JP2010037686A - ポリプロピレン系樹脂による繊維及びその繊維製品 - Google Patents

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Abstract

【課題】紡糸性が良好で、繊維の風合いと柔軟性に優れ、ベタツキも少ないポリプロピレン系樹脂繊維及びその不織布などの繊維製品を開発する。
【解決手段】原料として、条件(A−i)〜(A−iii)を満たすプロピレン−エチレンブロック共重合体を、少なくとも1つの構成成分とすることを特徴とする繊維。
(A−i)メタロセン系触媒を用いて、第1工程でプロピレン単独重合体又はエチレン含量7wt%以下のプロピレン−エチレンランダム共重合体成分(A1)を30〜95wt%、第2工程で成分(A1)よりも3〜20wt%多くのエチレンを含有するプロピレン−エチレンランダム共重合体成分(A2)を70〜5wt%逐次重合することで得られたプロピレン−エチレンブロック共重合体(A)である
(A−ii)メルトフローレート(MFR:230℃・2.16kg)が5〜1,000g/10分の範囲にある
(A−iii)固体粘弾性測定により得られる温度−損失正接(tanδ)曲線において、tanδ曲線が0℃以下に単一のピークを有する
【選択図】なし

Description

本発明は、ポリプロピレン系樹脂による繊維及びその繊維製品に関し、詳しくは、特定のプロピレン−エチレンブロック共重合体を少なくとも1つの構成成分とすることを特徴とし、柔軟性に優れベタツキの少ない繊維及びそれからなる不織布などの繊維製品に係わるものである。
産業用資材として汎用されているポリプロピレン系樹脂の主要な用途として、その物性と成形性及び経済性と環境保全性などの優れた性能から、繊維材料とその繊維製品が以前から展開されている。
ポリプロピレン系樹脂繊維は、元来、柔軟性や風合いなどがやや低い傾向にあるので、その改良が要望され、例えば、その繊維製品の用途としての、包帯やサポーターなどの医療用品及び生理用ナプキンや使い捨てオムツなどの衛生用品に使用される不織布においては、少ない目付けにおいて必要な不織布強度を有して、かつ風合いがソフトで使用者の肌に触れた時に柔らかくて不快感のないものが望まれている。
ポリプロピレン系不織布の柔軟性や風合いを改善する試みとして、融点の異なる2成分からなる複合繊維を熱処理して、低融点成分を融着させることにより、繊維接点を固定化する不織布の製造方法が多用されている。この場合、高融点成分は、主に不織布強度を維持する役割をし、低融点成分は風合いをソフトにする役割を担う(例えば、特許文献1)。
このような複合繊維不織布に用いる高融点/低融点成分の組み合わせの例として、プロピレン単独重合体(ホモPP)/プロピレン・α−オレフィンランダム共重合体(ランダムPP)やホモPP/ポリエチレン(PE)などがある。ランダムPPとしては、プロピレンとエチレン又はブテン、プロピレンとエチレンとブテンなどのプロピレンとα−オレフィンとの共重合体の使用が考えられ、ポリエチレンとしては、高密度ポリエチレン(HDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)などの使用が考えられている。
しかしながら、LDPEやLLDPEは、融点が低く、これらを組み合わせて得られる不織布は風合いがソフトであるという長所を有するが、紡糸性が悪いといった欠点がある。また、ランダムPPを組み合わせた場合には、良好な紡糸性を有しているが、融点が130℃以上と高いために風合いが硬いという欠点が改良されない。
一方で、特定のポリプロピレン系樹脂により、柔軟性を向上させる検討も行われており、第一工程で結晶性ポリプロピレンを第二工程でプロピレン−エチレン共重合体エラストマーを製造する、いわゆるブロックタイプのリアクターTPOと称されるものは、ランダムコポリマータイプのエラストマーに比べて柔軟性に優れるという特徴を有し、また、機械的な混合により製造されるエラストマーに対して、生成物の品質が安定し製造コストが低下しエラストマー組成を広く可変にできるなどの有利な特性を有することから、経済性も高く、樹脂材料として最近において汎用されている。(例えば、特許文献2)
しかし、このような材料で製造された繊維及びそれからなる不織布は、ベタツキ(低分子量成分の繊維表面への滲出など)が見られ、体に触れた際に不快感を生じさせる問題が発生しやすいという欠点をなお内在している(特許文献3)。
更に、柔軟性などを改良する、ポリプロピレン系樹脂とポリエステル系樹脂のような他の樹脂との複合繊維も知られているが(特許文献4)、風合いとベトツキまでは改良されない。
特開2001−40564号公報(要約を参照) 特開2001−64335号公報(要約及び特許請求の範囲の請求項4を参照) 特開2004−238775号公報(要約を参照) 特開2007−247072号公報(要約を参照)
本発明は、背景技術に前記したポリプロピレン系樹脂繊維及びその繊維製品における技術状況を鑑みて、紡糸性が良好で、繊維の風合いと柔軟性に優れ、ベタツキも少ないポリプロピレン系樹脂繊維及びその不織布などの繊維製品を開発することを発明が解決すべき課題とするものである。
本発明者らは、上記の発明の課題を解決するには、ポリプロピレン系樹脂の複合繊維が有効であると考え、特に、第一工程で結晶性ポリプロピレンを第二工程でプロピレン−エチレン共重合体エラストマーを製造する、ブロックタイプのリアクターTPOは、柔軟性に優れエラストマー組成を広く可変にできるなどの有利な特性を有することから、繊維の風合いと柔軟性に優れるポリプロピレン系樹脂繊維及びその不織布などの繊維製品を開発するのに好適であると想定し、本出願人が先に開発したところの(特開2005−132979号公報)、特定の性状を有するプロピレン−エチレンブロック共重合体を繊維構成成分の少なくとも1成分とすることにより、柔軟で風合いが良くベタツキも少ない繊維及びその不織布が得られることを見い出すことができ、本発明を創作するに到った。
かくして、本発明は、基本的要件として、メタロセン系触媒を用いる逐次重合により、第1工程で製造される結晶性のプロピレン−エチレンランダム共重合体と、第2工程で製造される低結晶性又は非結晶性のプロピレン−エチレン共重合体エラストマーからなる、特定のプロピレン−エチレンブロック共重合体を繊維原料とし、それを繊維の原料における少なくとも1つの構成成分とする。
具体的には、原料として、以下の条件(A−i)〜(A−iii)を満たすプロピレン−エチレンブロック共重合体を、少なくとも1つの構成成分とすることを特徴とする繊維である。
(A−i)メタロセン系触媒を用いて、第1工程でプロピレン単独重合体又はエチレン含量7wt%以下のプロピレン−エチレンランダム共重合体成分(A1)を30〜95wt%、第2工程で成分(A1)よりも3〜20wt%多くのエチレンを含有するプロピレン−エチレンランダム共重合体成分(A2)を70〜5wt%逐次重合することで得られたプロピレン−エチレンブロック共重合体(A)であること
(A−ii)メルトフローレート(MFR:230℃・2.16kg)が5〜1,000g/10分の範囲にあること
(A−iii)固体粘弾性測定(DMA)により得られる温度−損失正接(tanδ)曲線において、−60〜20℃の温度範囲で観測されるガラス転移によるピークが、単一であり、かつ、そのピーク温度が0℃以下であること
そして、より具体的な構成或いは実施の態様として、プロピレン−エチレンブロック共重合体における低分子量成分を限定し、成分(A1)と(A2)の量比及びエチレン含量を限定し、温度昇温溶離分別法(TREF)によるTREF溶出曲線における溶出ピークを特定する。
更に、かかる原料による繊維を複合繊維及びその不織布とし、用途展開を図るものである。
かかる構成の要件の有意性と合理性、及び当構成による顕著な効果であるところの、繊維の紡糸性、並びに繊維製品における優れた柔軟性と良好な風合い及びベタツキの少なさは、後述する各実施例のデータ及びそれらと比較例との対照により実証されている。
以上において、本発明の創作の経緯と、発明の構成の特徴及び作用効果などについて概括的に記述したので、ここで本発明全体を俯瞰するために、本発明全体の構成を明確に記載すると、本発明は次の発明単位群から形成されるものであって、[1]に記載のものが基本発明であり、[2]以下の発明は基本発明に付随的な要件を加え、或いは実施態様化ないしは用途展開をなすものである。(なお、発明群全体をまとめて「本発明」と称している。)
[1]原料として、以下の条件(A−i)〜(A−iii)を満たすプロピレン−エチレンブロック共重合体を、少なくとも1つの構成成分とすることを特徴とする繊維。
(A−i)メタロセン系触媒を用いて、第1工程でプロピレン単独重合体又はエチレン含量7wt%以下のプロピレン−エチレンランダム共重合体成分(A1)を30〜95wt%、第2工程で成分(A1)よりも3〜20wt%多くのエチレンを含有するプロピレン−エチレンランダム共重合体成分(A2)を70〜5wt%逐次重合することで得られたプロピレン−エチレンブロック共重合体(A)であること
(A−ii)メルトフローレート(MFR:230℃・2.16kg)が5〜1,000g/10分の範囲にあること
(A−iii)固体粘弾性測定(DMA)により得られる温度−損失正接(tanδ)曲線において、−60〜20℃の温度範囲で観測されるガラス転移によるピークが、単一であり、かつ、そのピーク温度が0℃以下であること
[2]プロピレン−エチレンブロック共重合体(A)が以下の条件(A−iv)を満たすことを特徴とする、[1]における繊維。
(A−iv)ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定により得られる重量平均分子量における5,000以下の成分量W(Mw≦5,000)が、全体の0.8wt%以下であること
[3]プロピレン−エチレンブロック共重合体(A)が以下の条件(A−v)〜(A−vi)を満たすことを特徴とする、[1]又は[2]における繊維。
(A−v)第1工程で得られる成分(A1)が、エチレン含量が0.5〜6wt%の範囲にあるプロピレン−エチレンランダム共重合体で、ブロック共重合体(A)の全体における割合が30〜85wt%の範囲にあり、第2工程で得られる成分(A2)が(A1)よりも6〜18wt%多くのエチレン含量を有するプロピレン−エチレンランダム共重合体で、ブロック共重合体(A)の全体における割合が70〜15wt%の範囲にあること
(A−vi)o−ジクロロベンゼン溶媒を用いた−15℃〜140℃の温度範囲での温度昇温溶離分別法(TREF)による温度に対する溶出量(dWt%/dT)のプロットとして得られるTREF溶出曲線において、高温側に観測されるピークT(A1)が55℃〜96℃の範囲にあり、低温側に観測されるピークT(A2)が45℃以下にあり、或いはピークT(A2)が観測されないこと
[4]プロピレン−エチレンブロック共重合体(A)が以下の条件(A−vii)〜(A−iix)を満たすことを特徴とする、[1]〜[3]のいずれかにおける繊維。
(A−vii)第1工程で得られる成分(A1)が、エチレン含量が1.5〜6wt%の範囲にあるプロピレン−エチレンランダム共重合体で、ブロック共重合体(A)の全体における割合が30〜70wt%の範囲にあり、第2工程で得られる成分(A2)が(A1)よりも8〜16wt%多くのエチレン含量を有するプロピレン−エチレンランダム共重合体で、ブロック共重合体(A)の全体における割合が70〜30wt%の範囲にあること
(A−iix)o−ジクロロベンゼン溶媒を用いた−15℃〜140℃の温度範囲での温度昇温溶離分別法(TREF)による温度に対する溶出量(dWt%/dT)のプロットとして得られるTREF溶出曲線において、高温側に観測されるピークT(A1)が60℃〜88℃の範囲にあり、低温側に観測されるピークT(A2)が40℃以下にあり、或いはピークT(A2)が観測されないこと
[5]単一繊維又は芯鞘型複合繊維或いはサイドバイサイド型複合繊維であることを特徴とする、[1]〜[4]のいずれかにおける繊維。
[6][1]〜[5]のいずれかにおける繊維からなる不織布。
[7]不織布が、スパンボンド法、メルトブロー法、水流交絡法又はカード法のいずれかの方法により製造されたシート状不織布であることを特徴とする、[6]における不織布。
[8][6]又は[7]における不織布を用いることを特徴とする医療材料。
[9]包帯又はサポーターの医療用品に使用されることを特徴とする、[8]における医療材料。
[10][6]又は[7]における不織布を用いることを特徴とする衛生材料。
[11] 生理用品又は使い捨てオムツの衛生用品に使用されることを特徴とする、[10]に記載された衛生材料。
本発明は、ポリプロピレン系樹脂を原料とする、紡糸性が良く、優れた柔軟性と良好な風合いを有してベタツキも少ない繊維及びその繊維製品を実現する。
以下においては、本発明における発明群を詳細に説明するために、発明の実施の形態を具体的に詳しく記述する。
1.繊維原料であるプロピレン−エチレンブロック共重合体
(1)基本規定
本発明における、繊維及びそれからなる不織布などの繊維製品の原料として用いられるプロピレン−エチレンブロック共重合体(A)は、メタロセン系触媒を用いて、第1工程でプロピレン単独重合体又はエチレン含量7wt%以下のプロピレン−エチレンランダム共重合体成分(A1)を30〜95wt%、第2工程で第1工程よりも3〜20wt%多くのエチレンを含むプロピレン−エチレンランダム共重合体成分(A2)を70〜5wt%、逐次重合することで得られる。
なお、このようなプロピレン−エチレンブロック共重合体(A)は、いわゆるブロック共重合体と通称されているものであるが、成分(A1)と成分(A2)のブレンド状態にあり、双方が重合で結合しているものではない。
(2)成分(A1)について
(2−1)成分(A1)中のエチレン含量E(A1)
第1工程で製造される成分(A1)は、繊維成形性を確保し、ベタツキを抑制するために、融点が比較的高く、結晶性を有するプロピレン単独重合体、或いはエチレン含量が7wt%以下のプロピレン−エチレンランダム共重合体であらねばならない。エチレン含量が7wt%を超えると融点が低くなり過ぎることにより、成形(紡糸)時に繊維の冷却が不充分となり隣接する繊維同士が融着する不具合が起こる。したがって、エチレン含量は7wt%以下、好ましくは6wt%以下とされる。
なお、成分(A1)はプロピレン単独重合体でも改良された柔軟性を示すが、(A1)をプロピレン−エチレンランダム共重合体とすると、より柔軟な製品となる。製品が柔軟になれば、使用者の肌に接した時の風合い感も良好となる。
(2−2)ブロック共重合体(A)中に占める成分(A1)の割合
プロピレン−エチレンブロック共重合体中に占める成分(A1)の割合が多過ぎるとプロピレン−エチレン(A)ブロック共重合体の柔軟性(及び風合い感)の改良効果を充分に発揮することができない。そこで成分(A1)の割合は95wt%以下、好ましくは85wt%以下、より好ましくは70wt%以下とされる。
一方、成分(A1)の割合が少なくなり過ぎると成形(紡糸)時に繊維の冷却が不充分となり隣接する繊維同士が融着する不具合が起こるため、成分(A1)の割合は30wt%以上、好ましくは40wt%以上である。
(3)成分(A2)について
(3−1)成分(A2)中のエチレン含量E(A2)
第2工程で製造されるプロピレン−エチレンランダム共重合体成分(A2)は、プロピレン−エチレンブロック共重合体(A)の柔軟性を向上させるのに必要な成分である。
ここで、成分(A2)は上記の柔軟性効果を充分発揮するために特定範囲のエチレン含量であることが必要である。即ち、本発明のブロック共重合体において、成分(A1)に対し成分(A2)の結晶性は低い方が、柔軟性(及び風合い感)の改良効果が大きく、結晶性はプロピレン−エチレンランダム共重合体中のエチレン含量で制御されるため、成分(A2)中のエチレン含量E(A2)は、成分(A1)中のエチレン含量E(A1)よりも3wt%以上多くないとその効果を発揮できず、好ましくは6wt%以上、より好ましくは8wt%以上、成分(A1)よりも多くのエチレンを含む。
ここで、成分(A1)と成分(A2)のエチレン含量の差を[E]gap(=E(A2)−E(A1))と定義すると、[E]gapは3wt%以上、好ましくは6wt%以上、より好ましくは8wt%以上である。
一方、成分(A2)の結晶性を下げるためにエチレン含量を増加させ過ぎると、成分(A1)と成分(A2)のエチレン含量の差[E]gapが大きくなり、マトリクスとドメインに分かれた相分離構造を取ることにより、延展性が悪くなり、紡糸時の糸切れが多発して不都合である。これは元来、ポリプロピレンはポリエチレンとの相溶性が低く、プロピレン−エチレンランダム共重合体においても、エチレン含量が異なるものの相互の相溶性は、エチレン含量の違いが大きくなると低下するためである。
繊維の紡糸性を向上させるためには、成分(A1)と(A2)の相溶性が良好であることが必須となり、それは固体粘弾性測定により求められるtanδのピークの特定により実現できる。
[E]gapの上限については、固体粘弾性測定により求められるtanδのピークが0℃以下にあり、かつ単一になる範囲にあればよいが、そのためには[E]gapは20wt%以下、好ましくは、18wt%以下、より好ましくは16wt%以下の範囲とされる。
(3−2)ブロック共重合体(A)中に占める成分(A2)の割合
成分(A2)の割合が多過ぎると成形(紡糸)時に繊維の冷却が不充分となり隣接する繊維同士が融着する不具合が起こるため、(A2)の割合は70wt%以下、好ましくは60wt%以下に抑えることが必要である。
一方、成分(A2)の割合が少なくなり過ぎると柔軟性の改良効果が得られないため、(A2)の割合は5wt%以上であることが必要であり、好ましくは15wt%以上、より好ましくは30wt%以上である。
(4)ブロック共重合体(A)のメルトフローレート(MFR)
本発明に用いるプロピレン−エチレンブロック共重合体(A)のMFRは、5〜1,000g/10minの範囲を取ることが必要である。MFRが低過ぎると紡糸圧力が高くなり過ぎ、高倍率での延伸が困難となり、繊維径不均一などの弊害が生じる。逆に、MFRが高過ぎると溶融粘度が低いことから紡糸時に糸揺れが顕著となり、隣接する繊維同士が融着し、糸切れが多発するという弊害が生じる。
なお、本発明におけるメルトフローレート(MFR)は、「JIS K7210 A法 条件M」に従い、「試験温度:230℃ 公称加重:2.16kg ダイ形状:直径2.095mm 長さ8.00mm」の条件で測定されたものである。
(5)固体弾性率による特定
(5−1)tanδ曲線のピークによる規定
本発明に用いるプロピレン−エチレンブロック共重合体(A)においては、成分(A1)と(A2)の相溶性が良好であることが必須であり、そのために固体粘弾性測定(DMA)により得られる温度−損失正接(tanδ)曲線において、tanδ曲線が0℃以下に単一のピークを有することが必要である。より正確には、−60〜20℃の温度範囲で観測されるガラス転移によるピークが、単一であり、かつ、そのピーク温度が0℃以下であることが必要である。
なお、温度−損失正接(tanδ)曲線は、図2,3に本発明の実施例と比較例におけるグラフ図として例示されている。
成分プロピレン−エチレンブロック共重合体が相分離構造をとる場合には、成分(A1)に含まれる非晶部のガラス転移温度と成分(A2)に含まれる非晶部のガラス転移温度が各々異なるために、ピークは複数となって現われる(図3の例示を参照)。この場合には、二成分が相分離構造を取ることになり、延展性が悪くなって、紡糸時に糸切れが多発する。
(5−2)測定法
固体粘弾性とは、具体的には、短冊状の試験片に特定周波数の正弦歪みを与え、発生する応力を検知することで行う。ここでは、周波数は1Hzを用い測定温度は−60℃から段階状に昇温し、サンプルが融解して測定不能になるまで行う。また、歪みの大きさは0.1〜0.5%程度が推奨される。得られた応力から、公知の方法によって貯蔵弾性率と損失弾性率を求め、この比で定義される損失正接(=損失弾性率G’’/貯蔵弾性率G’)を温度に対してプロットすると、tanδ曲線が得られ、本発明においては、0℃以下の温度領域で鋭い単一のピークを示す。
一般に0℃以下でのtanδ曲線のピークは非晶部のガラス転移点を観測するものであり、ここでは本ピーク温度をガラス転移温度Tg(℃)として定義する。
(6)温度昇温溶離分別法(TREF)による溶出ピーク温度の特定
(6−1)溶出ピーク温度T(A1)
いわゆる、o−ジクロロベンゼン溶媒を用いた−15℃〜140℃の温度範囲での温度昇温溶離分別法(TREF)による温度に対する溶出量(dWt%/dT)のプロットとして得られるTREF溶出曲線においては、TREF溶出曲線における成分(A1)の溶出ピーク温度T(A1)が高いほど、成分(A1)は結晶性が高くなるが、このとき、成分(A1)の結晶性が高くなるとプロピレン−エチレンブロック共重合体(A)の柔軟性を改良するために必要な成分(A2)を多くしなくてはならない。
一方で、成分(A2)の割合が多くなり過ぎると、紡糸時に繊維の冷却が不充分となり隣接する繊維同士が融着する不具合が起こるため、T(A1)は高過ぎないほうがよい。更に、臭気性などは成形温度の上昇と共に悪化する傾向があるが、そのためにT(A1)を低下させることで、押出温度を低下させても安定した可塑化が得られる点でも好ましい。
本発明において成分(A1)はプロピレン単独重合体又はエチレン7wt%以下のランダム共重合体であるが、T(A1)はエチレン含量の増加により低下させることができる。このとき、繊維を充分な柔軟性とするためには、T(A1)は96℃以下であることが好ましく、最も好ましい範囲は88℃以下である。
一方、ピーク温度T(A1)が55℃未満である場合には、成分(A1)の結晶が融解する温度は低く、紡糸時に冷却不足による繊維同士の融着が発生するため、本発明においては、ピーク温度T(A1)は55℃以上であることが好ましく、より好ましくは、60℃以上である。
(6−2)溶出ピーク温度T(A2)
成分(A2)の結晶性が充分に低下していないとプロピレン−エチレンブロック共重合体(A)の柔軟性を確保することができないため、TREF溶出曲線における成分(A2)の溶出ピーク温度T(A2)は好ましくは45℃以下、より好ましくは40℃以下である。
(6−3)TREF測定方法
本発明においては、具体的には次のように測定を行う。試料を140℃でo−ジクロロベンゼン(0.5mg/mlBHT入り)に溶解し溶液とする。これを140℃のTREFカラムに導入した後に8℃/分の降温速度で100℃まで冷却し、引き続き4℃/分の降温速度で−15℃まで冷却し、60分間保持する。その後、溶媒である−15℃のo−ジクロロベンゼン(0.5mg/mlBHT入り)を1ml/分の流速でカラムに流し、TREFカラム中で−15℃のo−ジクロロベンゼンに溶解している成分を10分間溶出させ、次に昇温速度100℃/時間にてカラムを140℃までリニアに昇温し、溶出曲線を得る。溶出曲線は、図1に本発明の実施例におけるグラフ図として例示されている。
(6−4)成分(A1)と(A2)量の測定
プロピレン−エチレン系共重合成分(A)中に含まれる比較的結晶性の高いプロピレン・エチレンランダム共重合体成分(A1)と低結晶性のプロピレン・エチレンランダム共重合体成分(A2)は、TREF溶出曲線において観察される両成分のピークの中間の温度T(A3)でほぼ分離することができる。
このとき、T(A3)までに溶出する成分は低結晶性のプロピレン・エチレンランダム共重合体成分(A2)であり、その量W(A2)は5〜70wt%である。これに従って、T(A3)までに溶出する成分を取り除いた後(溶出後)の成分は比較的結晶性の高いプロピレン・エチレンランダム共重合体成分(A1)であり、その量W(A1)は95〜30wt%である。
(6−5)エチレン含量E(A1)とE(A2)の測定
イ.成分(A1)と(A2)の分離
先のTREF測定により求めたT(3)を基に、分取型分別装置を用い昇温カラム分別法により、T(A3)可溶成分の成分(A2)と、T(A3)不溶成分の成分(A1)とに分別し、NMRにより各成分のエチレン含量を求める。
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。
ロ.分別条件
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℃で溶解した試料のo−ジクロロベンゼン(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0℃まで10℃/時間の降温速度で冷却する。0℃で1時間保持後、10℃/時間の昇温速度でカラム温度をT(A3)まで加熱し、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の精度は±1℃とする。
次いで、カラム温度をT(A3)に保持したまま、o−ジクロロベンゼンを20mL/分の流速で800mL流すことにより、カラム内に存在するT(A3)で可溶な成分を溶出させ回収する。
次いで10℃/分の昇温速度で当該カラム温度を140℃まで上げ、140℃で1時間静置後、140℃の溶媒(ODCB)を20mL/分の流速で800mL流すことにより、T(A3)で不溶な成分を溶出させ回収する。
分別によって得られたポリマーを含む溶液は、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。析出ポリマーを濾過して回収後、真空乾燥器により一晩乾燥する。
ハ.NMRによる測定
上記の分別により得られた成分(A1)と(A2)それぞれについてのエチレン含量は、プロトン完全デカップリング法により以下の条件に従って測定した、13C−NMRスペクトルを解析することにより求める。
機種:日本電子(株)製 GSX-400又は、同等の装置(炭素核共鳴周波数100MHz以上) 溶媒:o−ジクロロベンゼン:重ベンゼン=4:1(体積比) 濃度:100mg/mL 温度:130℃ パルス角:90° パルス間隔:15秒 積算回数:5,000回以上
スペクトルの帰属は、例えばMacromolecules;17,1950 (1984)などを参考に行えばよい。上記の条件により測定されたスペクトルの帰属は、次の表1の通りである。表中のSααなどの記号は、Carman他(Macromolecules;10,536(1977))の表記法に従い、Pはメチル炭素、Sはメチレン炭素、Tはメチン炭素をそれぞれ表わす。
Figure 2010037686
以下において、「P」を共重合体連鎖中のプロピレン単位、「E」をエチレン単位とすると、連鎖中にはPPP、PPE、EPE、PEP、PEE、及びEEEの6種類のトリアッドが存在し得る。Macromolecules;15,1150(1982)などに記されているように、これらのトリアッドの濃度と、スペクトルのピーク強度とは、以下の(1)〜(6)の関係式で結び付けられる。
[PPP]=k×I(Tββ) (1)
[PPE]=k×I(Tβδ) (2)
[EPE]=k×I(Tδδ) (3)
[PEP]=k×I(Sββ) (4)
[PEE]=k×I(Sβδ) (5)
[EEE]=k×{I(Sδδ)/2+I(Sγδ)/4} (6)
ここで[ ]はトリアッドの分率を示し、例えば[PPP]は全トリアッド中のPPPトリアッドの分率である。
したがって、
[PPP]+[PPE]+[EPE]+[PEP]+[PEE]+[EEE]=1 (7)
である。また、k は定数であり、Iはスペクトル強度を示し、例えばI(Tββ)は、Tββに帰属される28.7ppmのピークの強度を意味する。
上記(1)〜(7)の関係式を用いることにより、各トリアッドの分率が求まり、さらに下式によりエチレン含量が求まる。
エチレン含量(モル%)=([PEP]+[PEE]+[EEE])×100
なお、本発明のプロピレンランダム共重合体には、少量のプロピレン異種結合(2,1−結合及び/又は1,3−結合)が含まれ、それにより、以下の表2に記載された微小なピークを生じる。
Figure 2010037686
正確なエチレン含量を求めるには、これらの異種結合に由来するピークも考慮して計算に含める必要があるが、異種結合由来のピークの完全な分離・同定が困難であり、また異種結合量が少量であることから、本発明のエチレン含量は、実質的に異種結合を含まないチーグラー・ナッタ系触媒で製造された共重合体の解析と同じく、(1)〜(7)の関係式を用いて求めることとする。
エチレン含量のモル%から重量%への換算は以下の式を用いて行う。
エチレン含量(重量%)= (28×X/100)/{28×X/100+42×
(1−X/100)}×100
ここでXはモル%表示でのエチレン含量である。
ブロック共重合体全体のエチレン含量は、上記より測定された成分(A)、(B)それぞれのエチレン含量[E]A、[E]B、及び、TREFより算出される各成分の重量比率W(A)、W(B)[wt%]から以下の式により算出される。
[E]W=[E]A×W(A)/100+[E]B×W(B)/100 (wt%)
(7)分子量について
(7−1)分子量の規定
本発明におけるプロピレン−エチレンブロック共重合体(A)は、低分子量成分が少ないことを付加的な特徴とする。
低分子量成分、特に、その分子量が絡み合い点間分子量に満たない成分は、成形体(繊維)の表面にブリードアウトし、ベタツキ性や透明性などを悪化させると考えられる。
ポリプロピレンの絡み合い点間分子量は、Journalof Polymer Science:Part B:Polyer Physics; 37 1023−1033(1999)に記載されるように、約5,000である。
したがって、本発明におけるブロック共重合体は、低分子量成分が少ないほうが望ましく、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定により得られる重量平均分子量における5,000以下の成分量W(Mw≦5,000)が、全体の0.8wt%以下であることが好ましく、0.5wt%以下であることがより好ましい。
(7−2)分子量測定
本発明においては、重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)法で測定したものをいう。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(株)製の以下の銘柄である。F380,F288,F128,F80,F40,F20,F10,F4,F1,A5000,A2500,A1000
各々が0.5mg/mlとなるようにo−ジクロロベンゼン(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、粘度式の[η] =K×Mα は以下の数値を用いる。
PS : K=1.38×10−4 α=0.7
PE : K=3.92×10−4 α=0.733
PP : K=1.03×10−4 α=0.78
なお、GPCの測定条件などは以下の通りである。
(測定条件)
装置:WATERS社製 GPC( ALC/GPC 150C) 検出器:FOXBORO社製 MIRAN 1 A 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 測定温度:140℃ 流速:1.0ml/min 注入量:0.2ml
(試料の調製)
試料はo−ジクロロベンゼン(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る。
なお、GPC測定により得られた分子量に対する溶出割合のプロットから、分子量5,000以下の成分量も求めることができる。
2.プロピレン−エチレンブロック重合体の製造方法
(1)メタロセン系触媒
本発明のプロピレン−エチレンブロック共重合体(A)を製造する方法は、メタロセン系触媒の使用を必須とするものである。
プロピレン−エチレンブロック共重合体において分子量及び結晶性分布が広いとベタツキが悪化することは当業者に広く知られるところであるが、本発明に用いられるプロピレン−エチレンブロック共重合体においても、ベタツキを抑制するため、分子量及び結晶性分布を狭くできるメタロセン系触媒を用いて重合されることが必要であり、チーグラー・ナッタ系触媒では本発明の優れたプロピレン−エチレンブロック共重合体が得られないのは、後記の実施例と比較例との対比からも明らかである。
メタロセン系触媒の種類は、本発明の性能を有する共重合体を生成できる限りは、特に限定はされるものではないが、本発明の要件を満たすために、例えば、下記に示すような成分(a)と(b)及び必要に応じて使用する成分(c)からなるメタロセン系触媒を用いることが好ましい。
成分(a):一般式(1)で表される遷移金属化合物から選ばれる少なくとも1種の メタロセン遷移金属化合物
成分(b):下記(b−1)〜(b−4)から選ばれる少なくとも1種の固体成分
(b−1)有機アルミオキシ化合物が担持された微粒子状担体
(b−2)成分(a)と反応して成分(a)をカチオンに変換することが可能なイ オン性化合物またはルイス酸が担持された微粒子状担体
(b−3)固体酸微粒子
(b−4)イオン交換性層状珪酸塩成分
成分(c):有機アルミニウム化合物。
(1−1)成分(a)
成分(a)としては、下記一般式(1)で表される遷移金属化合物から選ばれる少なくとも1種のメタロセン遷移金属化合物を使用することができる。
Q(C −aR )(C −bR )MeXY (1)
[ここで、Qは、2つの共役五員環配位子を架橋する2価の結合性基を示し、Meは、チタン、ジルコニウム、ハフニウムから選ばれる金属原子を示し、X及びYは、水素原子、ハロゲン原子、炭化水素基、アルコキシ基、アミノ基、窒素含有炭化水素基、リン含有炭化水素基又はケイ素含有炭化水素基を示し、X及びYは、それぞれ独立に、即ち同一でも異なっていてもよい。R、R は、水素、炭化水素基、ハロゲン化炭化水素基、ケイ素含有炭化水素基、窒素含有炭化水素基、酸素含有炭化水素基、ホウ素含有炭化水素基又はリン含有炭化水素基を示す。a及びbは置換基の数である。]
詳しくは、Qは2つの共役五員環配位子を架橋する2価の結合性基を表し、例えば、2価の炭化水素基、シリレン基ないしはオリゴシリレン基、炭化水素基を置換基として有するシリレン基或いはオリゴシリレン基、又は炭化水素基を置換基として有するゲルミレン基などが例示される。この中でも好ましいものは2価の炭化水素基と炭化水素基を置換基として有するシリレン基である。
X及びYは、水素原子、ハロゲン原子、炭化水素基、アルコキシ基、アミノ基、窒素含有炭化水素基、リン含有炭化水素基又はケイ素含有炭化水素基を示し、このうちで好ましいものとしては、水素、塩素、メチル、イソブチル、フェニル、ジメチルアミド、ジエチルアミド基などを例示することができる。X及びYは、それぞれ独立に、即ち同一でも異なっていてもよい。
とR は、水素、炭化水素基、ハロゲン化炭化水素基、ケイ素含有炭化水素基、窒素含有炭化水素基、酸素含有炭化水素基、ホウ素含有炭化水素基又はリン含有炭化水素基を表す。炭化水素基としては、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、オクチル基、フェニル基、ナフチル基、ブテニル基、ブタジエニル基などが例示される。また、ハロゲン化炭化水素基、ケイ素含有炭化水素基、窒素含有炭化水素基、酸素含有炭化水素基、ホウ素含有炭化水素基又はリン含有炭化水素基としては、メトキシ基、エトキシ基、フェノキシ基、トリメチルシリル基、ジエチルアミノ基、ジフェニルアミノ基、ピラゾリル基、インドリル基、ジメチルフォスフィノ基、ジフェニルフォスフィノ基、ジフェニルホウ素基、ジメトキシホウ素基などを典型的な例として例示できる。これらの中で、炭素数1〜20の炭化水素基であることが好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基であることが特に好ましい。
ところで、隣接したR とR は、結合して環を形成してもよく、この環上に炭化水素基、ハロゲン化炭化水素基、ケイ素含有炭化水素基、窒素含有炭化水素基、酸素含有炭化水素基、ホウ素含有炭化水素基又はリン含有炭化水素基からなる置換基を有していてもよい。
Meは、チタン、ジルコニウム、ハフニウムの中から選ばれる金属原子であり、好ましくはジルコニウム、ハフニウムである。
以上において記載した成分(a)の中で、本発明のプロピレン系重合体の製造に好ましいものは、炭化水素置換基を有するシリレン基、ゲルミレン基或いはアルキレン基で架橋された置換シクロペンタジエニル基、置換インデニル基、置換フルオレニル基、置換アズレニル基を有する配位子からなる遷移金属化合物であり、特に好ましくは、炭化水素置換基を有するシリレン基、或いはゲルミレン基で架橋された2,4−位置換インデニル基、2,4−位置換アズレニル基を有する配位子からなる遷移金属化合物である。
非限定的な具体例としては、ジメチルシリレンビス(2−メチル−4−フェニルインデニル)ジルコニウムジクロリド、ジフェニルシリレンビス(2−メチル−4−フェニルインデニル)ジルコニウムジクロリド、ジメチルシリレンビス(2−メチルベンゾインデニル)ジルコニウムジクロリド、ジメチルシリレンビス{2−イソプロピル−4−(3,5−ジイソプロピルフェニル)インデニル}ジルコニウムジクロリド、ジメチルシリレンビス(2−プロピル−4−フェナントリルインデニル)ジルコニウムジクロリド、ジメチルシリレンビス(2−メチル−4−フェニルアズレニル)ジルコニウムジクロリド、ジメチルシリレンビス{2−メチル−4−(4−クロロフェニル)アズレニル}ジルコニウムジクロリド、ジメチルシリレンビス(2−エチル−4−フェニルアズレニル)ジルコニウムジクロリド、ジメチルシリレンビス(2−イソプロピル−4−フェニルアズレニル)ジルコニウムジクロリド、ジメチルシリレンビス{2−エチル−4−(2−フルオロビフェニル)アズレニル}ジルコニウムジクロリド、ジメチルシリレンビス{2−エチル−4−(4−t−ブチル−3−クロロフェニル)アズレニル}ジルコニウムジクロリドなどがあげられる。
これらの具体例の化合物のシリレン基をゲルミレン基に、ジルコニウムをハフニウムに置き換えた化合物も好適な化合物として例示される。
なお、触媒成分は本発明の重要要素ではないので、煩雑な列記を避け、代表的な例示に限定しているが、これにより本発明の有効範囲が制限されることが無いのは自明のことである。
(1−2)成分(b)
成分(b)としては、上述した成分(b−1)〜成分(b−4)から選ばれる少なくとも1種の固体成分を使用する。これらの各成分は公知のものであり、公知技術の中から適宜選択して使用することができる。その具体的な例示や製造方法については、特開2002−284808号公報、特開2002−53609号公報、特開2002−69116号公報、特開2003−105015号公報などに詳細な例示がある。
ここで、成分(b−1)、成分(b−2)に用いられる微粒子状担体としては、シリカ、アルミナ、マグネシア、シリカアルミナ、シリカマグネシアなどの無機酸化物、塩化マグネシウム、オキシ塩化マグネシウム、塩化アルミニウム、塩化ランタンなどの無機ハロゲン化物、更には、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、スチレンジビニルベンセン共重合体、アクリル酸系共重合体などの多孔質の有機担体を挙げることができる。
成分(b)の非限定的な具体例としては、成分(b−1)として、メチルアルモキサン、イソブチルアルモキサン、メチルイソブチルアルモキサン、ブチルボロン酸アルミニウムテトライソブチルなどが担持された微粒子状担体を、成分(b−2)として、トリフェニルボラン、トリス(3,5−ジフルオロフェニル)ボラン、トリス(ペンタフルオロフェニル)ボラン、トリフェニルカルボニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、N,N−ジメチルアニリニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートなどが担持された微粒子状担体を、成分(b−3)として、アルミナ、シリカアルミナ、塩化マグネシウムなどを、成分(b−4)として、モンモリロナイト、ザコウナイト、バイデライト、ノントロナイト、サポナイト、ヘクトライト、スチーブンサイト、ベントナイト、テニオライトなどのスメクタイト族、バーミキュライト族、雲母族などが挙げられる。これらは、混合層を形成しているものでもよい。
上記成分(b)の中で特に好ましいものは、成分(b−4)のイオン交換性層状珪酸塩であり、更に好ましい物は、酸処理、アルカリ処理、塩処理、有機物処理などの化学処理が施されたイオン交換性層状珪酸塩である。
(1−3)成分(c)
必要に応じて成分(c)として用いられる有機アルミニウム化合物の例は、
一般式AlR3−a
(式中、Rは、炭素数1から20の炭化水素基、Xは、水素、ハロゲン、アルコキシ基、aは0<a≦3の数)で示されるトリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリプロピルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウムなどのトリアルキルアルミニウム又はジエチルアルミニウムモノクロライド、ジエチルアルミニウムモノメトキシドなどのハロゲン若しくはアルコキシ含有アルキルアルミニウムである。またこの他に、メチルアルミノキサンなどのアルミノキサン類なども使用できる。これらのうち特にトリアルキルアルミニウムが好ましい。
(1−4)触媒の形成
成分(a)と成分(b)及び必要に応じて成分(c)を接触させて触媒とする。その接触方法は特に限定されないが、以下のような順序で接触させることができる。また、この接触は、触媒調製時だけでなく、オレフィンによる予備重合時又はオレフィンの重合時に行ってもよい。
1)成分(a)と成分(b)を接触させる
2)成分(a)と成分(b)を接触させた後に成分(c)を添加する
3)成分(a)と成分(c)を接触させた後に成分(b)を添加する
4)成分(b)と成分(c)を接触させた後に成分(a)を添加する
5)三成分を同時に接触させる
(1−5)成分量
本発明で使用する成分(a)と(b)及び(c)の使用量は任意である。例えば、成分(b)に対する成分(a)の使用量は、成分(b)1gに対して、好ましくは0.1μmol〜1,000μmol、特に好ましくは0.5μmol〜500μmolの範囲である。成分(b)に対する成分(c)の使用量は、成分(b)1gに対し、好ましくは遷移金属の量が0.001〜100μmol、特に好ましくは0.005〜50μmolの範囲である。したがって、成分(a)に対する成分(c)の量は、遷移金属のモル比で、好ましくは10−5〜50、特に好ましくは10−4 〜5の範囲内である。
(1−6)予備重合
本発明の触媒は、予めオレフィンを接触させて少量重合されることからなる予備重合処理に付すことが好ましい。使用するオレフィンは、特に限定はないが、エチレン、プロピレン、1−ブテン、1−ヘキセン、1−オクテン、4−メチル−1−ペンテン、3−メチル−1−ブテン、ビニルシクロアルカン、スチレンなどを使用することが可能であり、特にプロピレンを使用することが好ましい。オレフィンの供給方法は、オレフィンを反応槽に定速的に或いは定圧状態になるように維持する供給方法やその組み合わせ、段階的な変化をさせるなど、任意の方法が可能である。
予備重合温度と時間は、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、予備重合ポリマー量が成分(b)に対し、好ましくは0.01〜100,更に好ましくは0.1〜50である。予備重合を終了した後に、触媒の使用形態に応じ、そのまま使用することが可能であるが、必要ならば乾燥を行ってもよい。
更に、上記各成分の接触の際、若しくは接触の後に、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレンなどの重合体やシリカ、チタニアなどの無機酸化物固体を共存させることも可能である。
(2)製造方法
本発明の成分プロピレン−エチレンブロック共重合体(A)を製造実施するに際しては、結晶性プロピレン−エチレンランダム共重合体成分(A1) と低結晶性或いは非晶性プロピレン−エチレンランダム共重合体成分(A2) を逐次重合することが必要である。 プロピレン−エチレンブロック共重合体が単にプロピレンにエチレンを共重合させたランダム共重合体のときには、エチレン含量が少ない場合には柔軟性と耐衝撃性及び透明性が充分でなく、これらの物性を向上させるためにエチレン含量を増加させると耐熱性が極めて悪化し製造が困難になるばかりでなく、要求される品質の全てを満たすことは困難である。
そこで、本発明においてプロピレン−エチレンブロック共重合体は、第1工程と第2工程でエチレン含量が異なる成分を逐次重合したブロック共重合体であることが透明性と柔軟性及び耐熱性の全てをバランスさせるために必要である。また、本発明は成分(A2) として分子量が低く単独ではべたつきやすい共重合体を用いる場合があるので、反応器への付着などの問題を防止するために、成分(A1)を重合した後で成分(A2) を重合する方法を用いることが望ましい。
(2−1)逐次重合
本発明のプロピレン−エチレンブロック重合体(A)を製造実施するに際しては、結晶性プロピレン−エチレンランダム共重合体成分(A1) と低結晶性或いは非晶性プロピレン−エチレンランダム共重合体成分(A2) を逐次重合することが前述した理由により必要である。
逐次重合を行う際には、バッチ法と連続法のいずれを用いることも可能であるが、一般的には生産性の観点から連続法を用いることが望ましい。バッチ法の場合には時間と共に重合条件を変化させることにより単一の反応器を用いて成分(A1) と成分(A2) を個別に重合することが可能である。本発明の効果を阻害しない限り、複数の反応器を並列に接続して用いてもよい。
連続法の場合には成分(A1) と成分(A2) を個別に重合する必要から2個以上の反応器を直列に接続した製造設備を用いる必要があるが、本発明の効果を阻害しない限り成分(A1) 、成分(A2) のそれぞれについて複数の反応器を直列及び/又は並列に接続して用いてもよい。
(2−2)重合プロセス
重合プロセス(重合方法)は、スラリー法、バルク法、気相法など任意の重合方法を用いることができる。バルク法と気相法の中間的な条件として超臨界条件を用いることも可能であるが、実質的には気相法と同等であるため、特に区別することなく気相法に含める。
低結晶性或いは非晶性プロピレン−エチレンランダム共重合体成分(A2) は炭化水素などの有機溶媒や液化プロピレンに溶け易いため、成分(A2) の製造に際しては気相法を用いることが望ましい。
結晶性プロピレン−エチレンランダム共重合体成分(A1) の製造に対してはどのプロセスを用いても特に問題はないが、比較的結晶性の低い成分(A1) を製造する場合には、付着などの問題を避けるために気相法を用いることが望ましい。
したがって、連続法を用いて、先ず結晶性プロピレン−エチレンランダム共重合体成分(A1) をバルク法又は気相法にて重合し、引き続き低結晶性或いは非晶性プロピレン−エチレンランダム共重合体エラストマー成分(A2) を気相法にて重合することが最も望ましい。
(2−3)その他の重合条件
重合温度は、通常用いられている温度範囲であれば特に問題なく用いることができる。 具体的には、0℃〜200℃、より好ましくは40℃〜100℃の範囲を用いることができる。
重合圧力は、選択するプロセスによって差異が生じるが、通常用いられている圧力範囲であれば特に問題なく用いることができる。具体的には、0より大きく200MPaまで、より好ましくは0.1MPa〜50MPaの範囲を用いることができる。この際、窒素などの不活性ガスを共存させることもできる。
第一工程で成分(A1) 、第二工程で成分(A2) の逐次重合を行う場合、第二工程にて系中に重合抑制剤を添加することが望ましい。プロピレン−エチレンブロック共重合体を製造する場合には、第二工程のエチレン−プロピレンランダム共重合を行う反応器に重合抑制剤を添加すると、得られるパウダーの粒子性状(流動性など)やゲルなどの製品品質を改良することができる。この手法については各種技術検討がなされており、一例として特公昭63−54296号、特開平7−25960号、特開2003−2939号などの各公報を例示することができる。本発明にも当該手法を適用することが望ましい。
3.プロピレン−エチレンブロック共重合体の構成要素の制御方法
本発明のポリプロピレン系繊維材料に用いられるプロピレン−エチレンブロック共重合体(A)の各要素は以下のように制御され、本発明のプロピレン−エチレンブロック共重合体(A)に必要とされる構成要件を満たすよう製造することができる。
(1)成分(A1)について
結晶性プロピレン−エチレンランダム共重合体成分(A1)については、エチレン含量E(A1)とT(A1)を制御する必要がある。
本発明では、E(A1)を所定の範囲に制御するためには、第1工程における重合槽に供給するプロピレンとエチレンの量比を、適宜調整すればよい。供給比率と得られるプロピレン−エチレンランダム共重合体中のエチレン含量の関係は、用いるメタロセン触媒の種類によって異なるが、供給比率の調整により必要とするエチレン含量E(A1)を有する成分(A1)を製造することができる。
例えば、E(A1)を0〜7wt%に制御する場合には、プロピレンに対するエチレンの供給重量比を0〜0.3の範囲、好ましくは0〜0.2の範囲とすればよい。このとき、成分(A1)は結晶性分布が狭く、T(A1)はE(A1)の増加に伴い低下する。そこで、T(A1)が本発明の範囲を満たすようにするためには、E(A1)とこれらの関係を把握し、目標とする範囲を取るよう調整する。
(2)成分(A2)について
低結晶性或いは非晶性プロピレン−エチレンランダム共重合体成分(A2) については、エチレン含量E(A2)とT(A2) を制御する必要がある。
本発明では、E(A2)を所定の範囲に制御するためには、E(A1)と同様に、第二工程におけるプロピレンに対するエチレンの供給量比を制御すれば良い。例えば、E(A2)を5〜20wt%に制御する場合には、プロピレンに対するエチレンの供給重量比を0.01〜5の範囲、好ましくは0.05〜2の範囲とすればよい。このとき、成分(A2) もエチレン含量の増加に伴い若干結晶性分布の増加が見られるものの、成分(A1)と同様に、T(A2)はE(A2)の増加に伴い低下する。
そこでT(A2) が本発明の範囲を満たすようにするためには、E(A2)とT(A2) との関係を把握し、E(A2)を所定の範囲になるように制御すればよい。
(3)W(A1)とW(A2)について
成分(A1)の量W(A1)と成分(A2)の量W(A2)は、成分(A1)を製造する第一工程の製造量と成分(A2)の第二工程の製造量の比を変化させることにより制御することができる。
例えば、W(A1)を増やしてW(A2)を減らすためには、第一工程の製造量を維持したまま第二工程の製造量を減らせばよく、それは、第二工程の滞留時間を短くしたり、重合圧力や重合温度を下げたり、重合抑制剤の量を増やしたりすることにより容易に制御することができる。その逆も又同様である。
実際に条件を設定する際には、活性減衰を考慮する必要がある。即ち、本発明にて実施するエチレン含量E(A1)及びE(A2)の範囲においては、一般にエチレン含量を高くするためにプロピレンに対するエチレン供給量比を高くすると重合活性が高くなり、同時に活性減衰が大きくなる傾向にある。したがって、第二工程の活性を維持するために第一工程の重合活性を抑制する必要があり、具体的には、第一工程にて生産量W(A1)を下げ、必要に応じて、重合温度を下げる及び/又は重合時間(滞留時間)を短くする、或いは第二工程にてエチレン含量E(A2)を上げ、生産量W(A2)を上げ、必要に応じて、重合温度を上げる及び/又は重合時間(滞留時間)を長くするような方法で条件を設定すればよい。
(4)ガラス転移温度Tgについて
本発明に用いられるプロピレン−エチレンブロック共重合体(A)では、固体粘弾性測定(DMA)により得られる温度−損失正接(tanδ)曲線において、−60〜20℃の温度範囲で観測されるガラス転移によるピークが、単一であり、かつ、そのピーク温度が0℃以下であることが必要である。
Tgが単一のピークを持つためには、成分(A1)中のエチレン含量E(A1)と成分(A2)中のエチレン含量E(A2)の差の[E]gap、即ちE(A2)−E(A1)を20wt%以下、好ましくは18wt%、より好ましくは16wt%以下にし、実際の測定においてTgが単一のピークとなる範囲まで[E]gapを小さくすればよい。
結晶性の共重合体成分(A1)のエチレン含量E(A1)に応じて、低結晶性或いは非晶性の共重合体成分(A2)のエチレン含量E(A2)を適正範囲に入るよう、成分(A2)の重合時のプロピレンに対するエチレンの供給重量比を設定することで、所定の[E]gapを有する重合体を得ることが可能である。
また、本発明のような相分離構造を取らないブロック共重合体(A)のTgは、成分(A1)中のエチレン含量E(A1)と成分(A2)中のエチレン含量E(A2)、及び両成分の量比の影響を受ける。本発明においては、成分(A2)の量は5〜70wt%であるが、この範囲においてTgは成分(A2)中のエチレン含量E(A2)の影響をより強く受ける。即ち、Tgは非晶部のガラス転移を反映するものであるが、本発明のブロック共重合体(A)において成分(A1)は結晶性を持ち比較的非晶部が少ないのに対し、成分(A2)は低結晶性或いは非晶性であり、その殆どが非晶部であるためである。したがって、Tgの値は、ほぼE(A2)によって制御され、0℃以下とされる。E(A2)の制御法は前述したとおりである。
(5)メルトフローレート(MFR)について
本発明のプロピレン−エチレンブロック共重合体(A)では、成形時の紡糸性を維持するために、結晶性の共重合体成分(A1)と低結晶性或いは非晶性の共重合体エラストマー成分(A2)が相溶性していることを必須とするため、成分(A1)の粘度[η] A1、成分(A2)の粘度[η] A2、プロピレン−エチレンブロック共重合体(A)全体の粘度[η] Wの間には、見かけ上の粘度の混合則が概ね成立する。即ち、Log[η] W={W(A1)×Log[η] A1+W(A2)×Log[η] A2}/100 が概ね成立する。一般にMFRと[η] の間には一定の相関があるから、最初に柔軟性や耐熱性などの観点から、[η] A2、W(A1)、W(A2)を設定しておけば、上記の式に従って[η] A1を変化させることによって、MFRを自在に制御することができる。
(6)W( Mw≦5,000) について
一般的に、メタロセン系触媒を用いることによりチーグラー・ナッタ系触媒の場合より分子量分布の狭いポリマーを得ることができる。しかし、本発明のような逐次重合を行う系においては、分子量分布を狭くするためにはメタロセン系触媒を用いるだけでは必ずしも充分ではない。特に、低分子量成分の生成を防ぐためには、第一工程から第二工程へ移送する時間を短くしたり、移送工程に於いて第一工程に対応するモノマーガス混合物を窒素などの不活性ガスで完全に置換したりすることにより、重合条件とは独立に、W( Mw≦ 5,000) を小さく制御することができる。
4.添加剤
本発明のオレフィン系熱可塑性エラストマー組成物には、本発明の目的が損なわれない範囲で、他の性能を付与するために、各種添加剤、例えば、耐熱安定剤、酸化防止剤、耐候安定剤、紫外線吸収剤、結晶造核剤、銅害防止剤、帯電防止剤、難燃剤、親水化剤、スリップ剤、抗ブロッキング剤、防曇剤、着色剤、充填剤、エラストマー、石油樹脂などを配合することができる。
本発明においては、プロピレン−エチレンブロック共重合体と他の樹脂成分と、必要に応じてこれらの各種添加剤とを、ドライブレンドの状態或いは溶融混練機を用いて180〜300℃で加熱溶融混練し、粒状に裁断されたペレットの状態で繊維及び不織布成形材料として提供される。
5.繊維及び繊維製品
(1)単繊維
本発明においては、詳述したプロピレン−エチレンブロック共重合体を、或いはそれと他の熱可塑性樹脂成分(ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂その他)との組成物を、通常の溶融紡糸にて繊維化される。
(2)不織布
本発明の繊維製品の代表的な態様である、ポリプロピレン系不織布は、繊維不織布成形材料をスパンボンド法、メルトブローン法などで直接製造するか、一旦繊維化して、水流交絡法、カード法などの成形法により製造される。
不織布の目付量は、5〜200g/mであるのが好ましい。また、不織布は単層での使用だけでなく、例えば、スパンボンド法で得られた不織布とメルトブローン法で得られた不織布の積層体、或いは不織布とフィルムや吸水紙との積層体としても好適に使用できる。
不織布を成形する際、本発明のプロピレン−エチレンブロック共重合体を少なくとも1成分とする繊維は、単一繊維又は複合繊維である。
(3)複合繊維
複合繊維としては芯鞘型複合繊維、或いはサイドバイサイド型複合繊維が挙げられる。複合繊維の場合は、本発明のプロピレン−エチレンブロック共重合体による繊維がどちらかの繊維の1成分として含まれていればよい。
複合繊維の場合における第2成分としては、ポリプロピレン、ポリエチレンや、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートなどのポリエステル、ナイロン6、ナイロン66などのポリアミドが挙げられる。
(4)繊維製品の用途
本発明の繊維及び不織布は、良好な柔軟性と風合い及び伸縮性を有するため、包帯やサポーター及び湿布基布などの医療用部材、生理用品や使い捨てオムツなどの衛生材料部材として好適に用いることができる。
以下において、本発明をより具体的にかつ明確に説明するために、本発明を実施例及び比較例との対照において説明し、本発明の構成の要件の合理性と有意性及び従来技術に対する卓越性を実証する。なお、実施例及び比較例で用いた評価方法及び使用樹脂は、以下の通りである。
[プロピレン−エチレンブロック共重合体(A)の諸物性の測定方法]
1)メルトフローレート(MFR)
JIS K7210A法 条件M に従い、以下の条件で測定した。
試験温度:230℃ 公称加重:2.16kg ダイ形状:直径2.095mm・長さ8.00mm
2)TREF
〔測定法〕
試料を140℃でo−ジクロロベンゼン(0.5mg/mlのBHTを含む)に溶解し溶液とする。これを140℃のTREFカラムに導入した後に8℃/分の降温速度で100℃まで冷却し、引き続き4℃/分の降温速度で−15℃まで冷却し、60分間保持する。その後、溶媒であるo−ジクロロベンゼン(0.5mg/mlのBHTを含む)を1ml/分の流速でカラムに流し、TREFカラム中で−15℃のo−ジクロロベンゼンに溶解している成分を10分間溶出させ、次に昇温速度100℃/時間にてカラムを140℃までリニアに昇温し、溶出曲線を得る。
〔装置〕
(TREF部)TREFカラム:4.3mmφ× 150mmステンレスカラム
カラム充填材: 100μm 表面不活性処理ガラスビーズ 加熱方式:アルミヒートブロック 冷却方式:ペルチェ素子(ペルチェ素子の冷却は水冷)
温度分布:±0.5℃ 温調器:(株)チノー・デジタルプログラム調節計KP1000(バルブオーブン) 加熱方式:空気浴式オーブン 測定時温度:140℃ 温度分布:±1℃ バルブ:6方バルブ・4方バルブ
(試料注入部) 注入方式:ループ注入方式 注入量:ループサイズ 0.1ml 注入口加熱方式:アルミヒートブロック 測定時温度:140℃
(検出部) 検出器:波長固定型赤外検出器・FOXBORO社製・MIRAN 1 A 検出波長:3.42μm 高温フローセル:LC−IR用ミクロフローセル・光路長1.5mm・窓形状2φ×4mm長丸・合成サファイア窓板 測定時温度:140℃
(ポンプ部) 送液ポンプ:センシュウ科学社製・SSC−3461ポンプ
〔測定条件〕 溶媒:o−ジクロロベンゼン(0.5mg/mlのBHTを含む)
試料濃度:5mg/ml 試料注入量:0.1ml 溶媒流速 :1ml/分
3)固体粘弾性測定 (DMA)
〔測定法〕
試料は、下記条件により射出成形した厚さ2mmのシートから、10mm幅×18mm長×2mm厚の短冊状に切り出したものを用いた。装置はレオメトリック・サイエンティフィック社製のARESを用いた。周波数は1Hzである。測定温度は−60℃から段階状に昇温し、試料が融解して測定不能になるまで測定を行った。歪みは0.1〜0.5%の範囲で行った。
〔試験片の作成〕
規格番号:JIS−7152(ISO294−1) 成形機:東洋機械金属社製TU−15射出成形機 成形機設定温度:ホッパ下から 80,80,160,200,200,200℃ 金型温度:40℃ 射出速度:200mm/秒(金型キャビティー内の速度) 射出圧力:800kgf/cm 保持圧力:800kgf/cm 保圧時間:40秒 金型形状:平板(厚さ2mm 幅30mm 長さ90mm)
4)DSC
セイコー社製DSCを用い、試料5.0mgを採り、200℃で5分間保持した後、40℃まで10℃/分の降温速度で結晶化させ、更に10℃/分の昇温速度で融解させたときの融解ピーク温度をTmとした(単位:℃)。昇温時の吸熱曲線の面積からdHmを求めた。
5)GPC
重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)はゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)法で測定した。
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。なお、詳細な測定法は、段落0041,0042前述した方法による。
6)紡糸性
15分間の溶融紡糸時に糸が切れる回数(断糸頻度)とした。
7)引張強度
東洋精機社製ストログラフを使用し、50mm×200mmの不織布をチャック間隔が100mm・引張速度100mm/分の条件で測定した。
8)引張伸度
上記手法により測定した。
9)弾性率
東洋精機社製ストログラフを使用し、50mm×200mmの不織布をチャック間隔が100mm・引張速度1mm/分の条件で、1%の歪みを与えた時点での弾性率を測定した。
10)不織布の柔軟性
東洋精機社製ループスティフネステスターを使用し測定した。即ち、不織布を幅1cm× 長さ12cmに裁断し測定試料とした。該試験片を装置にセットすることにより、ループを形成させ、そのループに力を加え一定変位に達するまでに必要な力(g)を測定した。該値が小さいほど軟らかいことを示す。
11)ベタツキ評価
以下の判断基準でベタツキ評価を行い10人のパネラーの平均を求めた。
3:ベタツキを感じない 2:多少ベタツキを感じるが不快感はない
1:ベタツキがあり不快感がある
[製造例PP−1](重合製造例A−1)
予備重合触媒の調製:
(イオン交換性層状珪酸塩の化学処理)10リットルの撹拌翼の付いたガラス製セパラブルフラスコに、蒸留水3.75リットル、続いて濃硫酸(96%)2.5kgをゆっくりと添加した。50℃で、さらにモンモリロナイト(水澤化学社製ベンクレイSL;平均粒径=25μm 粒度分布=10〜60μm)を1kg分散させ、90℃に昇温し、6.5時間その温度を維持した。50℃まで冷却後、このスラリーを減圧濾過し、ケーキを回収した。このケーキに蒸留水を7リットル加え再スラリー化後、濾過した。この洗浄操作を、洗浄液(濾液)のpHが、3.5を越えるまで実施した。回収したケーキを窒素雰囲気下110℃で終夜乾燥した。乾燥後の重量は707gであった。
(イオン交換性層状珪酸塩の乾燥)先に化学処理した珪酸塩は、キルン乾燥機により乾燥を実施した。仕様と乾燥条件は以下の通りである。
回転筒:円筒状 内径50mm 加温帯550mm(電気炉) かき上げ翼付き回転数:2rpm 傾斜角:20/520 珪酸塩の供給速度:2.5g/分 ガス流速:窒素 96リットル/時間 向流乾燥温度:200℃(粉体温度)
(触媒の調製)撹拌及び温度制御装置を有する内容積16リットルのオートクレーブを窒素で充分置換した。ここに、該珪酸塩200gを導入し、混合ヘプタン1,160ml、さらにトリエチルアルミニウムのヘプタン溶液(0.60M)840mlを加え、室温で攪拌した。1時間後、混合ヘプタンにて洗浄し、珪酸塩スラリーを2,000mlに調製した。次に、先に調製した珪酸塩スラリーにトリイソブチルアルミニウムのヘプタン溶液(0.71ML)9.6mlを添加し、25℃で1時間反応させた。平行して、(r)−ジクロロ[1,1´−ジメチルシリレンビス{2−メチル−4−(4−クロロフェニル)−4H−アズレニル}]ジルコニウム2,180mg(0.3mM)と混合ヘプタン870mlに、トリイソブチルアルミニウムのヘプタン溶液(0.71M)33.1mlを加えて、室温にて1時間反応させた混合物を、珪酸塩スラリーに加え、1時間攪拌後、混合ヘプタンを追加して5,000mlに調製した。
(予備重合/洗浄)続いて、槽内温度を40℃昇温し、温度が安定したところでプロピレンを100g/時間の速度で供給し、温度を維持した。4時間後プロピレンの供給を停止し、さらに2時間維持した。
予備重合終了後、残モノマーをパージし、撹拌を停止させ約10分間静置後、上澄みを2,400mlデカントした。続いてトリイソブチルアルミニウム(0.71ML)のヘプタン溶液9.5ml、更に混合ヘプタンを5,600ml添加し、40℃で30分間撹拌し、10分間静置した後に、上澄みを5,600ml除いた。更にこの操作を3回繰り返した。最後の上澄み液の成分分析を実施したところ有機アルミニウム成分の濃度は、1.23mモル/リットル、Zr濃度は8.6×10−6g/Lであり、仕込み量に対する上澄み液中の存在量は0.016%であった。続いて、トリイソブチルアルミニウム(0.71ML)のヘプタン溶液を170ml添加した後に、45℃で減圧乾燥を実施した。触媒1g当たりポリプロピレンを2.0g含む予備重合触媒が得られた。
(重合)この予備重合触媒を用いて、以下の手順に従ってプロピレン−エチレンブロック共重合体の製造を行った。
第一工程:第一工程では、内容積0.4mの攪拌装置付き液相重合槽を用いてプロピレン−エチレンランダム共重合を実施した。液化プロピレンと液化エチレン及びトリイソブチルアルミニウムをそれぞれ90kg/時、4.2kg/時、21.2g/時で連続的に供給した。水素供給量は第一工程のMFRが目標の値となるように調節した。
更に、上記の予備重合触媒を、触媒として(予備重合ポリマーの重量は除く)、5.7g/時となるように供給した。また、重合温度が45℃となるように重合槽を冷却した。
第1行程で得られたプロピレン−エチレンランダム共重合を分析したところ、BD(嵩密度)は0.46g/cc、MFRは55g/10分、エチレン含量は3.7wt%であった。
第二工程:第二工程では、内容積0.5mの攪拌式気相重合槽を用いてプロピレン−エチレンランダム共重合を実施した。第一工程の液相重合槽より重合体粒子を含んだスラリーを連続的に抜き出し、液化プロピレンをフラッシングした後、窒素で昇圧して気相重合槽へ連続的に供給した。重合槽は温度が80℃、プロピレンとエチレンと水素の分圧の合計が1.5MPaとなるように制御した。その際にプロピレンとエチレンと水素の分圧の合計に占めるプロピレンとエチレン及び水素の濃度は、それぞれ66.94vol%、32.97vol%、900volppmとなるように制御した。更に、活性抑制剤としてエタノールを気相重合槽に供給した。エタノールの供給量は、気相重合槽に供給される重合体粒子に随伴して供給されるTIBA(トリイソブチルアルミニウム)中のアルミニウムに対して、0.3mol/molとなるようにした。
得られたプロピレン−エチレンブロック共重合体を分析したところ、活性は10.5kg/g−触媒、BD(嵩密度)は0.41g/cc、MFRは30g/10分、エチレン含量は8.7wt%であった。
(造粒) 重合製造例A−1で得られたブロック共重合体パウダーにブレンダーにより、酸化防止剤と中和剤を添加し、充分に撹拌混合した。
酸化防止剤:テトラキス[メチレン−3−(3´,5´−ジ−t−ブチル−4´−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]メタン(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株) 製・イルガノックス1010)0.03重量部、トリス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)ホスファイト(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)製・イルガホス168)0.06重量部
中和剤:ステアリン酸カルシウム(日本油脂(株)製・カルシウムステアレートG)0.05重量部
添加剤を加えた共重合体パウダーをヘンシェルミキサーにより750rpm、1分間・室温で高速混合した後、スクリュー口径30mmの池貝製作所製PCM二軸押出機にて、スクリュー回転数200rpm・吐出量10kg/hr・押出機温度190℃で溶融混練し、ストランドダイから押し出された溶融樹脂を、冷却水槽で冷却固化させながら引き取り、ストランドカッターを用いてストランドを直径約2mmで長さ約3mmに切断することによりプロピレン−エチレンブロック共重合体の原料ペレット(PP−1)を得た。
(分析)得られたPP−1ペレットを用いて、TREF、DSC、GPC、固体粘弾性の測定を行った。測定により得られた各データを表2に示す。
ここで、TREF測定結果について、図1に溶出曲線を例示する。また、固体粘弾性測定結果について、図2に温度に対する貯蔵弾性率G’、損失弾性率G’’と損失正接tanδの変化を例示する。
[製造例PP−2〜4,6](重合製造例A−2〜4,6)]
重合製造例A−1と同様にして重合条件を変化させプロピレン−エチレンブロック共重合体を製造した。重合条件及び重合結果を表1に示す。
得られた重合体パウダーを用いて、製造例PP−1と同様の添加剤配合、造粒条件により、PP−2〜4を得た。各種分析結果を表2に示す。
[製造例PP−5](重合製造例A−5)
重合製造例A−1と同様にして重合条件を変化させ、プロピレン−エチレンブロック共重合体を製造した。重合条件及び重合結果を表1に示す。
得られたブロック共重合体パウダーに、ブレンダーにより過酸化物、酸化防止剤、中和剤を添加し、充分に撹拌混合した。
過酸化物:パーヘキサ25B(日本油脂社)0.07重量部
酸化防止剤:テトラキス[メチレン−3−(3´,5´−ジ−t−ブチル−4´−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]メタン(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株) 製・イルガノックス1010)0.03重量部、トリス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)ホスファイト(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)製・イルガホス168)0.06重量部
中和剤:ステアリン酸カルシウム(日本油脂(株)製・カルシウムステアレートG)0.05重量部
添加剤を加えた共重合体パウダーをヘンシェルミキサーにより750rpm・1分間・室温で高速混合した後、スクリュー口径30mmの池貝製作所製PCM二軸押出機にて、スクリュー回転数200rpm・吐出量10kg/hr・押出機温度190℃で溶融混練し、ストランドダイから押し出された溶融樹脂を、冷却水槽で冷却固化させながら引き取り、ストランドカッターを用いてストランドを直径約2mmで長さ約3mmに切断することによりプロピレン−エチレンブロック共重合体の原料ペレット(PP−5)を得た。各種分析結果を表2に示す。
[製造例PP−7](重合製造例A−7)
重合製造例A−1において、第二工程を行わずに第一工程のみを行った点以外は重合製造例A−1と同様にして重合を実施し、プロピレン−エチレンランダム共重合体の製造を行った。重合条件及び重合結果を表1に示す。
得られた重合体パウダーを用いて、製造例PP−1と同様の添加剤配合、造粒条件により、PP−7を得た。各種分析結果を表2に示す。
[製造例PP−8,9](重合製造例A−8,9)
重合製造例A−1と同様にして重合条件を変化させプロピレン−エチレンブロック共重合体を製造した。重合条件及び重合結果を表1に示す。
得られた重合体パウダーを用いて、製造例PP−1と同様の添加剤配合、造粒条件により、PP−8,9を得た。各種分析結果を表2に示す。
ここで得られたPP−8は固体粘弾性測定におけるtanδ曲線が2つのピークを示した。固体粘弾性測定結果について、図3に温度に対する貯蔵弾性率G’、損失弾性率G”と損失正接tanδの変化を例示する。
[製造例PP−10](重合製造例A−10)
固体成分触媒の製造(特開2001−172454号公報の実施例1に準じて製造)
(触媒の調製)
窒素置換した内容積50リットルの攪拌機付槽に脱水及び脱酸素したn−ヘプタン20リットルを導入し、次いで塩化マグネシウム4モルとテトラブトキシチタン8モルとを導入して95℃で2時間反応させた後、温度を40℃に下げ、メチルヒドロポリシロキサン(粘度20センチストークス)480ミリリットルを導入して更に3時間反応させた後、反応液を取り出し、生成した固体成分をn−ヘプタンで洗浄した。引き続いて、前記攪拌機付槽を用いて該槽に脱水及び脱酸素したn−ヘプタン15リットルを導入し、次いで、得られた固体成分をマグネシウム原子換算で3モル導入し、更に、四塩化珪素8モルをn−ヘプタン25ミリリットルに加えた混合液を30℃で30分間かけて導入して、温度を90℃ に上げ、1時間反応させた後、反応液を取り出し、生成した固体成分をn−ヘプタンで洗浄した。更に、引き続いて、前記攪拌機付槽を用いて該槽に脱水及び脱酸素したn−ヘプタン5リットルを導入し、次いで、前記で得られたチタン含有固体成分250グラムと、1,5−ヘキサジエン750グラム、t−ブチルメチルジメトキシシラン130ミリリットル、ジビニルジメチルシラン10ミリリットル、トリエチルアルミニウム225グラムとをそれぞれ導入して30℃で2時間接触させた後、反応液を取り出し、n−ヘプタンで洗浄して固体成分触媒を得た。得られた固体成分触媒は、1,5−ヘキサジエンの予備重合量がチタン含有固体成分あたり、2.97グラムのものであった。
(プロピレン共重合体の製造)
内容積550リットルの第一段反応器に、温度70℃及び70℃においては約3.2MPa になる圧力において、プロピレンとトリエチルアルミニウム、及び重合体生成速度が20kg/時間となるような量比の前記固体成分触媒とを連続的に供給し、更に、分子量制御剤としての水素を、(水素供給量)/(プロピレン供給量)のモル比で0.055となるように連続的に供給して液相中で重合を実施した(第一段重合工程)。
引き続いて、生成重合体を、プロピレンパージ槽を経由させて、内容積1,900リットルの第二段反応器に導入し、温度60℃・圧力3.0M Paになるように、生成する共重合体中の組成割合に応じたプロピレンとエチレンを(エチレン供給量)/[( プロピレン供給量)+(エチレン供給量)]のモル比で0.18となるように連続的に供給し、更に、分子量制御剤としての水素を(水素供給量)/[(プロピレン供給量) +(エチレン供給量)]のモル比で0.0041となるように連続的に供給して気相中で重合を実施し、生成重合体を連続的にベッセルに移した後、水分を含んだ窒素ガスを導入して反応を停止させ(第二段重合工程)、プロピレン−エチレンブロック共重合体の製造を行った。
得られた重合体パウダーを用いて、製造例PP−5と同様の添加剤配合、造粒条件により、PP−10を得た。各種分析結果を表2に示す。
[実施例1]
PP−1をホール数24個の単一型紡糸口金を用いて溶融紡糸を行った。溶融紡糸は、紡糸温度250℃・吐出量0.8g/分・孔で行い、その後エアサッカーにて延伸し、繊維径25μmの単一繊維を得た。この単一繊維をエアサッカー下方にあるコンベアーに集積させた後、80℃〜135℃の間に設定したエンボスロールにより繊維同士を融着させ、目付量30g/mの不織布を得た。得られた不織布の最適エンボス加工温度、引張強度、伸度、弾性率、柔軟性、ベタツキを評価した。その結果を表3に示す。
[実施例2]実施例1においてPP−1をPP−2とした以外は実施例1と同様に行った。その結果を表3に示す。
[実施例3]実施例1においてPP−1をPP−3とした以外は実施例1と同様に行った。その結果を表3に示す。
[実施例4]実施例1においてPP−1をPP−4とした以外は実施例1と同様に行った。その結果を表3に示す。
[実施例5]実施例1においてPP−1をPP−5とした以外は実施例1と同様に行った。その結果を表3に示す。
[比較例1]実施例1においてPP−1をPP−6とした以外は実施例1と同様に行ったが、延伸性不良と推定される断糸が多発し、不織布サンプルを得ることができなかった。
[比較例2]実施例1においてPP−1をPP−7とした以外は実施例1と同様に行った。その結果を表3に示す。
[比較例3]実施例1においてPP−1をPP−8とした以外は実施例1と同様に行ったが、延伸性不良と推定される断糸が多発し、不織布サンプルを得ることができなかった。
[比較例4]実施例1においてPP−1をPP−9とした以外は実施例1と同様に行ったが繊維同士の融着起因と推定される断糸が多発し、不織布サンプルを得ることができなかった。
[比較例5]実施例1においてPP−1をPP−10とした以外は実施例1と同様に行った。その結果を表3に示す。
[実施例6]
PP−2を芯材とし、プロピレン単独重合体(日本ポリケム社製ノバテックSA06・MFR= 60g/10分)を鞘材とし、ホール数24個の芯鞘型複合紡糸口金を用いて溶融紡糸を行った。溶融紡糸は、紡糸温度250℃・吐出量0.8/分・孔で行い、その後エアサッカーにて延伸し、繊維径25μmの芯鞘型複合繊維を得た。この繊維をエアサッカー下方にあるコンベアーに集積させた後、80〜135℃の間に設定したエンボスロールにより繊維同士を融着させ、目付量30g/mの不織布を得た。得られた不織布の最適エンボス加工温度、引張強度、伸度、弾性率、柔軟性、ベタツキを評価した。その結果を表3に示す。
[実施例7]PP−2を鞘材とし、プロピレン単独重合体(日本ポリケム社製ノバテックSA06・MFR= 60g/10分)を芯材とする以外は、実施例6と同様にして不織布を得た。得られた不織布の最適エンボス加工温度、引張強度、伸度、弾性率、柔軟性、ベタツキを評価した。その結果を表3に示す。
Figure 2010037686
Figure 2010037686
Figure 2010037686
[実施例と比較例の結果の考察]
本発明の請求項1における構成の要件を全て満たすプロピレン−エチレンブロック共重合体を原料とする、実施例1〜7の単一繊維及び複合繊維の繊維材料においては、押しなべて紡糸性が良好で、不織布製品においては、いずれも、引張強度や引張伸度が高く、柔軟性が優れ、それにより風合いも良く、ベタツキ感もなく、卓越した繊維製品を実現している。
一方、比較例1は、MFRが低過ぎて本発明のMFR規定を満たさないプロピレン−エチレンブロック共重合体を原料とするので、延展性が不良で繊維を紡糸できない。比較例2は、本発明の第2工程のエラストマー成分を有さないプロピレン−エチレンブロック共重合体を原料とするので、繊維が硬く柔軟性を欠いている。比較例3は、原料のプロピレン−エチレンブロック共重合体において、tanδ曲線が0℃以下に複数のピークを有し、非相溶系なので、延伸性が悪く繊維を紡糸できない。比較例4は、原料のプロピレン−エチレンブロック共重合体において、ゴム成分が多過ぎるので、繊維同士の融着が発生して繊維を紡糸できない。比較例5は、メタロセン系触媒ではなくチーグラー系触媒により重合した、プロピレン−エチレンブロック共重合体を原料とするので、低分子量成分が多くて、ベタツキが多く使用者の肌に不快感を生じる。
以上の各実施例のデータ、及び各実施例と各比較例の対照結果よりして、本発明のプロピレン−エチレンブロック共重合体を原料とする繊維材料及び繊維製品が、従来の材料と製品より、柔軟性や伸縮性及びベタツキ性などの各性能において非常に優れており、医療用品や衛生用品の材料として格別に有用であって、本発明の構成の要件の合理性と有意性が実証され、従来技術への卓越性も明らかにされている。
重合体製造例−1におけるTREF測定結果(溶出曲線と溶出量積算)を示すグラフ図である。 重合体製造例−1における固体粘弾性測定結果を示すグラフ図である。 重合体製造例−8(比較例)における固体粘弾性測定結果を示すグラフ図である。

Claims (11)

  1. 原料として、以下の条件(A−i)〜(A−iii)を満たすプロピレン−エチレンブロック共重合体を、少なくとも1つの構成成分とすることを特徴とする繊維。
    (A−i)メタロセン系触媒を用いて、第1工程でプロピレン単独重合体成分又はエチレン含量7wt%以下のプロピレン−エチレンランダム共重合体成分(A1)を30〜95wt%、第2工程で成分(A1)よりも3〜20wt%多くのエチレンを含有するプロピレン−エチレンランダム共重合体成分(A2)を70〜5wt%逐次重合することで得られたプロピレン−エチレンブロック共重合体(A)であること
    (A−ii)メルトフローレート(MFR:230℃・2.16kg)が5〜1,000g/10分の範囲にあること
    (A−iii)固体粘弾性測定(DMA)により得られる温度−損失正接(tanδ)曲線において、−60〜20℃の温度範囲で観測されるガラス転移によるピークが、単一であり、かつ、そのピーク温度が0℃以下であること
  2. プロピレン−エチレンブロック共重合体(A)が以下の条件(A−iv)を満たすことを特徴とする、請求項1に記載された繊維。
    (A−iv)ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定により得られる重量平均分子量における5,000以下の成分量W(Mw≦5,000)が、全体の0.8wt%以下であること
  3. プロピレン−エチレンブロック共重合体(A)が以下の条件(A−v)〜(A−vi)を満たすことを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載された繊維。
    (A−v)第1工程で得られる成分(A1)が、エチレン含量が0.5〜6wt%の範囲にあるプロピレン−エチレンランダム共重合体で、ブロック共重合体(A)の全体における割合が30〜85wt%の範囲にあり、第2工程で得られる成分(A2)が(A1)よりも6〜18wt%多くのエチレン含量を有するプロピレン−エチレンランダム共重合体で、ブロック共重合体(A)の全体における割合が70〜15wt%の範囲にあること
    (A−vi)o−ジクロロベンゼン溶媒を用いた−15℃〜140℃の温度範囲での温度昇温溶離分別法(TREF)による温度に対する溶出量(dWt%/dT)のプロットとして得られるTREF溶出曲線において、高温側に観測されるピークT(A1)が55℃〜96℃の範囲にあり、低温側に観測されるピークT(A2)が45℃以下にあり、或いはピークT(A2)が観測されないこと
  4. プロピレン−エチレンブロック共重合体(A)が以下の条件(A−vii)〜(A−iix)を満たすことを特徴とする、請求項1〜請求項3のいずれかに記載された繊維。
    (A−vii)第1工程で得られる成分(A1)が、エチレン含量が1.5〜6wt%の範囲にあるプロピレン−エチレンランダム共重合体で、ブロック共重合体(A)の全体における割合が30〜70wt%の範囲にあり、第2工程で得られる成分(A2)が(A1)よりも8〜16wt%多くのエチレン含量を有するプロピレン−エチレンランダム共重合体で、ブロック共重合体(A)の全体における割合が70〜30wt%の範囲にあること
    (A−iix)o−ジクロロベンゼン溶媒を用いた−15℃〜140℃の温度範囲での温度昇温溶離分別法(TREF)による温度に対する溶出量(dWt%/dT)のプロットとして得られるTREF溶出曲線において、高温側に観測されるピークT(A1)が60℃〜88℃の範囲にあり、低温側に観測されるピークT(A2)が40℃以下にあり、或いはピークT(A2)が観測されないこと
  5. 単一繊維又は芯鞘型複合繊維或いはサイドバイサイド型複合繊維であることを特徴とする、請求項1〜請求項4のいずれかに記載された繊維。
  6. 請求項1〜請求項5のいずれかに記載された繊維からなる不織布。
  7. 不織布が、スパンボンド法、メルトブロー法、水流交絡法又はカード法のいずれかの方法により製造されたシート状不織布であることを特徴とする、請求項6に記載された不織布。
  8. 請求項6又は請求項7に記載された不織布を用いることを特徴とする医療材料。
  9. 包帯又はサポーターの医療用品に使用されることを特徴とする、請求項8に記載された医療材料。
  10. 請求項6又は請求項7に記載された不織布を用いることを特徴とする衛生材料。
  11. 生理用品又は使い捨てオムツの衛生用品に使用されることを特徴とする、請求項10に記載された衛生材料。
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