐の量、分岐鎖の長さに影響を受ける。したがって、分岐の量、分岐の長さが長いほど、歪硬化度は大きくなる。
この分岐の長さは、ポリプロピレンの絡みあい分子量7,000以上が好ましい。この分子量は、厳密にはGPCで測定される重量平均分子量(Mw)とは異なるものである。そこで、好ましくはGPCで測定される重量平均分子量(Mw)の値で15,000以上、さらに好ましくは3,0000以上である。
また、分岐の構造に関しては、本発明において、結晶性セグメントを側鎖として有し、非結晶性セグメントを主鎖に有する分岐化合物を含むことにより、高い歪硬化度を示す。
(IV)特性(B4):プロピレン単位と、エチレン単位および/またはα−オレフィン単位を含有する
非結晶性成分(B)を構成する単位としては、プロピレンと、エチレンまたはαオレフィンが共重合している必要がある。また、α、ω−ジエン単位が存在すると架橋によるゲル化が懸念されることから、α、ω−ジエン単位を含まないことが必要である。
また、コモノマーの種類として、エチレンもしくは直鎖状のα−オレフィンが好ましく、さらに好ましくはエチレンであり、その場合、エチレン含量として10〜60重量%、好ましくは10〜40重量%である。
エチレン単位の測定は、13C−NMRを用い、Macromolecules 1982 1150に記載の方法に従って測定する。
5.中間成分(C)
本発明のプロピレン系重合体は、以下の特徴を有することが好ましい。
すなわち、o−ジクロロベンゼン(以下、ODCBと称する)による昇温溶出分別において、5〜60℃の間に溶出する中間成分(C)は、3〜60重量%未満存在することを特徴とする。
この中間成分(C)は、結晶性成分と非結晶性成分の中間的な結晶性をもつ成分と考えられ、その構造は、現時点では必ずしも明確ではないが、結晶性成分と非結晶性成分が化学的に結合した成分を含有すると考えられる。こういった中間的な結晶性を持つ成分は、結晶性成分と非結晶性成分を相溶化する役割があり、この成分がある程度存在すると、剛性と耐衝撃強度などの機械的物性のバランスを向上することができる。
そこで、この中間成分の含量が3重量%より小さいと、剛性と耐衝撃強度などの機械的物性のバランスを向上改良効果が小さくなってしまう。一方、60重量%より大きくなると、逆に剛性や耐熱性が悪くなってしまう。したがって、好ましくは4〜50重量%であり、更に好ましくは5〜40重量%である。
(1)ODCBによる昇温溶出分別の方法(中間成分および高温成分の分別)
当該中間成分(C)とは、公知の昇温カラム分別法を用いて得られる、5℃のODCBには不溶で、60℃のODCBには溶解する成分をいう。また、高温成分とは、公知の昇温カラム分別法を用いて得られる、101℃のODCBには不溶の成分をいう。昇温カラム分別法とは、例えば、Macromolecules、21、314〜319(1988)に開示されたような測定方法をいう。
本発明で定義する中間成分および高温成分の測定は、次のようにしておこなう。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5℃まで10℃/時間の降温速度で冷却する。5℃で1時間保持する。なお、一連の操作を通じてのカラムの温度制御精度は±1℃とする。
次いで、カラム温度を5℃に保持したまま、5℃のODCBを20mL/分の流速で800mL流すことにより、カラム内に存在する5℃でODCBに溶解している成分を溶出させ、除去する。
次いで、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、5℃のODCBには不溶、かつ60℃のODCBには可溶な成分を溶出させ、回収する。
5℃のODCBに不溶で、かつ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「中間成分」とする。
次いで、10℃/分の昇温速度で当該カラム温度を101℃まで上げ、101℃で1時間静置後、101℃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、かつ101℃のODCBには可溶な成分を溶出させる。
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、101℃のODCBには不溶な成分を溶出させる。
101℃のODCBには不溶な成分を含む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「高温成分」とする。
(2)中間成分(C)の特性
また、この中間成分(C)のGPCで測定する重量平均分子量(Mw)は、10万〜100万であることが必要である。このMwが10万より小さいと、溶融加工性に劣るとともに機械的強度が不十分であり、一方、100万を超えると、溶融粘度が高く、溶融加工性が低下する。溶融加工性と機械的強度のバランスから上記の範囲であり、好ましくは12万〜90万、さらに好ましくは15万〜80万の範囲である。
さらに、この成分は、プロピレン単位と、エチレン単位またはαオレフィン単位を含有することができる。エチレン単位を含む場合には、エチレン含量が7〜25重量%であることが好ましい。
(3)高温成分の特性
高温成分は、結晶性の高い成分が溶出するフラクションであるが、このフラクションには、プロピレン単位と、エチレン単位またはαオレフィン単位を含有することができる。エチレン単位を含む場合には、エチレン含量が0.1〜10重量%であることが好ましい。この場合、検出されるエチレン単位は、結晶性セグメントに化学結合した非結晶性フラグメントに含まれるエチレンが検出される。また、この場合、エチレンは、プロピレンに対してランダムに分布している。ランダム性を表す指標として、共重合性比を利用したr1×r2を用いる方法が一般的な方法があるが、この場合、この数値が2以下になることが好ましい。
6.プロピレン系重合体の製造方法
本発明のプロピレン系重合体を製造する方法については、前記(i)GPCで測定する重量平均分子量(Mw)が10万〜100万であり、(ii)熱p−キシレンに不溶な成分が0.3%以下であり、(iii)伸長粘度の測定における歪硬化度(λmax)が2.0以上であることに加えて、(A1)〜(A5)の結晶性成分(A)と(B1)〜(B4)の非結晶性成分(B)から構成されることを満たすプロピレン系重合体が得られる方法であればよく、特に制限はないが、下記の触媒成分(a)、(b)及び(c)を接触させてなる重合用触媒を用いて、
(i)プロピレン単独、又は、プロピレンとエチレン若しくはα−オレフィンを重合し、エチレンまたはα−オレフィンを全モノマー成分に対して0〜10重量%重合させる第一工程、及び
(ii)プロピレンと、エチレンまたはα−オレフィンを重合し、エチレンまたはα−オレフィンを全モノマー成分に対して10〜90重量%重合させる第二工程、
を有する工程により、本発明のプロピレン系重合体を生産性よく製造することができる。
(1)成分(a):
本発明に用いられる触媒成分(a)は、下記一般式(1)で表されるハフニウムを中心金属とするメタロセン化合物である。
Figure 2008144152
[一般式(1)中、各々R11およびR12は、独立して、水素、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のハロゲン含有アルキル基、炭素数1〜6の珪素含有アルキル基、炭素数6〜16のアリール基、炭素数6〜16のハロゲン含有アリール基、炭素数4〜16の窒素または酸素、硫黄を含有する複素環基を表し、R11およびR12の少なくとも一つは、炭素数4〜16の窒素または酸素、硫黄を含有する複素環基を示す。また、各々R13およびR14は、独立して、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のハロゲン含有アルキル基、炭素数1〜6の珪素含有アルキル基、炭素数6〜16のアリール基、炭素数6〜16のハロゲン含有アリール基、炭素数6〜16の珪素含有アリール基、炭素数6〜16の窒素または酸素、硫黄を含有する複素環基を表す。さらに、X11及びY11は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜20の炭化水素基、炭素数1〜20のケイ素含有炭化水素基、炭素数1〜20のハロゲン化炭化水素基、炭素数1〜20の酸素含有炭化水素基、アミノ基または炭素数1〜20の窒素含有炭化水素基を表し、Q11は、炭素数1〜20の二価の炭化水素基、炭素数1〜20の炭化水素基を有していてもよいシリレン基、オリゴシリレン基、またはゲルミレン基を表す。]
上記R11およびR12の炭素数4〜16の窒素または酸素、硫黄を含有する複素環基は、好ましくは2−フリル基、置換された2−フリル基、置換された2−チエニル基、置換された2−フルフリル基であり、さらに好ましくは、置換された2−フリル基である。
また、置換された2−フリル基、置換された2−チエニル基、置換された2−フルフリル基の置換基としては、メチル基、エチル基、プロピル基等の炭素数1〜6のアルキル基、フッ素原子、塩素原子等のハロゲン原子、メトキシ基、エトキシ基等の炭素数1〜6のアルコキシ基、トリアルキルシリル基、が挙げられる。これらのうち、メチル基、トリメチルシリル基が好ましく、メチル基が特に好ましい。
さらに、R11およびR12として、特に好ましくは、2−(5−メチル)−フリル基である。また、R11およびR12は、互いに同一である場合が好ましい。
上記R13およびR14としては、炭素数6〜16のアリール基、炭素数6〜16のハロゲン含有アリール基、炭素数6〜16の珪素含有アリール基が好ましく、そのようなアリール基は炭素数6〜16になる範囲で、アリール環状骨格上に、1つ以上の、炭素数1〜6の炭化水素基、炭素数1〜6の珪素含有炭化水素基、炭素数1〜6のハロゲン含有炭化水素基を置換基として有していてもよい。
13およびR14としては、好ましくは少なくとも1つが、フェニル基、4−tブチルフェニル基、2,3―ジメチルフェニル基、3,5―ジtブチルフェニル基、4−フェニル−フェニル基、クロロフェニル基、ナフチル基、又はフェナンスリル基であり、更に好ましくはフェニル基、4−tブチルフェニル基、4−クロロフェニル基である。また、2つのRが互いに同一である場合が好ましい。
一般式(1)中、X11およびY11は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜20の炭化水素基、炭素数1〜20のハロゲン化炭化水素基、炭素数1〜20のケイ素含有炭化水素基、炭素数1〜20の酸素含有炭化水素基、アミノ基または炭素数1〜20の窒素含有炭化水素基を示す。上記のハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。
上記の炭素数1〜20の炭化水素基の具体例としては、メチル、エチル、n−プロピル、i−プロピル、n−ブチル、i−ブチル、s−ブチル、等のアルキル基、ビニル、プロペニル、シクロヘキセニル等のアルケニル基、ベンジル等のアリールアルキル基、trans−スチリル等のアリールアルケニル基、フェニル、トリル、1−ナフチル、2−ナフチル等のアリール基が挙げられる。
上記の炭素数1〜20の酸素含有炭化水素基の具体例としては、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ等のアルコキシ基、フェノキシ、ナフトキシ等のアリロキシ基、フェニルメトキシ等のアリールアルコキシ基、フリル基などの酸素含有複素環基などが挙げられる。
上記の炭素数1〜20の窒素含有炭化水素基の具体例としては、メチルアミノ、ジメチルアミノ、エチルアミノ、ジエチルアミノ等のアルキルアミノ基、フェニルアミノ、ジフェニルアミノ等のアリールアミノ基、(メチル)(フェニル)アミノ等の(アルキル)(アリール)アミノ基、ピラゾリル、インドリル等の窒素含有複素環基などが挙げられる。
上記の炭素数1〜20のハロゲン化炭化水素基において、ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。そして、上記のハロゲン化炭化水素基は、ハロゲン原子が例えばフッ素原子の場合、フッ素原子が上記の炭化水素基の任意の位置に置換した化合物である。具体的には、フルオロメチル、ジフルオロメチル、トリフルオロメチル、クロロメチル、ジクロロメチル、トリクロロメチル基などが挙げられる。
上記の炭素数1〜20のケイ素含有炭化水素基の具体例としては、トリメチルシリルメチル、トリエチルシリルメチル等のトリアルキルシリルメチル基、ジメチルフェニルシリルメチル、ジエチルフェニルシリルメチル、ジメチルトリルシリルメチル等のジ(アルキル)(アリール)シリルメチル基などが挙げられる。
一般式(1)中、Q11は、二つの五員環を結合する、炭素数1〜20の2価の炭化水素基、炭素数1〜20の炭化水素基を有していてもよいシリレン基、オリゴシリレン基、ゲルミレン基の何れかを示す。上述のシリレン基、オリゴシリレン基またはゲルミレン基上に2個の炭化水素基が存在する場合は、それらが互いに結合して環構造を形成していてもよい。
上記のQ11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出来る。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。
上記一般式(1)で表される化合物のうち、好ましい化合物として、以下に具体的に例示する。
ジメチルシリレンビス(2−(2−フリル)−4−フェニル−インデニル)ハフニウムジクロライド、ジメチルシリレンビス(2−(2−チエニル)−4−フェニル−インデニル)ハフニウムジクロライド、ジメチルシリレンビス(2−(2−(5−メチル)−フリル)−4−フェニル−インデニル)ハフニウムジクロライド、ジフェニルシリレンビス(2−(2−(5−メチル)−フリル)−4−フェニル−インデニル)ハフニウムジクロライド、ジメチルゲルミレンビス(2−(2−(5−メチル)−フリル)−4−フェニル−インデニル)ハフニウムジクロライド、ジメチルゲルミレンビス(2−(2−(5−メチル)−チエニル)−4−フェニル−インデニル)ハフニウムジクロライド、ジメチルシリレンビス(2−(2−(5−t−ブチル)−フリル)−4−フェニル−インデニル)ハフニウムジクロライド、ジメチルシリレンビス(2−(2−(5−トリメチルシリル)−フリル)−4−フェニル−インデニル)ハフニウムジクロライド、ジメチルシリレンビス(2−(2−(5−フェニル)−フリル)−4−フェニル−インデニル)ハフニウムジクロライド、ジメチルシリレンビス(2−(2−(4,5−ジメチル)−フリル)−4−フェニル−インデニル)ハフニウムジクロライド、ジメチルシリレンビス(2−(2−ベンゾフリル)−4−フェニル−インデニル)ハフニウムジクロライド、ジフェニルシリレンビス(2−(2−(5−メチル)−フリル)−4−フェニル−インデニル)ハフニウムジクロライド、ジメチルシリレンビス(2−(2−(5−メチル)−フリル)−4−メチル−インデニル)ハフニウムジクロライド、ジメチルシリレンビス(2−(2−(5−メチル)−フリル)−4−イソプロピル−インデニル)ハフニウムジクロライド、ジメチルシリレンビス(2−(2−フルフリル)−4−フェニル−インデニル)ハフニウムジクロライド、ジメチルシリレンビス(2−(2−(5−メチル)−フリル)−4−(4−クロロフェニル)−インデニル)ハフニウムジクロライド、ジメチルシリレンビス(2−(2−(5−メチル)−フリル)−4−(4−フルオロフェニル)−インデニル)ハフニウムジクロライド、ジメチルシリレンビス(2−(2−(5−メチル)−フリル)−4−(4−トリフルオロメチルフェニル)−インデニル)ハフニウムジクロライド、ジメチルシリレンビス(2−(2−(5−メチル)−フリル)−4−(4−t−ブチルフェニル)−インデニル)ハフニウムジクロライド、ジメチルシリレンビス(2−(2−フリル)−4−(1−ナフチル)−インデニル)ハフニウムジクロライド、ジメチルシリレンビス(2−(2−フリル)−4−(2−ナフチル)−インデニル)ハフニウムジクロライド、ジメチルシリレンビス(2−(2−フリル)−4−(2−フェナンスリル)−インデニル)ハフニウムジクロライド、ジメチルシリレンビス(2−(2−フリル)−4−(9−フェナンスリル)−インデニル)ハフニウムジクロライド、ジメチルシリレンビス(2−(2−(5−メチル)−フリル)−4−(1−ナフチル)−インデニル)ハフニウムジクロライド、ジメチルシリレンビス(2−(2−(5−メチル)−フリル)−4−(2−ナフチル)−インデニル)ハフニウムジクロライド、ジメチルシリレンビス(2−(2−(5−メチル)−フリル)−4−(2−フェナンスリル)−インデニル)ハフニウムジクロライド、ジメチルシリレンビス(2−(2−(5−メチル)−フリル)−4−(9−フェナンスリル)−インデニル)ハフニウムジクロライド、ジメチルシリレンビス(2−(2−(5−t−ブチル)−フリル)−4−(1−ナフチル)−インデニル)ハフニウムジクロライド、ジメチルシリレンビス(2−(2−(5−t−ブチル)−フリル)−4−(2−ナフチル)−インデニル)ハフニウムジクロライド、ジメチルシリレンビス(2−(2−(5−t−ブチル)−フリル)−4−(2−フェナンスリル)−インデニル)ハフニウムジクロライド、ジメチルシリレンビス(2−(2−(5−t−ブチル)−フリル)−4−(9−フェナンスリル)−インデニル)ハフニウムジクロライド、ジメチルシリレン(2−メチル−4−フェニル−インデニル)(2−(2−(5−メチル)−フリル)−4−フェニル−インデニル)ハフニウムジクロライド、ジメチルシリレン(2−メチル−4−フェニル−インデニル)(2−(2−(5−メチル)−チエニル)−4−フェニル−インデニル)ハフニウムジクロライド、などを挙げることができる。
これらのうち、更に好ましいのは、ジメチルシリレンビス(2−(2−(5−メチル)−フリル)−4−フェニル−インデニル)ハフニウムジクロライド、ジメチルゲルミレンビス(2−(2−(5−メチル)−チエニル)−4−フェニル−インデニル)ハフニウムジクロライド、ジメチルシリレンビス(2−(2−(5−メチル)−フリル)−4−(4−クロロフェニル)−インデニル)ハフニウムジクロライド、ジメチルシリレンビス(2−(2−(5−メチル)−フリル)−4−ナフチル−インデニル)ハフニウムジクロライド、ジメチルシリレンビス(2−(2−(5−メチル)−フリル)−4−(4−t−ブチルフェニル)−インデニル)ハフニウムジクロライド、ジメチルシリレン(2−メチル−4−フェニル−インデニル)(2−(2−(5−メチル)−フリル)−4−フェニル−インデニル)ハフニウムジクロライド、である。
また、特に好ましいのは、ジメチルシリレンビス(2−(2−(5−メチル)−フリル)−4−フェニル−インデニル)ハフニウムジクロライド、ジメチルシリレンビス(2−(2−(5−メチル)−フリル)−4−ナフチル−インデニル)ハフニウムジクロライド、ジメチルシリレンビス(2−(2−(5−メチル)−フリル)−4−(4−t−ブチルフェニル)−インデニル)ハフニウムジクロライドである。
(2)成分(b):
次に、本発明に用いられる触媒成分(b)は、イオン交換性層状珪酸塩である。
(I)イオン交換性層状珪酸塩の種類
本発明において、イオン交換性層状珪酸塩(以下、単に珪酸塩と略記することもある)とは、イオン結合などによって構成される面が互いに結合力で平行に積み重なった結晶構造を有し、且つ、含有されるイオンが交換可能である珪酸塩化合物をいう。大部分の珪酸塩は、天然には主に粘土鉱物の主成分として産出され、水中に分散/膨潤させ、沈降速度等の違いにより精製することが一般的であるが、完全に除去することが困難であることがあり、イオン交換性層状珪酸塩以外の夾雑物(石英、クリストバライト等)を含んでいることが多いが、それらを含んでもよい。それら夾雑物の種類、量、粒子径、結晶性、分散状態によっては純粋な珪酸塩以上に好ましいことがあり、そのような複合体も、成分(b)に含まれる。
尚、本発明の原料とは、後述する本発明の化学処理を行う前段階の珪酸塩をさす。また、本発明で使用する珪酸塩は、天然産のものに限らず、人工合成物であってもよい。
また、本発明においては、化学処理を加える前段階でイオン交換性を有していれば、該処理によって物理的、化学的な性質が変化し、イオン交換性や層構造がなくなった珪酸塩も、イオン交換性層状珪酸塩であるとして取り扱う。
イオン交換性層状珪酸塩の具体例としては、例えば、白水春雄著「粘土鉱物学」朝倉書店(1988年)等に記載される1:1型構造や2:1型構造をもつ層状珪酸塩が挙げられる。
1:1型構造とは、前記「粘土鉱物学」等に記載されているような1層の四面体シートと1層の八面体シートが組み合わさっている1:1層構造の積み重なりを基本とする構造を示し、2:1型構造とは、2層の四面体シートが1層の八面体シートを挟み込んでいる2:1層構造の積み重なりを基本とする構造を示す。
1:1層が主要な構成層であるイオン交換性層状珪酸塩の具体例としては、ディッカイト、ナクライト、カオリナイト、メタハロイサイト、ハロイサイト等のカオリン族珪酸塩、クリソタイル、リザルダイト、アンチゴライト等の蛇紋石族珪酸塩等が挙げられる。
2:1層が主要な構成層であるイオン交換性層状珪酸塩の具体例としては、モンモリロナイト、バイデライト、ノントロナイト、サポナイト、ヘクトライト、スチーブンサイト等のスメクタイト族珪酸塩、バーミキュライト等のバーミキュライト族珪酸塩、雲母、イライト、セリサイト、海緑石等の雲母族珪酸塩、アタパルジャイト、セピオライト、パリゴルスカイト、ベントナイト、パイロフィライト、タルク、緑泥石群等が挙げられる。これらは混合層を形成していてもよい。
これらの中では、主成分が2:1型構造を有するイオン交換性層状珪酸塩であるものが好ましい。より好ましくは、主成分がスメクタイト族珪酸塩であり、さらに好ましくは、主成分がモンモリロナイトである。
層間カチオン(イオン交換性層状珪酸塩の層間に含有される陽イオン)の種類としては、特に限定されないが、主成分として、リチウム、ナトリウム等の周期律表第1族のアルカリ金属、カルシウム、マグネシウム等の周期律表第2族のアルカリ土類金属、あるいは鉄、コバルト、銅、ニッケル、亜鉛、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、イリジウム、白金、金等の遷移金属などが、工業原料として比較的容易に入手可能である点で好ましい。
(II)イオン交換性層状珪酸塩の造粒
前記イオン交換性層状珪酸塩は、乾燥状態で用いてもよく、液体にスラリー化した状態で用いてもよい。また、イオン交換性層状珪酸塩の形状については、特に制限はなく、天然に産出する形状、人工的に合成した時点の形状でもよいし、また、粉砕、造粒、分級などの操作によって形状を加工したイオン交換性層状珪酸塩を用いてもよい。このうち造粒されたイオン交換性層状珪酸塩を用いると、該イオン交換性層状珪酸塩を触媒成分として用いた場合に、良好なポリマー粒子性状を与えるため特に好ましい。
造粒、粉砕、分級などのイオン交換性層状珪酸塩の形状の加工は、化学処理の前に行ってもよい(すなわち、あらかじめ形状を加工したイオン交換性層状珪酸塩に下記の化学処理を行ってもよい)し、化学処理を行った後に形状を加工してもよい。
ここで用いられる造粒法としては、例えば、撹拌造粒法、噴霧造粒法、転動造粒法、ブリケッティング、コンパクティング、押出造粒法、流動層造粒法、乳化造粒法、液中造粒法、圧縮成型造粒法等が挙げられるが、特に限定されない。好ましくは、撹拌造粒法、噴霧造粒法、転動造粒法、流動造粒法が挙げられ、特に好ましくは撹拌造粒法、噴霧造粒法が挙げられる。
なお、噴霧造粒を行う場合、原料スラリーの分散媒として、水あるいはメタノール、エタノール、クロロホルム、塩化メチレン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、トルエン、キシレン等の有機溶媒を用いる。好ましくは水を分散媒として用いる。球状粒子が得られる噴霧造粒の原料スラリー液中における成分(b)の濃度は、0.1〜30重量%、好ましくは0.5〜20重量%、特に好ましくは1〜10重量%である。球状粒子が得られる噴霧造粒の熱風の入口温度は、分散媒により異なるが、水を例にとると80〜260℃、好ましくは100〜220℃で行う。
造粒において、粒子強度の高い担体を得るため、及び、プロピレン重合活性を向上させるためには、珪酸塩を必要に応じ微細化する。珪酸塩は、如何なる方法において微細化してもよい。微細化する方法としては、乾式粉砕、湿式粉砕いずれの方法でも可能である。好ましくは、水を分散媒として使用し珪酸塩の膨潤性を利用した湿式粉砕であり、例えばポリトロン等を使用した強制撹拌による方法やダイノーミル、パールミル等による方法がある。造粒する前の平均粒径は、0.01〜3μm、好ましくは0.05〜1μmである。
また、造粒の際に有機物、無機溶媒、無機塩、各種バインダーを用いてもよい。用いられるバインダーとしては、例えば、塩化マグネシウム、硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム、硫酸マグネシウム、アルコール類、グリコール等が挙げられる。
上記のようにして得られた球状粒子は、重合工程での破砕や微粉発生を抑制するためには、0.2MPa以上の圧縮破壊強度を有することが好ましい。また、造粒されたイオン交換性層状珪酸塩の粒径は、0.1〜1000μm、好ましくは1〜500μmの範囲である。粉砕法についても特に制限はなく、乾式粉砕、湿式粉砕のいずれでもよい。
(III)イオン交換性層状珪酸塩の化学処理
本発明に係る触媒成分(b)のイオン交換性層状珪酸塩は、特に処理を行うことなくそのまま用いることができるが、化学処理を行なうことが望ましく、イオン交換性層状珪酸塩の化学処理とは、酸類、塩類、アルカリ類、有機物等とイオン交換性層状珪酸塩とを接触させることをいう。
化学処理による共通の影響として、層間陽イオンの交換を行うことが挙げられるが、それ以外に各種化学処理は、次のような種々の効果がある。例えば、酸類による酸処理によれば、珪酸塩表面の不純物が取り除かれる他、結晶構造中のAl、Fe、Mg等の陽イオンを溶出させることによって、表面積を増大させることができる。これは、珪酸塩の酸強度を増大させ、また、単位重量当たりの酸点量を増大させることに寄与する。
アルカリ類によるアルカリ処理では、粘土鉱物の結晶構造が破壊され、粘土鉱物の構造の変化をもたらす。
以下に、処理剤の具体例を示す。なお、本発明では、以下の酸類、塩類を組み合わせたものを処理剤として用いてもよい。また、これら酸類、塩類の組み合わせであってもよい。
(i)酸類
酸処理は、表面の不純物を除く、あるいは層間に存在する陽イオンの交換を行うほか、結晶構造の中に取り込まれているAl、Fe、Mg等の陽イオンの一部又は全部を溶出させることができる。酸処理で用いられる酸としては、塩酸、硝酸、硫酸、リン酸、酢酸、シュウ酸、安息香酸、ステアリン酸、プロピオン酸、アクリル酸、マレイン酸、フマル酸、フタル酸、などが挙げられる。中でも無機酸が好ましく、硫酸、塩酸、硝酸が好ましく、さらに好ましくは硫酸である。
(ii)塩類
塩類としては、有機陽イオン、無機陽イオン、金属イオンからなる群から選ばれる陽イオンと、有機陰イオン、無機陰イオン、ハロゲン化物イオンからなる群から選ばれる陰イオンとから構成される塩類が例示される。例えば、周期律表第1〜14族から選択される少なくとも一種の原子を含む陽イオンと、ハロゲンの陰イオン、無機ブレンステッド酸及び有機ブレンステッド酸の陰イオンからなる群より選ばれる少なくとも一種の陰イオンとから構成される化合物が好ましい例として挙げられる。
このような塩類の具体例としては、LiCl、LiBr、LiSO、Li(PO)、LiNO、Li(OOCCH)、NaCl、NaBr、NaSO、Na(PO)、NaNO、Na(OOCCH)、KCl、KBr、KSO、K(PO)、KNO、K(OOCCH)、CaCl、CaSO、Ca(NO、Ca(C、Ti(OOCCH、MgCl、MgSO、Mg(NO、Mg(C、Ti(OOCCH、Ti(CO、Ti(NO、Ti(SO、TiF、TiCl、TiBr、TiI、Zr(OOCCH、Zr(CO、Zr(NO、Zr(SO、ZrF、ZrCl等が挙げられる。
また、Cr(OOCHOH、Cr(CHCOCHCOCH、Cr(NO、Cr(ClO、CrPO、Cr(SO、CrOCl、CrF、CrCl、CrBr、CrI、FeCO、Fe(NO、Fe(ClO、FePO、FeSO、Fe(SO、FeF、FeCl、MnBr、FeI、FeC、Co(OOCH等が挙げられる。
さらに、CuCl、CuBr、Cu(NO、CuC、Cu(ClO、CuSO、Cu(OOCCH、Zn(OOCH、Zn(CHCOCHCOCH、ZnCO、Zn(NO、Zn(ClO、Zn(PO、ZnSO、ZnF、ZnCl、ZnBr、ZnI、AlF、AlCl、AlBr、AlI、Al(SO、Al(C、Al(CHCOCHCOCH、Al(NO、AlPO等が挙げられる。
これらのなかで好ましくは、陰イオンが無機ブレンステッド酸やハロゲンからなり、陽イオンがLi、Mg、Znからなる化合物である。
そのような塩類で特に好ましい化合物は、具体的にはLiCl、LiSO、MgCl、MgSO、ZnCl、ZnSO、Zn(NO、Zn(POがある。
(iii)その他の処理剤
酸、塩処理の他に、必要に応じて下記のアルカリ処理や有機物処理を行ってもよい。アルカリ処理で処理剤としては、LiOH、NaOH、KOH、Mg(OH)、Ca(OH)、Sr(OH)、Ba(OH)などが例示される。
有機処理剤の例としては、トリメチルアンモニウム、トリエチルアンモニウム、トリプロピルアンモニウム、トリブチルアンモニウム、ドデシルアンモニウム、N,N−ジメチルアニリニウム、N,N−ジエチルアニリニウム、N,N−2,4,5−ペンタメチルアニリニウム、N,N−ジメチルオクタデシルアンモニウム、オクタドデシルアンモニウム、が例示されるが、これらに限定されるものではない。
また、これらの処理剤は、単独で用いてもよいし、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。これらの組み合わせは、処理開始時に添加する処理剤について組み合わせて用いてもよいし、処理の途中で添加する処理剤について、組み合わせて用いてもよい。また化学処理は、同一または異なる処理剤を用いて複数回行うことも可能である。
(iv)化学処理条件
上述した各種処理剤は、適当な溶剤に溶解させて処理剤溶液として用いてもよいし、処理剤自身を溶媒として用いてもよい。使用できる溶剤としては、特に制限はないが、水、アルコール類が一般的であり、特に水が好ましい。例えば、化学処理として酸処理を行う場合、酸処理剤濃度、イオン交換性層状珪酸塩と処理剤との比率、処理時間、処理温度等の酸処理条件を制御することによって、イオン層状珪酸塩化合物を所定の組成、構造へと変化させ制御することが可能である。
そのような酸処理剤濃度に関しては、下式を満たす酸濃度(N)の酸で処理することが好ましい。
N≧1.0
ここで示す酸濃度Nは、酸のモル数×酸の価数/酸水溶液の体積(単位:モル/リットル)と定義する。ただし、塩を共存させたときには、塩化合物に含まれる結晶水量は考慮するが、塩による体積変化は考慮しないものとする。なお、酸水溶液の比重は、化学便覧の基礎編IIp6(日本化学会編集,丸善発行,改訂3版)を引用した。なお、上限は取り扱い上の安全性、容易性、設備面の観点から、酸濃度Nが、20以下、特に15以下であることが好ましい。
イオン交換性層状珪酸塩と処理剤との比率に関しては、特に限定されないが、好ましくは、イオン交換性層状珪酸塩[g]:処理剤[酸の価数×mol数]=1:0.001〜1:0.1程度である。
また、酸処理温度は、室温〜処理剤溶液の沸点の範囲が好ましく、処理時間は5分〜24時間の条件を選択し、イオン交換性層状珪酸塩を構成している物質の少なくとも一部が除去又は交換される条件で行うことが好ましい。酸処理条件は、特には制限されないが、上記化学処理として硫酸を用いた場合、処理温度は80℃から、処理剤溶媒沸点以下で、処理時間は0.5時間以上5時間未満にすることが好ましい。
(IV)イオン交換性層状珪酸塩の乾燥
上記化学処理を実施した後に、過剰の処理剤及び処理により溶出したイオンの除去をすることが可能であり、好ましい。この際、一般的には、水や有機溶媒などの液体を使用する。脱水後は、乾燥を行うが、一般的には、乾燥温度は、100〜800℃、好ましくは150〜600℃で実施可能である。800℃を超えると、珪酸塩の構造破壊を生じるおそれがあるので好ましくない。
これらのイオン交換性層状珪酸塩は、構造破壊されなくとも乾燥温度により特性が変化するために、用途に応じて乾燥温度を変えることが好ましい。乾燥時間は、通常1分〜24時間、好ましくは5分〜4時間であり、雰囲気は、乾燥空気、乾燥窒素、乾燥アルゴン、又は減圧下であることが好ましい。乾燥方法に関しては特に限定されず各種方法で実施可能である。
(V)イオン交換性層状珪酸塩の化学処理後の組成
化学処理されたイオン交換性層状珪酸塩を、本発明に係る触媒成分(b)としては、Al/Siの原子比として、0.01〜0.25、好ましくは0.03〜0.24のもの、さらには0.05〜0.23の範囲のものがよい。Al/Si原子比は、粘土部分の酸処理強度の指標となるものとみられる。また、上記の範囲にAl/Si原子比を制御する方法としては、化学処理前のイオン交換性層状珪酸塩として、モンモリロナイトを使用し、上記(III)に記載の化学処理をおこなう方法が挙げられる。
イオン交換性層状珪酸塩中のアルミニウム及びケイ素は、JIS法による化学分析による方法で検量線を作成し、蛍光X線で定量するという方法で測定される。
(3)成分(c):
本発明に用いられる触媒成分(c)は、有機アルミニウム化合物であり、好ましくは、一般式(AlR3−nで表される有機アルミニウム化合物が使用される。式中、Rは炭素数1〜20のアルキル基を表し、Xはハロゲン、水素、アルコキシ基又はアミノ基を表し、nは1〜3の、mは1〜2の整数を各々表す。有機アルミニウム化合物は、単独であるいは複数種を組み合わせて使用することができる。
有機アルミニウム化合物の具体例としては、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリノルマルプロピルアルミニウム、トリノルマルブチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリノルマルヘキシルアルミニウム、トリノルマルオクチルアルミニウム、トリノルマルデシルアルミニウム、ジエチルアルミニウムクロライド、ジエチルアルミニウムセスキクロライド、ジエチルアルミニウムヒドリド、ジエチルアルミニウムエトキシド、ジエチルアルミニウムジメチルアミド、ジイソブチルアルミニウムヒドリド、ジイソブチルアルミニウムクロライド等が挙げられる。これらのうち、好ましくは、m=1、n=3のトリアルキルアルミニウム及びアルキルアルミニウムヒドリドである。さらに好ましくは、Rが炭素数1〜8であるトリアルキルアルミニウムである。
(4)触媒の調整:
本発明に係るオレフィン重合用触媒は、上記成分(a)、成分(b)及び成分(c)を含む。これらは、重合槽内で、あるいは重合槽外で接触させオレフィンの存在下で予備重合を行ってもよい。
オレフィンとは、炭素間二重結合を少なくとも1個含む炭化水素をいい、エチレン、プロピレン、1−ブテン、1−ヘキセン、3−メチルブテン−1、スチレン、ジビニルベンゼン等が例示されるが、特に種類に制限はなく、これらと他のオレフィンとの混合物を用いてもよい。好ましくは炭素数3以上のオレフィンがよい。
前記成分(a)、成分(b)及び成分(c)の使用量は、任意であるが、成分(b)中の遷移金属と成分(c)中のアルミニウムとの比が、成分(a)1gあたり、0.1〜1000(μmol):0〜100000(μmol)となるように接触させることが好ましい。また前記成分(a)に加えて、本発明の物質を製造できるのであれば、他の種の錯体を使用することも可能である。
前記成分(a)、成分(b)及び成分(c)を接触させる順番は、任意であり、これらのうち2つの成分を接触させた後に残りの1成分を接触させてもよいし、3つの成分を同時に接触させてもよい。これらの接触において、接触を充分に行うため、溶媒を用いてもよい。溶媒としては、脂肪族飽和炭化水素、芳香族炭化水素、脂肪族不飽和炭化水素やこれらのハロゲン化物、また予備重合モノマーなどが例示される。脂肪族飽和炭化水素、芳香族炭化水素の例として、具体的にはヘキサン、ヘプタン、トルエン等が挙げられる。また予備重合モノマーとしては、プロピレンを溶媒として用いることができる。
[予備重合]:
本発明に係る触媒は、前記のように、これに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されることが好ましい。使用するオレフィンは、特に限定はないが、前記のように、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、スチレン等を例示することができる。オレフィンのフィード方法は、オレフィンを反応槽に定速的にあるいは定圧状態になるように維持するフィード方法やその組み合わせ、段階的な変化をさせる等、任意の方法が可能である。
予備重合温度、時間は、特に限定されないが、各々−20℃〜100℃、5分〜24時間の範囲であることが好ましい。また、予備重合量は、成分(b)に対する予備重合ポリマーの重量比が好ましくは0.01〜100、さらに好ましくは0.1〜50である。また、予備重合時に成分(c)を添加、又は追加することもできる。
上記各成分の接触の際もしくは接触の後に、ポリエチレン、ポリプロピレン等の重合体、シリカ、チタニア等の無機酸化物の固体を共存させる等の方法も可能である。
予備重合後に触媒を乾燥してもよい。乾燥方法には、特に制限は無いが、減圧乾燥や加熱乾燥、乾燥ガスを流通させることによる乾燥などが例示され、これらの方法を単独で用いても良いし2つ以上の方法を組み合わせて用いてもよい。乾燥工程において触媒を攪拌、振動、流動させてもよいし静置させてもよい。
[重合方法の詳細な説明]:
重合形態は、前記成分(a)、成分(b)及び成分(c)からなるオレフィン重合用触媒とモノマーが効率よく接触するならば、あらゆる様式を採用しうる。具体的には、不活性溶媒を用いるスラリー法、不活性溶媒を実質的に用いずプロピレンを溶媒として用いるバルク重合法あるいは実質的に液体溶媒を用いず各モノマーをガス状に保つ気相重合法などが採用できる。
また、重合方式は、連続重合、回分式重合、又は予備重合を行う方法も適用される。
また、重合段数は、本発明の物質を製造できるのであればとくに制限はないが、バルク重合2段、バルク重合後気相重合、気相重合2段といった様式も可能であり、さらにはそれ以上の重合段数で製造することが可能である。
しかしながら、本発明に開示する物質を製造するためには、第一工程で高ビニル末端含有の結晶性のプロピレンマクロマーを製造し、第二工程でプロピレンと、エチレンまたはαオレフィンを用いて共重合することが好ましく、そうすることによって、第一工程で製造したマクロマーが第二工程で共重合されることにより、側鎖が結晶性セグメントを有し主鎖が非結晶性セグメントを有するグラフト共重合体を含有する本発明の重合体を製造することができる。
また、本発明に開示する化合物を得るためには、第一工程をバルク重合で行い、第二工程を気相重合で行うか、もしくは、第一工程、第二工程共に気相重合で行うことが好ましい。その理由としては、実質的に溶媒を用いないことによる環境負荷が削減できる点、また、製造工程が簡略化できるという点が挙げられる。
[第一工程]:
スラリー重合の場合は、重合溶媒として、ヘキサン、ヘプタン、ペンタン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン等の飽和脂肪族又は芳香族炭化水素の単独又は混合物が用いられる。重合温度は、0〜150℃であり、また分子量調節剤として、補助的に水素を用いることができる。重合圧力は、0〜3MPaG、好ましくは0〜2MPaGが適当である。
バルク重合法の場合は、重合温度は、0〜80℃であり、好ましくは60〜90℃であり、さらに好ましくは70〜80℃である。重合圧力は、0〜5MPaG、好ましくは0〜4MPaGが適当である。
気相重合の場合は、重合温度は、0〜200℃であり、好ましくは60〜120℃であり、さらに好ましくは70〜100℃である。重合圧力は、0〜4MPaG、好ましくは0〜3MPaGが適当である。
また、分子量調整剤としての水素は、水素による連鎖移動を抑制して末端ビニル含量を増大させるために使用しないことが好ましい。
[第二工程]:
気相重合の場合は、重合温度は、20〜90℃であり、好ましくは30〜80℃であり、さらに好ましくは50〜80℃である。また、分子量調節剤として、補助的に水素を用いることができる。重合圧力は、0〜4MPaG、好ましくは0〜3MPaGが適当である。
また、エチレンをコモノマーとして用いる場合には、目的の組成の重合体を製造するためには、気相のエチレンガス組成を10mol%以上に制御することが必要であり、好ましくは15mol%以上、さらに好ましくは20mol%以上である。また、上限値に関しては、65mol%以下であり、好ましくは60mol%以下、さらに好ましくは50mol%以下である。
かくして得られた本発明のプロピレン系重合体は、(i)GPCで測定する重量平均分子量(Mw)が10万〜100万であり、(ii)熱p−キシレンに不溶な成分が0.3%以下であり、(iii)伸長粘度の測定における歪硬化度(λmax)が2.0以上であることを特徴とし、このことは、分岐した重合体を含有することを意味する。
そのような分岐した重合体の種類としては、結晶性セグメントが側鎖として非結晶性セグメントにグラフトした共重合体である。また、特にそのようなグラフト共重合体は、CXIS成分(A)、またはCXIS成分(A)とCXS成分(B)に、存在する。そのようなグラフト共重合体として、結晶性セグメントを側鎖に有し、非結晶性セグメントが主鎖となることは、1段目で結晶性成分のマクロマーを製造し、2段目で非結晶性成分に共重合されるという重合機構から考えて、当然のことである。
また、かくして得られた本発明のプロピレン系重合体は、(iv)MFR(試験条件:230℃、2.16kg荷重)が0.1〜300g/10分であり、(v)溶融張力(MT)が10〜100gであり、(vi)ME(メモリーエフェクト)が1.4〜3.4であることが望ましい。
MFRが0.1g/10分未満では、流動性が低下する上に、剛性も低下する。一方、MFRが300g/10分を超えると、溶融加工性が低下する。また、この範囲の中でも、好ましくは0.5〜100g/10分、更に好ましくは2〜70g/10分、特に好ましくは、2〜50g/10分である。
また、溶融張力(MT)が10g未満であると、溶融張力が不足し成形加工性が悪くなり、MTが100gを超えると、延展性が悪くなり成型加工性が悪くなってしまう。MTの範囲で更に好ましくは10〜50gである。
さらに、ME(メモリーエフェクト)が1.4未満であると、射出成型時フローマークが発生し外観不良となり、一方、MEが3.4を超えると、ウェルドが発生し同じく概観不良となり、好ましくない。更に好ましくは1.5〜2.4である。
また、本発明のプロピレン系重合体は、必要に応じて、公知の酸化防止剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、造核剤、滑剤、難燃剤、アンチブロッキング剤、着色剤、無機質または有機質の充填剤等の各種添加剤、更には種々の合成樹脂を配合した後、溶融混練機を用いて加熱溶融混練後、更に粒状に切断されたペレットとして、成形材料に供することが可能である。
これらペレット状の成形材料は、各種既知のポリプロピレンの成形法、例えば射出成形、押し出し成形、発泡成形、中空成形等の技術によって成形が行われ、各種工業用射出成形部品、各種容器、無延伸フィルム、一軸延伸フィルム、二軸延伸フィルム、シート、パイプ、繊維等の各種成形品を製造することができる。
次に、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。なお、以下の実施例における物性測定、分析等は、下記の方法に従ったものである。
(1)メルトフローレート(MFR)
JIS K6758のポリプロピレン試験方法のメルトフローレート(試験条件:230℃、荷重2.16kgf)に従って、測定した。単位はg/10分である。
(2)分子量及び分子量分布(Mw、Mn、Q値)
ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により、上記本明細書記載の方法で、測定した。
(3)ME(メモリーエフェクト):
タカラ社製のメルトインデクサーを用い、190℃でオリフィス径1.0mm、長さ8.0mm中を、荷重をかけて押し出し、押し出し速度が0.1g/min.の時に、オリフィスから押し出されたポリマーを、メタノール中で急冷し、その際のストランド径の値をオリフィス径で除した値として算出した。この値は、MFRと相関する値であり、この値が大きいと、スウェルが大きく射出成形したときの製品外観がよくなることを示す。
(4)mm分率
日本電子社製、GSX−400、FT−NMRを用い、上記本明細書記載の方法で測定した。単位は%である。
(5)熱p−キシレンに不溶な成分
上記本明細書記載の方法で測定し、ゲル分率(wt%)で示した。
(6)伸長粘度
レオメータを用いて、上記本明細書記載の方法で測定した。
(7)組成分析
JIS法による化学分析により検量線を作成し、蛍光X線により測定した。
(8)溶融張力(MT)
東洋精機社製キャピログラフ1Bを用い、下記の条件で測定を行った。
キャピラリー:直径2.1mm
シリンダー径:9.6mm
シリンダー押出速度:10mm/分
巻き取り速度:4.0m/分
温度:190℃
[実施例1]:
(1)〔rac−ジメチルシリレンビス(2−(2−(5−メチル)−フリル)−4−フェニル−インデニル)ハフニウムジクロライドの合成〕:
(1−a)ジメチルビス(2−(2−(5−メチル)−フリル)−4−フェニル−インデニル)シランの合成:
特開2004−124044号公報の実施例1に記載の方法にしたがって、合成を行った。
(1−b)rac−ジメチルシリレンビス(2−(2−(5−メチル)−フリル)−4−フェニル−インデニル)ハフニウムジクロライドの合成:
100mlのガラス製反応容器に、ジメチルビス(2−(2−(5−メチル)−フリル)−4−フェニル−インデニル)シラン5.3g(8.8ミリモル)、ジエチルエーテル150mlを加え、ドライアイス−メタノール浴で−70℃まで冷却した。ここに1.50モル/リットルのn−ブチルリチウム−ヘキサン溶液12ml(18ミリモル)を滴下した。滴下後、室温に戻し16時間攪拌した。反応液の溶媒を20ml程度まで減圧濃縮し、トルエン200mlを加え、ドライアイス−メタノール浴で−70℃まで冷却した。そこに、四塩化ハフニウム2.8g(8.7ミリモル)を加えた。その後、徐々に室温に戻しながら3日間攪拌した。
溶媒を減圧留去し、ジクロロメタン/ヘキサンで再結晶を行い、ジメチルシリレンビス(2−(2−(5−メチル)−フリル)−4−フェニル−インデニル)ハフニウムジクロライドのラセミ体(純度99%以上)を黄橙色結晶として2.9g(収率39%)得た。
得られたラセミ体についてのプロトン核磁気共鳴法(H−NMR)による同定値を以下に記す。
H−NMR(CDCl3)同定結果]
ラセミ体:δ1.12(s,6H),δ2.42(s,6H),δ6.06(d,2H),δ6.24(d,2H),δ6.78(dd,2H),δ6.97(d,2H),δ6.96(s,2H),δ7.25〜δ7.64(m,12H)。
(2)〔触媒の合成〕:
(2−1)イオン交換性層状珪酸塩の化学処理
セパラブルフラスコ中で蒸留水3456gに96%硫酸(1044g)を加えその後、層状珪酸塩としてモンモリロナイト(水沢化学社製ベンクレイSL:平均粒径19μm)600gを加えた。このスラリーを0.5℃/分で1時間かけて90℃まで昇温し、90℃で120分反応させた。この反応スラリーを1時間で室温まで冷却し、蒸留水2400g加えた後にろ過したところケーキ状固体1230gを得た。
次に、セパラブルフラスコ中に、硫酸リチウム648g、蒸留水1800gを加え硫酸リチウム水溶液としたところへ、上記ケーキ上固体を全量投入し、更に蒸留水522gを加えた。このスラリーを0.5℃/分で1時間かけて90℃まで昇温し、90℃で120分反応させた。この反応スラリーを1時間で室温まで冷却し、蒸留水1980g加えた後にろ過し、更に蒸留水でpH3まで洗浄し、ろ過を行ったところ、ケーキ状固体1150gを得た。
得られた固体を窒素気流下130℃で2日間予備乾燥後、53μm以上の粗大粒子を除去し、更に215℃、窒素気流下、滞留時間10分の条件でロータリーキルン乾燥することにより、化学処理スメクタイト340gを得た。
この化学処理スメクタイトの組成は、Al:7.81重量%、Si:36.63重量%、Mg:1.27重量%、Fe:1.82重量%、Li:0.20重量%であり、Al/Si=0.222[mol/mol]であった。
(2−2)触媒調製及び予備重合
3つ口フラスコ(容積1L)中に、上で得られた化学処理スメクタイト20gを入れ、ヘプタン(114mL)を加えてスラリーとし、これにトリエチルアルミニウム(50mmol:濃度71mg/mLのヘプタン溶液を81mL)を加えて1時間攪拌後、ヘプタンで1/1000まで洗浄し、全容量を200mLとなるようにヘプタンを加えた。
また、別のフラスコ(容積200mL)中で、ヘプタン(85mL)にrac−ジメチルシリレンビス(2−(2−(5−メチル)−フリル)−4−フェニル−インデニル)ハフニウムジクロライド(0.3mmol)を加えてスラリーとした後、トリイソブチルアルミニウム(0.6mmol:濃度140mg/mLのヘプタン溶液を0.85mL)を加えて45分室温で攪拌し反応させた。この溶液を、化学処理スメクタイトが入った3Lフラスコに加えて、室温で45分攪拌した。その後ヘプタンを214mL追加し、このスラリーを1Lオートクレーブに導入した。
オートクレーブの内部温度を40℃にしたのちプロピレンを20g/時の速度でフィードし2時間40℃を保ちつつ予備重合を行った。その後、プロピレンフィードを止めて、50℃で0.5時間残重合を行った。得られた触媒スラリーの上澄みをデカンテーションで除去した後、再びヘプタンを加えてデカンテーションすることにより予備重合触媒の洗浄のをおこなった。上記デカンテーションにより残った部分に、トリイソブチルアルミニウム(12mmol:濃度140mg/mLのヘプタン溶液を17mL)を加えて10分攪拌した。この固体を2時間減圧乾燥することにより、乾燥予備重合触媒47.6gを得た。予備重合倍率(予備重合ポリマー量を固体触媒量で除した値)は1.38であった。
(3)〔重合〕
第一工程の重合:
3Lオートクレーブを加熱下窒素を流通させることにより予めよく乾燥させた後、プロピレンで槽内を置換して室温まで冷却した。トリイソブチルアルミニウムのヘプタン溶液(140mg/mL)2.86mLを加え、液体プロピレン750gを導入した後、70℃まで昇温した。
その後、上記予備重合触媒を、予備重合ポリマーを除いた重量で200mgを高圧アルゴンで重合槽に圧送し、重合を開始した。70℃で1時間保持して後、未反応のプロピレンをすばやくパージし、オートクレーブ内を窒素置換することにより、第一工程の重合を停止した。
窒素置換したオートクレーブからテフロン(登録商標)チューブを用いて、第一工程後の重合体7gを回収し分析をおこなった。
第二工程の重合:
上記の窒素置換したオートクレーブを50℃で大気圧で保持した後、プロピレンを分圧で1.0MPa、次いでエチレンを分圧で1.0MPa、まですばやく加えて第二工程の重合を開始した。重合中は、組成が一定になるように予め調整しておいたエチレン/プロピレンの混合ガスを導入して全圧2.0MPaに保ち、50℃を保持した。
この第二工程の重合の平均ガス組成は、C2:53.4%であった。
2時間後、未反応のエチレン/プロピレンの混合ガスをパージして重合を停止した。そうしたところ275gの重合体が得られた。
得られたサンプルの一部は、東洋精機社製ラボプラストミル(モデル50C150)を用い下記条件で溶融混練した。
重合体:42g(チバガイギー社製 IRGASTAB FS210FF 1.0部、ハイドロタルサイト 0.5部を添加)
温度:170℃
回転数:70rpm
時間:3分
得られたサンプルを用いて測定方法1で伸長粘度の測定、および溶融張力の測定を行った。
(4)〔オルトジクロロベンゼンによる昇温分別〕:
オルトジクロロベンゼンを溶媒として用い、上記の昇温分別の方法に従って、5℃以上60℃未満に可溶な成分(中間成分C)と、101℃以上に不溶な成分(高温成分)に分別した。
実施例1の評価結果を表1に示す。
[実施例2]:
(1)〔重合〕:
第一工程の重合:
3Lオートクレーブを加熱下窒素を流通させることにより予めよく乾燥させた後、プロピレンで槽内を置換して室温まで冷却した。トリイソブチルアルミニウムのヘプタン溶液(140mg/mL)2.86mLを加え、液体プロピレン750gを導入した後、70℃まで昇温した。その後、上記予備重合触媒を、予備重合ポリマーを除いた重量で210mgを高圧アルゴンで重合槽に圧送し、重合を開始した。70℃で1時間保持して後、未反応のプロピレンをすばやくパージし、オートクレーブ内を窒素置換することにより第一工程の重合を停止した。
窒素置換したオートクレーブからテフロン(登録商標)チューブを用いて第一工程後の重合体12gを回収し分析をおこなった。
第二工程の重合:
上記の窒素置換したオートクレーブを50℃で大気圧で保持した後、0.5MPa、ついでエチレンを分圧で1.5MPa、まですばやく加えて第二工程の重合を開始した。重合中は組成が一定になるように予め調整しておいたエチレン/プロピレンの混合ガスを導入して全圧2.0MPaに保ち、50℃を保持した。
この第二工程の重合の平均ガス組成は、C2:72.5%であった。
2時間後、未反応のエチレン/プロピレンの混合ガスをパージして重合を停止した。そうしたところ211gの重合体が得られた。
[実施例3]:
第一工程の重合:
3Lオートクレーブを加熱下窒素を流通させることにより予めよく乾燥させた後、プロピレンで槽内を置換して室温まで冷却した。トリイソブチルアルミニウムのヘプタン溶液(140mg/mL)2.86mLを加え、エチレンを16g、液体プロピレン750gを導入した後、70℃まで昇温した。その後、上記予備重合触媒を、予備重合ポリマーを除いた重量で100mgを高圧アルゴンで重合槽に圧送し、重合を開始した。70℃で1時間保持して後、未反応のプロピレンをすばやくパージし、オートクレーブ内を窒素置換することにより第一工程の重合を停止した。
窒素置換したオートクレーブからテフロン(登録商標)チューブを用いて第一工程後の重合体15.6gを回収し分析をおこなった。
第二工程の重合:
上記の窒素置換したオートクレーブを50℃で大気圧で保持した後、1.0MPa、ついでエチレンを分圧で1.0MPa、まですばやく加えて第二工程の重合を開始した。重合中は組成が一定になるように予め調整しておいたエチレン/プロピレンの混合ガスを導入して全圧2.0MPaに保ち、50℃を保持した。
この第二工程の重合の平均ガス組成は、C2:57.6%であった。
2時間後、未反応のエチレン/プロピレンの混合ガスをパージして重合を停止した。そうしたところ445gの重合体が得られた。
[実施例4]:
第一工程の重合:
3Lオートクレーブを加熱下窒素を流通させることにより予めよく乾燥させた後、プロピレンで槽内を置換して室温まで冷却した。トリイソブチルアルミニウムのヘプタン溶液(140mg/mL)2.86mLを加え、エチレンを48g、液体プロピレン750gを導入した後、70℃まで昇温した。その後、上記予備重合触媒を、予備重合ポリマーを除いた重量で210mgを高圧アルゴンで重合槽に圧送し、重合を開始した。70℃で1時間保持して後、未反応のプロピレンをすばやくパージし、オートクレーブ内を窒素置換することにより第一工程の重合を停止した。
窒素置換したオートクレーブからテフロン(登録商標)チューブを用いて第一工程後の重合体7.5gを回収し、分析をおこなった。
第二工程の重合:
上記の窒素置換したオートクレーブを50℃で大気圧で保持した後、1.0MPa、ついでエチレンを分圧で1.0MPa、まですばやく加えて、第二工程の重合を開始した。重合中は、組成が一定になるように予め調整しておいたエチレン/プロピレンの混合ガスを導入して全圧2.0MPaに保ち、50℃を保持した。
この第二工程の重合の平均ガス組成は、C2:55.6%であった。
2時間後、未反応のエチレン/プロピレンの混合ガスをパージして重合を停止した。そうしたところ399gの重合体が得られた。
[比較例1]:
(1)〔rac−ジメチルシリレンビス(2−(2−(5−メチル)−フリル)−4−フェニル−インデニル)ジルコニウムジクロライドの合成〕:
特開2004−2259号公報に記載の方法に従って、合成した。
(2)〔触媒の合成〕:
3つ口フラスコ(容積1L)中に、シリカ担持MAO(WITCO社製 製品名MAO−S)20gを入れヘプタン(200mL)を加えてスラリーとした。
また、別のフラスコ(容積200mL)中で、ヘプタン(85mL)にrac−ジメチルシリレンビス(2−(2−(5−メチル)−フリル)−4−フェニル−インデニル)ジルコニウムジクロライド(0.3mmol)を加えてスラリーとした後、トリイソブチルアルミニウム(0.6mmol:濃度140mg/mLのヘプタン溶液を0.85mL)を加えて30分室温で攪拌し反応させた。この溶液を、シリカ担持MAOが入った3Lフラスコに加えて、室温で30分攪拌した。その後ヘプタンを215mL追加し、このスラリーを1Lオートクレーブに導入した。
オートクレーブの内部温度を40℃にしたのち、プロピレンを20g/時の速度でフィードし2時間40℃を保ちつつ予備重合を行った。その後、プロピレンフィードを止めて、0.5時間残重合を行った。得られた触媒スラリーの上澄みをデカンテーションで除去した後、トリイソブチルアルミニウム(12mmol:濃度140mg/mLのヘプタン溶液を17mL)を加えて10分攪拌した。この固体を2時間減圧乾燥することにより乾燥予備重合触媒55.6gを得た。予備重合倍率(予備重合ポリマー量を固体触媒量で除した値)は1.78であった。
(3)〔重合〕:
第一工程の重合:
3Lオートクレーブを、加熱下窒素を流通させることにより予めよく乾燥させた後、プロピレンで槽内を置換して室温まで冷却した。トリイソブチルアルミニウムのヘプタン溶液(140mg/mL)2.86mLを加え、水素を200ml、液体プロピレン500gを導入した後、70℃まで昇温した。その後、上記予備重合触媒を、予備重合ポリマーを除いた重量で300mgを高圧アルゴンで重合槽に圧送し、重合を開始した。70℃で1時間保持して後、未反応のプロピレンをすばやくパージし、オートクレーブ内を窒素置換することにより第一工程の重合を停止した。
窒素置換したオートクレーブからテフロン(登録商標)チューブを用いて第一工程後の重合体30gを回収し分析をおこなった。
第二工程の重合:
上記の窒素置換したオートクレーブを50℃で大気圧で保持した後、プロピレンを分圧で0.3MPa、次いでエチレンを分圧で1.2MPa、まですばやく加え、第二工程の重合を開始した。重合中は、組成が一定になるように予め調整しておいたエチレン/プロピレンの混合ガスを導入して全圧1.5MPaに保ち、50℃を保持した。この第二工程の重合の平均ガス組成は、C2:80.0%であった。
3.5時間後、未反応のエチレン/プロピレンの混合ガスをパージして重合を停止した。そうしたところ350.5gの重合体が得られた。
実施例2〜4と比較例1の評価結果も、表1に示す。
尚、表1中のVi含量は、骨格炭素1000C中、ポリマー鎖末端に位置するビニル(Vi)基の個数であり、重合体中、共重合可能な末端ビニル基の濃度を表し、13C−NMRを用い、Macromolecules,31,3783(1998)に記載の方法で測定したものである。
Figure 2008144152
表1から明らかなように、本発明によって得られたプロピレン系重合体は、特定の結晶性成分(A)と非結晶性成分(B)から構成され、且つ、(i)GPCで測定する重量平均分子量(Mw)が10万〜100万であり、(ii)熱p−キシレンに不溶な成分が0.3%以下であり、(iii)伸長粘度の測定における歪硬化度(λmax)が2.0以上であることを特徴としているため、機械的物性のバランスに優れ、また、溶融張力(MT)や溶融流動性が改良され、加工成形性、外観に優れていると、考察される。一方、比較例1のプロピレン系重合体は、特に、伸長粘度の測定における歪硬化度(λmax)が2.0未満、具体的には、1.2であるために、溶融時強度が低く、機械的物性に劣ると、考察される。
[参考例]:(高温成分のエチレン含量および組成)
実施例1の(4)〔オルトジクロロベンゼンによる昇温分別〕において分別した中間成分(C)を回収したところ、重合体全体に対して39.5wt%であった。このものを、13C−NMRを用いてエチレン含量の測定をおこなったところ、18.4mol%のエチレン含量であった。
また、そのエチレンとプロピレンの3連鎖(PPP、PPE、EPE、PEP、PEE、EEE)に関する帰属を、Macromolecules,15,1150(1982)の方法にしたがって行い、各連鎖分率を算出したところ、下記のとおりであった。
[PPP]:0.200
[PPE]:0.022
[EPE]:0.099
[PEP]:0.048
[PEE]:0.031
[EEE]:0.314
また、ランダム性の指標r1r2を上記の3連鎖分布をもちいて、下式のように求めると、r1×r2=1.1であった。
r1×r2=([PPE]×[PEE])/(4×[PEP]×[EPE])
〔オルトジクロロベンゼンによる昇温分別〕において分別した101℃不溶成分を回収したところ、重合体全体に対して、29.5wt%の高温成分を得た。このものを13C−NMRを用いてエチレン含量の測定をおこなったところ、1.1mol%のエチレン含量であった。また、高温成分を、DSCを用いて融点を測定したところ、ポリプロピレン由来の155.4度の単一ピークが観測された。
また、中間成分(C)と同様に各連鎖分率を算出したところ、下記のとおりであった。
[PPP]:0.976
[PPE]:0.012
[EPE]:0.001
[PEP]:0.007
[PEE]:0.004
[EEE]:0.001
また、同様にランダム性の指標r1×r2を算出したところ、r1×r2=1.7であった。
(考察):
通常、結晶性の高いポリエチレン、例えばHDPEであっても、101℃のオルトジクロロベンゼンには、溶解する。したがって、実施例1の重合体の高温成分に含まれるエチレンが検出されるのは、単純に結晶性の高いポリエチレン成分と結晶性の高いポリプロピレン成分が混合したものではなく、結晶性の高いセグメントとエチレン成分を含むセグメントが化学的に結合した化合物が存在していることを示している。
また、高温成分に結晶性ポリエチレン成分が含まれないことは、高温成分のDSCによる融点が結晶性プロピレン成分由来の155.4度の単一ピークしか、観測されないことからも明らかである。
また、その構造は、製造法から考えて、結晶性ポリプロピレン成分を側鎖にもち、エチレンを含む成分を主鎖に持つグラフト体となっていると、考えられる。
また、中間成分(C)および高温成分の3連鎖分布の結果に関して、PPP連鎖を除いて割合を求めると下記のようになる。
[PPE]中間成分:0.499
[EPE]中間成分:0.055
[PEP]中間成分:0.248
[PEE]中間成分:0.121
[EEE]中間成分:0.078
[PPE]高温成分:0.496
[EPE]高温成分:0.036
[PEP]高温成分:0.269
[PEE]高温成分:0.149
[EEE]高温成分:0.049
上記の結果は、両フラクションで組成分布が似ていることを示しており、これは、中間成分と高温成分に類似の組成分布の非結晶性成分を含んでいることを示している。つまり、非結晶性成分と結晶性成分が化学的に結合しているために、結晶性成分との比率の違いによって、類似の組成分布であっても、非結晶性成分が異なる温度で溶出しているものと考えられる。
本発明のプロピレン系重合体は、機械的物性のバランスに優れ、また、溶融流動性が改良され、加工成形性、外観に優れているため、各種成形分野、例えば、各種工業用射出成形部品、各種容器、無延伸フィルム、一軸延伸フィルム、二軸延伸フィルム、シート、パイプ、繊維等の各種成形品に、広く用いることができる。また、本発明のプロピレン系重合体の製造方法も、生産性が高く、産業上利用可能性が高いものである。
GPCにおけるクロマトグラムのベースラインと区間の説明の図である 一軸伸長粘度計で測定された伸長粘度の一例を示すプロット図である。

Claims (10)

  1. 下記の結晶性成分(A)と非結晶性成分(B)から構成され、且つ、(i)GPCで測定する重量平均分子量(Mw)が10万〜100万であり、(ii)熱p−キシレンに不溶な成分が0.3重量%以下であり、(iii)伸長粘度の測定における歪硬化度(λmax)が2.0以上であることを特徴とするプロピレン系重合体。
    結晶性成分(A):次の(A1)〜(A5)に規定する要件を有する25℃でp−キシレンに不溶となる成分(CXIS)。
    (A1)重合体全量に対して20重量%〜95重量%未満である、
    (A2)GPCで測定する重量平均分子量(Mw)が10万〜100万である、
    (A3)13C−NMRで測定するアイソタクチックトライアッド分率(mm)が93%以上である、
    (A4)伸長粘度の測定における歪硬化度(λmax)が2.0以上である、
    (A5)プロピレン単位と、エチレン単位またはα−オレフィン単位を含有する。
    非結晶性成分(B):次の(B1)〜(B4)に規定する要件を有する25℃でp−キシレンに溶解する成分(CXS)。
    (B1)重合体全量に対して5重量%〜80重量%未満である、
    (B2)GPCで測定する重量平均分子量(Mw)が10万〜100万である、
    (B3)伸長粘度の測定における歪硬化度(λmax)が2.0以上である、
    (B4)プロピレン単位と、エチレン単位および/またはα−オレフィン単位を含有する。
  2. 結晶性成分(A)は、エチレン単位を含むものであって、エチレン含量が0.1〜10重量%であることを特徴とする請求項1に記載のプロピレン系重合体。
  3. 非結晶性成分(B)は、エチレン単位を含むものであって、エチレン含量が10〜60重量%であることを特徴とする請求項1又は2に記載のプロピレン系重合体。
  4. 結晶性セグメントを側鎖に有し、非結晶性セグメントを主鎖に有するグラフト共重合体を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のプロピレン系重合体。
  5. 結晶性成分(A)には、結晶性セグメントを側鎖に有し、非結晶性セグメントを主鎖に有するグラフト共重合体を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のプロピレン系重合体。
  6. 結晶性成分(A)と非結晶性成分(B)には、結晶性セグメントを側鎖に有し、非結晶性セグメントを主鎖に有するグラフト共重合体を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のプロピレン系重合体。
  7. o−ジクロロベンゼン(ODCB)による昇温溶出分別において、5〜60℃の間に溶出する中間成分(C)は、3重量%〜60重量%未満であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のプロピレン系重合体。
  8. 請求項1〜7のいずれかに記載のプロピレン系重合体を製造する方法であって、
    下記の触媒成分(a)、(b)及び(c)を用いて、
    (i)プロピレン単独、又は、プロピレンとエチレン若しくはα−オレフィンを重合し、エチレンまたはα−オレフィンを全モノマー成分に対して0〜10重量%重合させる第一工程、及び
    (ii)プロピレンと、エチレンまたはα−オレフィンを重合し、エチレンまたはα−オレフィンを全モノマー成分に対して10〜90重量%重合させる第二工程、
    を含むことを特徴とするプロピレン系重合体の製造方法。
    (a):一般式(1)で表されるメタロセン化合物
    Figure 2008144152
    [一般式(1)中、各々R11およびR12は、独立して、水素、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のハロゲン含有アルキル基、炭素数1〜6の珪素含有アルキル基、炭素数6〜16のアリール基、炭素数6〜16のハロゲン含有アリール基、炭素数4〜16の窒素または酸素、硫黄を含有する複素環基を表し、R11およびR12の少なくとも一つは、炭素数4〜16の窒素または酸素、硫黄を含有する複素環基を示す。また、各々R13およびR14は、独立して、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のハロゲン含有アルキル基、炭素数1〜6の珪素含有アルキル基、炭素数6〜16のアリール基、炭素数6〜16のハロゲン含有アリール基、炭素数6〜16の珪素含有アリール基、炭素数6〜16の窒素または酸素、硫黄を含有する複素環基を表す。さらに、X11及びY11は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜20の炭化水素基、炭素数1〜20のケイ素含有炭化水素基、炭素数1〜20のハロゲン化炭化水素基、炭素数1〜20の酸素含有炭化水素基、アミノ基または炭素数1〜20の窒素含有炭化水素基を表し、Q11は、炭素数1〜20の二価の炭化水素基、炭素数1〜20の炭化水素基を有していてもよいシリレン基、オリゴシリレン基、またはゲルミレン基を表す。]
    (b):イオン交換性層状珪酸塩
    (c):有機アルミニウム化合物
  9. 前記第一工程は、プロピレンを溶媒として用いるバルク重合または各モノマーをガス状に保つ気相重合であり、前記第二工程は、気相重合であることを特徴とする請求項8に記載のプロピレン系重合体の製造方法。
  10. 結晶性プロピレン系マクロマーを製造した後に、非結晶性オレフィン共重合体を逐次製造することを特徴とする請求項8に記載のプロピレン系重合体の製造方法。
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