JP2013010890A - ポリプロピレン系樹脂組成物および発泡シート - Google Patents

ポリプロピレン系樹脂組成物および発泡シート Download PDF

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Abstract

【課題】均一微細な発泡セルが得られ、外観が美麗であり、熱成形性、耐衝撃性、軽量性、剛性、耐熱性、断熱性、耐油性等に優れた発泡シートおよび熱成形品を製造できるポリプロピレン系樹脂組成物および発泡シートを提供する。
【解決手段】特定のMFR、分子量分布、および溶融張力を有する、分岐構造を有するポリプロピレン樹脂(X)10〜90重量%と、メタロセン触媒によって重合され、特定の融点、MFRおよび分子量分布を有するポリプロピレン系樹脂(Y)90〜10重量%を含有することを特徴とするポリプロピレン系樹脂組成物およびそれを成形した発泡シートによる。
【選択図】なし

Description

本発明は、ポリプロピレン系樹脂組成物に関し、更に詳しくは、発泡成形時に発泡セルの独立気泡性が高く、セルが緻密でサイズが比較的均一に揃った、発泡シートを製造するために好適なポリプロピレン系樹脂組成物およびそれを成形した発泡シート、また、それを使用して熱成形した成形体に関する。
ポリプロピレン樹脂の重要な成形加工法の一つとして、発泡成形がある。押出発泡成形や射出発泡成形で得られた各種の成形体は、断熱性や遮音性、クッション性、エネルギー吸収特性などの優れた特性を生かし、幅広い用途で使用されている。特に近年は、環境問題の点から、材料の軽量化と環境負荷の低減が重要な技術開発の課題となり、発泡成形体が使われる技術領域が広がる傾向に有り、発泡性能が高い樹脂に対する需要は強まっている。
一般的なポリプロピレン樹脂は、その分子構造が線状であり、分子量もそれほど大きくないために、発泡特性に重要な指標である溶融張力が低い樹脂であって、発泡成形には不向きである。その欠点を補うために、過去に様々な技術開発がなされてきた。
たとえば、特許文献1には、高エネルギーイオン化放射線により、ポリプロピレンに長鎖分岐を導入することで、溶融張力の向上を図る技術が開示されている。また、同様に、ポリプロピレン樹脂に長鎖分岐を導入する方法として特許文献2、特許文献3、特許文献4など、有機過酸化物を利用する多くの技術が開示されている。しかしながら、高エネルギーイオン化放射線照射や有機過酸化物の使用によりポリプロピレンに長鎖分岐を導入する技術は、前者では製造時の高コスト化、黄変の問題、経時による物性変化、後者においては、有機過酸化物の分解物による汚染、臭気、黄変、製造時の安全性等の問題が有り、これらとは異なる方法での高溶融張力ポリプロピレンの製造技術が望まれていた。
近年、メタロセン触媒を利用したマクロマー共重合法が提案されている。例えば、重合第一段階(マクロマー合成工程)で特定の錯体と特定の重合条件により、末端にビニル構造をもつプロピレンマクロマーを製造し、その後、重合第二段階(マクロマー共重合工程)で特定の触媒と特定の重合条件によりプロピレンと共重合を行うことにより、高次の架橋がなく、ポリプロピレンとしての本来の化学的安定性が損なわれることなく、リサイクル性にも優れ、溶融張力改良に対してゲルの発生の懸念がない方法(マクロマー共重合法)が考案されている(例えば、特許文献5、特許文献6参照)。しかしながら、この方法では、前段でマクロマーとして必要な末端ビニル構造を効率的に得るために、特定の錯体で比較的高温かつ低圧で重合する必要がある。その為生成するマクロマーは、分子量および立体規則性が低いマクロマーとなってしまう。
上記した多段階重合法に対して、特定の錯体でマクロマー合成工程とマクロマー共重合工程を同時に行う単段重合法(in situ マクロマー生成共重合法)が考案されている(例えば、特許文献7参照)。しかしながら、この方法では、マクロマーの生成量とマクロマー共重合量が必ずしも充分ではなく、溶融物性改善の効果は不十分なレベルである。
特許文献8および特許文献9において開示された技術によれば、マクロマー共重合法における先行技術の種々の問題が解決され、極めて高い溶融張力と良好な伸張粘度特性を有する長鎖分岐含有ポリプロピレン樹脂を得ることが出来る。
また、この技術を用いて良好な発泡シートを得ることの出来る方法が、特許文献10や特許文献11に提案されている。
しかしながら、高溶融張力を有する樹脂そのものを押出発泡する場合、押出機内での流動性の悪さから負荷が上がり易く押出レートを上げ難いために生産性があがらない等の問題が生じたり、発泡シートを成形する場合に引き取りに対する延伸性が乏しくなってシート外観が悪化するなどの問題を生じる恐れがあった。
特開昭62−121704号公報 特開平6−157666号公報 国際公開第99/27007号パンフレット 特開2004−339365号公報 特表2001−525460号公報 特開平10−338717号公報 特表2002−523575号公報 特開2009−57542号公報 特開2009−275207号公報 特開2009−293020号公報 特開2009−299029号公報
本発明の課題は、上記従来技術の現状に鑑み、均一微細な発泡セルからなり、外観、熱成形性に優れたポリプロピレン系(多層)発泡体を得ることのできる樹脂組成物を提供し、さらにそれを用いたポリプロピレン系(多層)発泡シートを提供することにある。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、以下の(X−i)〜(X−iii)の特性を有する、分岐構造を有するポリプロピレン樹脂(X)10〜90重量%と、メタロセン触媒によって重合され、MFRが1〜20g/10分、示差走査熱量測定(DSC)によって得られた融点が110〜155℃、GPCによって求めた分子量分布Mw/Mnが1.5〜4.0の範囲である、ポリプロピレン系樹脂(Y)90〜10重量%との特定割合での配合の樹脂組成物が、押出発泡成形において、成形が容易で、均一微細な発泡セルを有し、外観が美麗なポリプロピレン系発泡シートが得られることを見出し、本発明を完成するに至った。即ち、本発明の要旨は以下の[1]〜[11]に存する。
[1] 以下の(X−i)〜(X−iii)の特性を有する、分岐構造を有するポリプロピレン樹脂(X)と、
メタロセン触媒によって重合され、示差走査熱量測定(DSC)によって得られた融点が110〜155℃、メルトフローレート(MFR)が1〜20g/10分、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によって求めた分子量分布Mw/Mnが1.5〜4.0の範囲である、ポリプロピレン系樹脂(Y)とを、
前記ポリプロピレン樹脂(X)と前記ポリプロピレン系樹脂(Y)の合計100重量%に対し、前記ポリプロピレン樹脂(X)を10〜90重量%、前記ポリプロピレン系樹脂(Y)を90〜10重量%含有することを特徴とするポリプロピレン系樹脂組成物。
(X−i)MFRが、0.1〜30g/10分の範囲である
(X−ii)GPCによる分子量分布は、Mw/Mnが3.0以上10.0以下、且つMz/Mwが2.5以上10.0以下である
(X−iii)溶融張力(MT)(単位:g)が、
log(MT)≧−0.9×log(MFR)+0.7
および
MT≧15
の少なくとも1つを満たす
[2] 前記ポリプロピレン樹脂(X)が以下の(X−iv)の特性を有することを特徴とする[1]に記載のポリプロピレン系樹脂組成物。
(X−iv)絶対分子量Mabsが100万における分岐指数gが0.30以上1.00未満である
[3] 前記ポリプロピレン樹脂(X)が以下の(X−v)及び(X−vi)の特性を有することを特徴とする[1]又は[2]に記載のポリプロピレン系樹脂組成物。
(X−v)温度上昇溶解度分別(TREF)による40℃以下可溶成分量が、ポリプロピレン樹脂(X)全量に対して3.0重量%以下である
(X−vi)13C−NMRによるプロピレン単位3連鎖のmm分率が、95.0%以上である
[4] ポリプロピレン系樹脂(Y)が、以下の(Y−A)および(Y−B)のうちの少なくとも1つを含むことを特徴とする[1]から[3]のいずれか1項に記載のポリプロピレン系樹脂組成物。
(Y−A)メタロセン触媒によって重合され、コモノマーとして炭素数3を除く炭素数2〜10のα−オレフォンを1〜5重量%((Y−A)成分を構成するモノマー単位の合計量100重量%に対しての含量)の範囲で含む、プロピレン−α−オレフィンランダム共重合体
(Y−B)メタロセン触媒によって逐次重合することによって得られ、第1工程でエチレン含量1〜5重量%のプロピレン−エチレンランダム共重合体成分を30〜99重量%重合し、第2工程で第1工程で製造された成分よりも5〜20重量%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を70〜1重量%逐次重合することで得られたプロピレン−エチレンランダムブロック共重合体(ただし、各工程でのエチレン含量は、該工程で製造された共重合体成分を構成するモノマー単位の合計量100重量%基準で、また、各工程で得られた共重合体成分の割合は、第1工程と第2工程で得られた各共重合体の合計量100重量%に対しての値である。)
[5] 前記ポリプロピレン系樹脂(Y)が前記(Y−A)を少なくとも含み、かつ(Y−A)が以下の特性(Y−i)および(Y−ii)を満たすことを特徴とする[4]に記載のポリプロピレン系樹脂組成物。
(Y−i)TREFによって得られる溶出曲線において、20重量%抽出される温度(T20)と80重量%抽出される温度(T80)との差(T80−T20)が、10℃以下である
(Y−ii)TREFにおける40℃以下可溶成分量が5重量%以下である
[6] 前記ポリプロピレン系樹脂(Y)が前記(Y−B)を少なくとも含み、かつ前記(Y−B)が以下の特性(Y−iii)を満たすことを特徴とする[4]又は[5]に記載のポリプロピレン系樹脂組成物。
(Y−iii)角振動数1Hzでの固体粘弾性測定(DMA)において、温度−損失正接(tanδ)曲線のピークが0℃以下に単峰で現れる
[7] さらに、発泡剤を、ポリプロピレン樹脂(X)とポリプロピレン系樹脂(Y)との合計100重量部に対し、0.05〜6.0重量部含むことを特徴とする[1]から[6]のいずれか1項に記載のポリプロピレン系樹脂組成物。
[8] [1]から[7]のいずれか1項に記載の樹脂組成物を押出成形してなり、発泡倍率が1.5倍以上5.0倍未満、連続気泡率が30%以下であるポリプロピレン系樹脂発泡シート。
[9] [8]に記載のポリプロピレン系樹脂発泡シートと、熱可塑性樹脂組成物からなる非発泡層とを共押出してなるポリプロピレン系樹脂多層発泡シート。
[10] 前記熱可塑性樹脂組成物が、熱可塑性樹脂100重量部に対し、50重量部以下の無機充填剤を含むことを特徴とする[8]に記載のポリプロピレン系樹脂多層発泡シート。
[11] [8]に記載のポリプロピレン系樹脂発泡シートを、熱成形してなる成形体。
本発明のポリプロピレン系樹脂組成物は、成形が容易で、均一微細な発泡セルを有し、外観が美麗なポリプロピレン系発泡シートが得られ、特に押出発泡成形における発泡シート用途に適した材料を提供することができる。
そして、得られるポリプロピレン系(多層)発泡シートおよびそれを用いた熱成形体は、均一微細な発泡セルが得られ、外観、熱成形性、耐衝撃性、軽量性、剛性、耐熱性、断熱性、耐油性等に優れていることより、トレー、皿、カップなどの食品容器や自動車ドアトリム、自動車トランクマットなどの車両内装材、包装、文具、建材などに好適に利用することが出来る。
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明するが、以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施の形態の一例であり、本発明はその要旨を超えない限り、以下の記載内容に限定されるものではない。
本発明のポリプロピレン系樹脂組成物は、以下の(X−i)〜(X−iii)の特性を有する、分岐構造を有するポリプロピレン樹脂(X)と、
メタロセン触媒によって重合され、示差操作熱量測定(DSC)によって得られた融点が110〜155℃、MFRが1〜20g/10分、GPCによって求めた分子量分布Mw/Mnが1.5〜4.0の範囲である、ポリプロピレン系樹脂(Y)とを、
ポリプロピレン樹脂(X)と前記ポリプロピレン系樹脂(Y)の合計100重量%に対し、前記ポリプロピレン樹脂(X)を10〜90重量%、前記ポリプロピレン系樹脂(Y)を90〜10重量%含有することを特徴とする。
尚、本明細書においてはポリプロピレン樹脂(X)を「成分(X)」、ポリプロピレン系樹脂(Y)を「成分(Y)」と称することがある。また、本明細書において、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーをGPC、示差走査熱量測定をDSC、メルトフローレートをMFR、とそれぞれを略称することがある。また、本明細書において「〜」という表現を用いてその前後に数値または物性値で挟んだ場合、その前後の数値または物性値を含む表現として用いるものとする。
<分岐構造を有するポリプロピレン樹脂(X)>
本発明においては、まず、以下の(X−i)〜(X−iii)の特性を有する分岐構造を有するポリプロピレン樹脂(X)を使用することを特徴とする。
(X−i)MFRが0.1〜30g/10分の範囲である
(X−ii)GPCによる分子量分布Mw/Mnが3.0以上10.0以下、且つMz/Mwが2.5以上10.0以下である
(X−iii)溶融張力(MT)(単位:g)が、
log(MT)≧−0.9×log(MFR)+0.7
および
MT≧15 の少なくとも1つを満たす
以下、本発明で規定する上記各要件について、具体的に述べる。
[(X−i):MFR]
本発明における分岐構造を有するポリプロピレン樹脂(X)のメルトフローレート(MFR)は、0.1〜30g/10分の範囲であることが必要であり、好ましくは0.3〜20、更に好ましくは0.5〜10g/10分である。この範囲を外れるものは、流動性不足或いは張力不足により、シート成形に向かないものである。
なお、MFRはJIS K7210:1999「プラスチック―熱可塑性プラスチックのメルトマスフローレイト(MFR)およびメルトボリュームフローレイト(MVR)の試験方法」のA法、条件M(230℃、2.16kg荷重)に準拠して測定したもので、単位はg/10分である。
[(X−ii):GPCによる分子量分布]
また、分岐構造を有するポリプロピレン樹脂(X)は、分子量分布が比較的広いことが必要であり、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によって得られる分子量分布Mw/Mn(ここで、Mwは重量平均分子量、Mnは数平均分子量)が3.0以上10以下であることが必要である。分岐構造を有するポリプロピレン樹脂(X)の分子量分布Mw/Mnは、その好ましい範囲としては3.2以上が好ましく、3.5以上がより好ましく、一方、8.0以下が好ましく、6.0以下が好ましい。
さらに、分子量分布の広さをより顕著に表すパラメータとして、Mz/Mw(ここで、MzはZ平均分子量である)が2.5以上10.0以下であることが必要である。Mz/Mwは2.8以上が好ましく、3.0以上がより好ましく、一方、8.0以下が好ましく、6.0以下がより好ましい。
分子量分布の広いものほど成形加工性が向上するが、Mw/MnおよびMz/Mwがこの範囲にあるものは、成形加工性に特に優れるものである。
なお、Mn、Mw、Mzの定義は「高分子化学の基礎」(高分子学会編、東京化学同人、1978)等に記載されており、GPCによる分子量分布曲線から計算可能である。
GPCの具体的な測定手法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:オルトジクロロベンゼン(ODCB)
測定温度:140℃
流速:1.0ml/min
注入量:0.2ml
試料の調製:試料は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る。
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(PS)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。
なお、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
[(X−iii):溶融張力(MT)]
さらに、分岐構造を有するポリプロピレン樹脂(X)は、以下の条件(1)を満たす必要がある。
・条件(1)
log(MT)≧−0.9×log(MFR)+0.7
及び
MT≧15
のうちの少なくとも1つを満たす。
ここでMTは、東洋精機社製メルトテンションテスターあるいはキャピログラフを用いて、キャピラリー:直径2.1mm、長さ40mm、シリンダー径:9.55mm、シリンダー押出速度:10mm/分、引き取り速度:4.0m/分、温度:230℃の条件で測定したときの溶融張力を表し、単位はグラムである。ただし、成分(X)のMTが極めて高い場合には、引き取り速度4.0m/分では樹脂が破断してしまう場合があり、このような場合には、引き取り速度を下げ、引き取りのできる最高の速度における張力をMTとする。MFRの測定条件、単位は前述の通りである。
この規定は、分岐構造を有するポリプロピレン樹脂(X)が発泡成形のために充分な溶融張力を有するための指標であり、一般に、MTはMFRと相関を有していることから、MFRとの関係式によって記述している。
このように、MTをMFRとの関係式で規定する手法は、当業者にとって通常の手法であって、例えば、特開2003−25425号公報には、高溶融張力を有するポリプロピレンの定義として、以下の関係式が提案されている。
log(MS)>−0.61×log(MFR)+0.82 (230℃)
(ここでMSはMTと同義)
また、特開2003−64193号公報には高溶融張力を有するポリプロピレンの定義として、 11.32×MFR−0.7854≦MT (ここで、MTは190℃、MFRは230℃で測定した値)の関係式が提案されている。さらに、特開2003−94504号公報には、高溶融張力を有するポリプロピレンの定義として、
MT≧7.52×MFR−0.576 (MTは190℃、MFRは230℃で測定した値)の関係式が提案されている。
分岐構造を有するポリプロピレン樹脂(X)が、上記条件(1)を満たせば、充分に溶融張力の高い樹脂といえ、発泡成形に有用である。また、以下の条件(1)’を満たすことがより好ましく、条件(1)”を満たすことが更に好ましい。
・・条件(1)’
log(MT)≧−0.9×log(MFR)+0.9
及び
MT≧15
のうちの少なくとも1つを満たす。
・・条件(1)”
log(MT)≧−0.9×log(MFR)+1.1
及び
MT≧15
のうちの少なくとも1つを満たす。
[(X−iv):分岐指数g
分岐構造を有するポリプロピレン樹脂(X)が分岐を有することの直接的な指標として、gをあげることが出来る。gは分岐構造を有するポリマーの固有粘度[η]brと同じ分子量を有する線状ポリマーの固有粘度[η]linの比、すなわち、[η]br/[η]linによって与えられ、分岐が存在すると、1よりも小さな値をとる。
定義は、例えば「Developments in Polymer Characterization−4」(J.V. Dawkins ed. Applied Science Publishers, 1983)に記載されており、当業者にとって公知の指標である。gは例えば下記に記すような光散乱計と粘度計を検出器に備えたGPCを使用することによって、絶対分子量Mabsの関数として得ることができる。
本発明で使用する分岐構造を有するポリプロピレン樹脂(X)は、光散乱によって求めた絶対分子量Mabsが100万の時に、gが0.30以上1.00未満であることが好ましく、より好ましくは0.55以上0.98以下、更に好ましくは0.75以上0.96以下、最も好ましくは0.78以上0.95以下である。以下に詳細に記述するとおり、本発明のポリプロピレン樹脂(X)は、その重合機構から分子構造としては櫛型鎖が生成すると考えられ、gが0.30未満であると、主鎖が少なく側鎖の割合が極めて多いこととなり、このような場合には溶融張力が向上しなかったり、ゲルが生成する恐れがあるため、発泡成形において好ましくない。一方、1.00である場合には、これは分岐が存在しないことを意味し、溶融張力が不足しやすくなる傾向にあり、発泡成形に適さないものとなりやすい。
なお、gの下限値が上記の値であると好ましいのは以下の理由による。
「Encyclopedia of Polymer Science and Engineering vol.2」 (John Wiley & Sons 1985 p.485)によると、櫛型ポリマーのg値は以下の式で表されている。
Figure 2013010890
ここで、gはポリマーの回転半径比で定義される分岐指数であり、εは分岐鎖の形状と溶媒によって決まる定数で、同文献のp.487のTable3によれば、良溶媒中の櫛型鎖ではおおよそ0.7〜1.0程度の値が報告されている。λは櫛型鎖における主鎖の割合、pは平均の分岐数である。この式によると、櫛型鎖であれば、分岐数が極めて大きくなる、すなわちpが無限大の極限で、g=gε=λεとなり、λεの値以下にはならないことになり、一般に下限値が存在することになる。
一方で、電子線照射や過酸化物変成の場合において生じると考えられる、従来公知のランダム分岐鎖の式は同文献中の485ページ式(19)で与えられており、これによると、ランダム分岐鎖では分岐点が多くなるにつれ、gおよびg値は、特に下限値が存在することなく単調に減少する。つまり、本発明においてg値に下限値があるということは、本発明に用いる分岐構造を有するポリプロピレン樹脂(X)が、櫛型鎖に近い構造を有しているということを意味しており、これにより、電子線照射や過酸化物変成によって生成されるランダム分岐鎖との区別がより明確となる。
具体的なgの算出方法は以下の通りである。
示差屈折計(RI)および粘度検出器(Viscometer)を装備したGPC装置として、Waters社のAlliance GPCV2000を用いる。また、光散乱検出器として、多角度レーザー光散乱検出器(MALLS)Wyatt Technology社のDAWN−Eを用いる。検出器は、MALLS、RI、Viscometerの順で接続する。移動相溶媒は、1,2,4−トリクロロベンゼン(BASFジャパン社製酸化防止剤Irganox(登録商標)1076を0.5mg/mLの濃度で添加)である。
流量は1mL/分で、カラムは、東ソー社 GMHHR−H(S) HTを2本連結して用いる。カラム、試料注入部および各検出器の温度は、140℃である。試料濃度は1mg/mLとし、注入量(サンプルループ容量)は0.2175mLである。
MALLSから得られる絶対分子量(Mabs)、二乗平均慣性半径(Rg)およびViscometerから得られる極限粘度([η])を求めるにあたっては、MALLS付属のデータ処理ソフトASTRA(version4.73.04)を利用し、以下の文献を参考にして計算を行う。
参考文献:
1.「Developments in Polymer Characterization−4」(J.V. Dawkins ed. Applied Science Publishers, 1983. Chapter1.)
2.Polymer, 45, 6495−6505(2004)
3.Macromolecules, 33, 2424−2436(2000)
4.Macromolecules, 33, 6945−6952(2000)
分岐指数(g’)の算出
分岐指数(g’)は、サンプルを上記Viscometerで測定して得られる極限粘度([η]br)と、別途、線形ポリマーを測定して得られる極限粘度([η]lin)との比([η]br/[η]lin)として算出する。ポリマー分子に長鎖分岐が導入されると、同じ分子量の線形のポリマー分子と比較して慣性半径が小さくなる。慣性半径が小さくなると極限粘度が小さくなることから、長鎖分岐が導入されるに従い同じ分子量の線形ポリマーの極限粘度([η]lin)に対する分岐ポリマーの極限粘度([η]br)の比([η]br/[η]lin)は小さくなっていく。したがって分岐指数(g’=[η]br/[η]lin)が1より小さい値になる場合には分岐が導入されていることを意味する。ここで、[η]linを得るための線状ポリマーとしては市販のホモポリプロピレン(日本ポリプロ社製ノバテック(登録商標)PP グレード名:FY6)を用いる。
[(X−v):温度上昇溶解度分別(TREF)による40℃以下可溶成分量]
本発明に用いる分岐構造を有するポリプロピレン樹脂(X)は、立体規則性が高く、製品となったときにベタツキやブリードアウトの原因となる低結晶性成分が少ないことが好ましい。この低結晶性成分に関しては、温度上昇溶解度分別法(TREF)の40℃可溶分によって評価され、それが成分(X)全量に対して3.0重量%以下であることが好ましく、より好ましくは2.0重量%以下であり、更に好ましくは1.0重量%以下あり、特に好ましくは0.5重量%以下である。温度上昇溶解度分別法(TREF)の40℃可溶分は、下限については特に制限されないが、通常0.01以上、好ましくは0.03以上である。
昇温溶出分別(TREF)による溶出成分の測定法の詳細は、以下の通りである。
試料を140℃でオルトジクロロベンゼンに溶解し溶液とする。これを140℃のTREFカラムに導入した後、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40℃まで冷却後、10分間保持する。その後、溶媒であるオルトジクロロベンゼンを1mL/分の流速でカラムに流し、TREFカラム中で40℃のオルト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。
なお、TREF装置の細部は以下の通りである。
カラムサイズ:4.3mmφ×150mm
カラム充填材:100μm表面不活性処理ガラスビーズ
溶媒:オルトジクロロベンゼン
試料濃度:5mg/mL
試料注入量:0.1mL
溶媒流速:1mL/分
検出器:波長固定型赤外検出器、FOXBORO社製、MIRAN、1A
測定波長:3.42μm
[(X−vi):13C−NMRによるプロピレン単位3連鎖のmm分率]
本発明に用いる分岐構造を有するポリプロピレン樹脂(X)は立体規則性が高いことが好ましい。立体規則性の高さは13C−NMRによって評価することができ、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95.0%以上の立体規則性を有するものが好ましい。
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連鎖の割合であり、その上限は100%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チ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。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する傾向にある。従って、mm分率は、95.0%以上が好ましく、より好ましくは96.0%以上であり、さらに好ましくは97.0%以上である。なお、(X−v)及び(X−vi)は共に立体規則性に関連する特性であり、(X−v)及び(X−vi)を同時に満たしていることが特に好ましい。
なお、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℃においてプロトン完全デカップリング法で測定する。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に設定する。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
データポイント数:32768
mm分率の解析は、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)を参考に行う。
なお、mm分率決定のより具体的な方法は、公知であり、特開2009−275207号公報の段落[0053]〜[0065]に詳細に記載されており、本発明においてもこの方法に従って行うものとする。
[分岐構造を有するポリプロピレン樹脂(X)の製造方法]
分岐構造を有するこのようなポリプロピレン樹脂(X)は、上記した(X−i)〜(iii)の物性を満たす限り、特に製造方法を限定するものではないが、前述のように、比較的広い分子量分布、高い溶融張力等の全ての条件を満足するための好ましい製造方法は、メタロセン触媒の組み合わせを利用したマクロマー共重合法を用いる方法である。このような方法の例としては、例えば特開2009−57542号公報に開示される方法が挙げられる。
この手法は、マクロマー生成能力を有する特定の構造の触媒成分と、高分子量でマクロマー共重合能力を有する特定の構造の触媒成分と組み合わせた触媒を用いて分岐構造を有するポリプロピレンを製造する方法であり、これによれば、バルク重合や気相重合といった工業的に有効な方法で、特に実用的な圧力温度条件下の単段重合で、しかも、分子量調整剤である水素を用いて、目的とする物性を有する分岐構造を有するポリプロピレン樹脂の製造が可能である。
また、従来は、立体規則性の低いポリプロピレン成分を使用して結晶性を落とすことによって、分岐生成効率を高めなければならなかったが、上記の方法では、充分に立体規則性の高いポリプロピレン成分を、側鎖に簡便な方法で導入することが可能であり、本発明に用いるポリプロピレン樹脂(X)として好ましい、高い立体規則性と低い低結晶性成分量に係る(X−v)及び(X−vi)の特性を満足するのに好適である。
また、上記手法を用いれば、重合特性の大きく異なる二種の触媒を使用することで分子量分布を広くでき、本発明に用いる分岐構造を有するポリプロピレン樹脂(X)に必要な(X−i)〜(iii)の特性を同時に満たすことが可能であり、好ましい。
そこで、以下に、本発明に使用される分岐構造を有するポリプロピレン樹脂(X)の好ましい製造法について詳細に記載する。
分岐構造を有するポリプロピレン樹脂(X)を製造する好ましい方法として、プロピレン重合触媒に下記の触媒成分(A)、(B)および(C)を用いるプロピレン系重合体の製造方法が挙げられる。
(A):下記一般式(a1)で表される化合物である成分[A−1]から少なくとも1種類、および下記一般式(a2)で表される化合物である成分[A−2]から少なくとも1種類を選んだ2種以上の周期律表4族の遷移金属化合物。
成分[A−1]:一般式(a1)で表される化合物
成分[A−2]:一般式(a2)で表される化合物
(B):イオン交換性層状珪酸塩
(C):有機アルミニウム化合物
以下、触媒成分(A)、(B)および(C)について、詳細に説明する。
(1)触媒成分(A)
(i)成分[A−1]:一般式(a1)で表される化合物
Figure 2013010890
(一般式(a1)中、各々R11およびR12は、独立して、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、ハロゲン、ケイ素、酸素、硫黄、窒素、ホウ素、リン又はこれらから選択される複数のヘテロ元素を含有してもよい炭素数6〜16のアリール基、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としては、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の炭素数6〜16の、ハロゲン、ケイ素、酸素、硫黄、窒素、ホウ素、リン、あるいは、これらから選択される複数のヘテロ元素を含有してもよいアリール基としては、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−メチルフェニル基、4−iプロピルフェニル基、4−tブチルフェニル基、4−トリメチルシリルフェニル基、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−iプロピルフェニル基、4−tブチルフェニル基、4−トリメチルシリルフェニル基、4−クロロフェニル基である。また、R13およびR14が互いに同一である場合が好ましい。
一般式(a1)中、X11およびY11は、補助配位子であり、触媒成分(B)の助触媒と反応して、オレフィン重合能を有する活性なメタロセンを生成させる。したがって、この目的が達成される限り、X11とY11は、配位子の種類が制限されるものではなく、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、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数1〜20のアルキルアミド基、トリフルオロメタンスルホン酸基、炭素数1〜20のリン含有炭化水素基を示す。
一般式(a1)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またはゲルミレン基の何れかを示す。上述の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(a1)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。
ジクロロ[1,1’−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、ジクロロ[1,1’−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、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−メチル−2−フリル)−4−フェニル−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジフェニルシリレンビス{2−(5−メチル−2−フリル)−4−フェニル−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルゲルミレンビス{2−(5−メチル−2−フリル)−4−フェニル−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルゲルミレンビス{2−(5−メチル−2−チエニル)−4−フェニル−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−t−ブチル−2−フリル)−4−フェニル−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−トリメチルシリル−2−フリル)−4−フェニル−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−フェニル−2−フリル)−4−フェニル−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(4,5−ジメチル−2−フリル)−4−フェニル−インデニル}]ハフニウムジクロライド、ジクロロ[1,1’−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、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−メチル−2−フリル)−4−(4−メチルフェニル)−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−メチル−2−フリル)−4−(4−iプロピルフェニル)−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−メチル−2−フリル)−4−(4−トリメチルシリルフェニル)−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−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、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−メチル−2−フリル)−4−(4−クロロフェニル)−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−メチル−2−フリル)−4−(4−フルオロフェニル)−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−メチル−2−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、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−メチル−2−フリル)−4−(4−t−ブチルフェニル)−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−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、ジクロロ[1,1’−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、ジクロロ[1,1’−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、ジクロロ[1,1’−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、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−メチル−2−フリル)−4−(1−ナフチル)−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−メチル−2−フリル)−4−(2−ナフチル)−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−メチル−2−フリル)−4−(2−フェナンスリル)−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−メチル−2−フリル)−4−(9−フェナンスリル)−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−t−ブチル−2−フリル)−4−(1−ナフチル)−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−t−ブチル−2−フリル)−4−(2−ナフチル)−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−t−ブチル−2−フリル)−4−(2−フェナンスリル)−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−t−ブチル−2−フリル)−4−(9−フェナンスリル)−インデニル}]ハフニウム、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、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−メチル−2−フリル)−4−フェニル−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−メチル−2−フリル)−4−(4−メチルフェニル)−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−メチル−2−フリル)−4−(4−iプロピルフェニル)−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−メチル−2−フリル)−4−(4−トリメチルシリルフェニル)−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−メチル−2−フリル)−4−(4−クロロフェニル)−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−メチル−2−フリル)−4−(2−ナフチル)−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−メチル−2−フリル)−4−(4−t−ブチルフェニル)−インデニル}]ハフニウム、である。
また、特に好ましいのは、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−メチル−2−フリル)−4−フェニル−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−メチル−2−フリル)−4−(4−iプロピルフェニル)−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−メチル−2−フリル)−4−(4−トリメチルシリルフェニル)−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−メチル−2−フリル)−4−(4−t−ブチルフェニル)−インデニル}]ハフニウム、である。
(ii)成分[A−2]:一般式(a2)で表される化合物
Figure 2013010890
(一般式(a2)中、各々R21およびR22は、独立して、炭素数1〜6の炭化水素基であり、R23およびR24は、それぞれ独立して、ハロゲン、ケイ素、酸素、硫黄、窒素、ホウ素、リン又はこれらから選択される複数のヘテロ元素を含有してもよい炭素数6〜16のアリール基である。X21およびY21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、Q21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またはゲルミレン基を表す。M21は、ジルコニウムまたはハフニウムである。)
上記R21およびR22は、それぞれ独立して、炭素数1〜6の炭化水素基であり、好ましくはアルキル基であり、さらに好ましくは炭素数1〜4のアルキル基である。具体的な例としては、メチル、エチル、n−プロピル、i−プロピル、n−ブチル、i−ブチル、sec−ブチル、n−ペンチル、i−ペンチル、n−ヘキシル等が挙げられ、好ましくはメチル、エチル、n−プロピルである。
また、上記R23およびR24は、それぞれ独立して、炭素数6〜16の、好ましくは炭素数6〜12 の、ハロゲン、ケイ素、あるいは、これらから選択される複数のヘテロ元素を含有してもよいアリール基である。好ましい例としてはフェニル、3−クロロフェニル、4−クロロフェニル、3−フルオロフェニル、4−フルオロフェニル、4−メチルフェニル、4−i−プロピルフェニル、4−t−ブチルフェニル、4−トリメチルシリルフェニル、4−(2−フルオロ−4−ビフェニリル)、4−(2−クロロ−4−ビフェニリル)、1−ナフチル、2−ナフチル、4−クロロ−2−ナフチル、3−メチル−4−トリメチルシリルフェニル、3,5−ジメチル−4−t−ブチルフェニル、3,5−ジメチル−4−トリメチルシリルフェニル、3,5−ジクロロ−4−トリメチルシリルフェニル等が挙げられる。
また、上記X21およびY21は、補助配位子であり、触媒成分(B)の助触媒と反応してオレフィン重合能を有する活性なメタロセンを生成させる。したがって、この目的が達成される限りX21およびY21は、配位子の種類が制限されるものではなく、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、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数1〜20のアルキルアミド基、トリフルオロメタンスルホン酸基、炭素数1〜20のリン含有炭化水素基を示す。
また、上記Q21は、二つの共役五員環配位子を架橋する結合性基であり、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または炭素数1〜20の炭化水素基を有するゲルミレン基であり、好ましくは置換シリレン基あるいは置換ゲルミレン基である。
ケイ素、ゲルマニウムに結合する置換基は、炭素数1〜12の炭化水素基が好ましく、二つの置換基が連結していてもよい。具体的な例としては、メチレン、ジメチルメチレン、エチレン−1,2−ジイル、ジメチルシリレン、ジエチルシリレン、ジフェニルシリレン、メチルフェニルシリレン、9−シラフルオレン−9,9−ジイル、ジメチルシリレン、ジエチルシリレン、ジフェニルシリレン、メチルフェニルシリレン、9−シラフルオレン−9,9−ジイル、ジメチルゲルミレン、ジエチルゲルミレン、ジフェニルゲルミレン、メチルフェニルゲルミレン等が挙げられる。
さらに、上記M21は、ジルコニウムまたはハフニウムであり、好ましくはハフニウムである。
上記一般式(a2)で表されるメタロセン化合物の非限定的な例として、下記のものを挙げることができる。
ただし、以下は、煩雑な多数の例示を避けて代表的例示化合物のみ記載しており、本発明はこれら化合物に限定して解釈されるものではなく、種々の配位子や架橋結合基あるいは補助配位子を任意に使用しうることは自明である。また中心金属がハフニウムの化合物を記載したが、ジルコニウムに代替した化合物も本願明細書に開示されたものとして取り扱われる。
ジクロロ{1,1’−ジメチルシリレンビス(2−メチル−4−フェニル−4−ヒドロアズレニル)}ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−メチル−4−(4−クロロフェニル)−4−ヒドロアズレニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−メチル−4−(4−t−ブチルフェニル)−4−ヒドロアズレニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−メチル−4−(4−トリメチルシリルフェニル)−4−ヒドロアズレニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−メチル−4−(3−クロロ−4−t−ブチルフェニル)−4−ヒドロアズレニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−メチル−4−(3−メチル−4−t−ブチルフェニル)−4−ヒドロアズレニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−メチル−4−(3−クロロ−4−トリメチルシリルフェニル)−4−ヒドロアズレニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−メチル−4−(3−メチル−4−トリメチルシリルフェニル)−4−ヒドロアズレニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−メチル−4−(1−ナフチル)−4−ヒドロアズレニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−メチル−4−(2−ナフチル)−4−ヒドロアズレニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−メチル−4−(4−クロロ−2−ナフチル)−4−ヒドロアズレニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−メチル−4−(2−フルオロ−4−ビフェニリル)−4−ヒドロアズレニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−メチル−4−(2−クロロ−4−ビフェニリル)−4−ヒドロアズレニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−メチル−4−(9−フェナントリル)−4−ヒドロアズレニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−エチル−4−(4−クロロフェニル)−4−ヒドロアズレニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−n−プロピル−4−(3−クロロ−4−トリメチルシリルフェニル)−4−ヒドロアズレニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−エチル−4−(3−クロロ−4−t−ブチルフェニル)−4−ヒドロアズレニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−エチル−4−(3−メチル−4−トリメチルシリルフェニル)−4−ヒドロアズレニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルゲルミレンビス{2−メチル−4−(2−フルオロ−4−ビフェニリル)−4−ヒドロアズレニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルゲルミレンビス{2−メチル−4−(4−t−ブチルフェニル)−4−ヒドロアズレニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−(9−シラフルオレン−9,9−ジイル)ビス{2−エチル−4−(4−クロロフェニル)−4−ヒドロアズレニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−エチル−4−(4−クロロ−2−ナフチル)−4−ヒドロアズレニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−エチル−4−(2−フルオロ−4−ビフェニリル)−4−ヒドロアズレニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−(9−シラフルオレン−9,9−ジイル)ビス{2−エチル−4−(3,5−ジクロロ−4−トリメチルシリルフェニル)−4−ヒドロアズレニル}]ハフニウム、などが挙げられる。
これらの中で好ましくは、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−メチル−4−(4−クロロフェニル)−4−ヒドロアズレニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−メチル−4−(3−クロロ−4−トリメチルシリルフェニル)−4−ヒドロアズレニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−エチル−4−(2−フルオロ−4−ビフェニリル)−4−ヒドロアズレニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−エチル−4−(4−クロロ−2−ナフチル)−4−ヒドロアズレニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−エチル−4−(3−メチル−4−トリメチルシリルフェニル)−4−ヒドロアズレニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−(9−シラフルオレン−9,9−ジイル)ビス{2−エチル−4−(3,5−ジクロロ−4−トリメチルシリルフェニル)−4−ヒドロアズレニル}]ハフニウム、である。
また、特に好ましくは、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−メチル−4−(4−クロロフェニル)−4−ヒドロアズレニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−エチル−4−(2−フルオロ−4−ビフェニリル)−4−ヒドロアズレニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−エチル−4−(3−メチル−4−トリメチルシリルフェニル)−4−ヒドロアズレニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−(9−シラフルオレン−9,9−ジイル)ビス{2−エチル−4−(3,5−ジクロロ−4−トリメチルシリルフェニル)−4−ヒドロアズレニル}]ハフニウム、である。
(2)触媒成分(B)
ポリプロピレン樹脂(X)を製造するのに好ましく使用される触媒成分(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
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、かつ、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るため、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)が含まれることが多いが、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、触媒成分(B)に含まれる。
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く、また、それらを含んでもよい。
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(1995年)に記載されている次のような層状珪酸塩が挙げられる。
すなわち、モンモリロナイト、ザウコナイト、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、バーミキュライト等のバーミキュライト族、雲母、イライト、セリサイト、海緑石等の雲母族、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、緑泥石群等である。
珪酸塩は、主成分の珪酸塩が2:1型構造を有する珪酸塩であることが好ましく、スメクタイト族であることが更に好ましく、モンモリロナイトが特に好ましい。層間カチオンの種類は、特に限定されないが、工業原料として比較的容易に且つ安価に入手し得る観点から、アルカリ金属あるいはアルカリ土類金属を層間カチオンの主成分とする珪酸塩が好ましい。
(ii)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、化学処理を施すことが好ましい。ここでイオン交換性層状珪酸塩の化学処理とは、表面に付着している不純物を除去する表面処理と粘土の構造に影響を与える処理のいずれをも用いることができ、具体的には、酸処理、アルカリ処理、塩類処理、有機物処理等が挙げられる。
<酸処理>:
酸処理は、表面の不純物を取り除くほか、結晶構造のAl、Fe、Mg、等の陽イオンの一部また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は、好ましくは塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、酢酸、シュウ酸から選択される。
処理に用いる塩類(次項で説明する)および酸は、2種以上であってもよい。塩類および酸による処理条件は、特には制限されないが、通常、塩類および酸濃度は、0.1〜50重量%、処理温度は、室温〜沸点、処理時間は、5分〜24時間の条件を選択して、イオン交換性層状珪酸塩から成る群より選ばれた少なくとも一種の化合物を構成している物質の少なくとも一部を溶出する条件で行うことが好ましい。また、塩類および酸は、一般的には水溶液で用いられる。
なお、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。
<塩類処理>:
塩類で処理される前の、イオン交換性層状珪酸塩の含有する交換可能な1族金属の陽イオンの40%以上、好ましくは60%以上を、下記に示す塩類より解離した陽イオンと、イオン交換することが好ましい。
このようなイオン交換を目的とした塩類処理で用いられる塩類は、1〜14族原子から成る群より選ばれた少なくとも一種の原子を含む陽イオンと、ハロゲン原子、無機酸および有機酸から成る群より選ばれた少なくとも一種の陰イオンとから成る化合物であり、更に好ましくは、2〜14族原子から成る群より選ばれた少なくとも一種の原子を含む陽イオンとCl、Br、I、F、PO、SO、NO、CO、C、ClO、OOCCH、CHCOCHCOCH、OCl、O(NO、O(ClO、O(SO)、OH、OCl、OCl、OOCH、OOCCHCH、CおよびCから成る群から選ばれる少なくとも一種の陰イオンとから成る化合物である。
このような塩類の具体例としては、LiF、LiCl、LiBr、LiI、LiSO、Li(CHCOO)、LiCO、Li(C)、LiCHO、LiC、LiClO、LiPO、CaCl、CaSO、CaC、Ca(NO、Ca(C、MgCl、MgBr、MgSO、Mg(PO、Mg(ClO、MgC、Mg(NO、Mg(OOCCH、MgC等が挙げられる。
また、Ti(OOCCH、Ti(CO、Ti(NO、Ti(SO、TiF、TiCl、Zr(OOCCH、Zr(CO、Zr(NO、Zr(SO、ZrF、ZrCl、ZrOCl、ZrO(NO、ZrO(ClO、ZrO(SO)、HF(OOCCH、HF(CO、HF(NO、HF(SO、HFOCl、HFF、HFCl、V(CHCOCHCOCH、VOSO、VOCl、VCl、VCl、VBr等が挙げられる。
また、Cr(CHCOCHCOCH、Cr(OOCCHOH、Cr(NO、Cr(ClO、CrPO、Cr(SO、CrOCl、CrF、CrCl、CrBr、CrI、Mn(OOCCH、Mn(CHCOCHCOCH、MnCO、Mn(NO、MnO、Mn(ClO、MnF、MnCl、Fe(OOCCH、Fe(CHCOCHCOCH、FeCO、Fe(NO、Fe(ClO、FePO、FeSO、Fe(SO、FeF、FeCl、FeC等が挙げられる。
また、Co(OOCCH、Co(CHCOCHCOCH、CoCO、Co(NO、CoC、Co(ClO、Co(PO、CoSO、CoF、CoCl、NiCO、Ni(NO、NiC、Ni(ClO、NiSO、NiCl、NiBr等が挙げられる。
さらに、Zn(OOCCH、Zn(CHCOCHCOCH、ZnCO、Zn(NO、Zn(ClO、Zn(PO、ZnSO、ZnF、ZnCl、AlF、AlCl、AlBr、AlI、Al(SO、Al(C、Al(CHCOCHCOCH、Al(NO、AlPO、GeCl、GeBr、GeI等が挙げられる。
<アルカリ処理>:
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。アルカリ処理で用いられる処理剤としては、LiOH、NaOH、KOH、Mg(OH)、Ca(OH)、Sr(OH)、Ba(OH)などが例示される。
<有機物処理>:
また、有機物処理に用いら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、N,N−ジメチルアニリニウム、トリフェニルホスホニウム、等が挙げられる。
また、有機物処理剤を構成する陰イオンとしては、塩類処理剤を構成する陰イオンとして例示した陰イオン以外にも、例えばヘキサフルオロフォスフェート、テトラフルオロボレート、テトラフェニルボレートなどが例示されるが、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。
これらイオン交換性層状珪酸塩には、通常、吸着水および層間水が含まれる。本発明においては、これらの吸着水および層間水を除去して触媒成分(B)として使用するのが好ましい。
イオン交換性層状珪酸塩の吸着水および層間水の加熱処理方法は、特に制限されないが、層間水が残存しないように、また、構造破壊を生じないよう条件を選ぶことが必要である。加熱時間は0.5時間以上、好ましくは1時間以上である。その際、除去した後の触媒成分(B)の水分含有率が、温度200℃、圧力1mmHgの条件下で2時間脱水した場合の水分含有率を0重量%とした時、3重量%以下、好ましくは1重量%以下、であることが好ましい。
以上のように、本発明において、触媒成分(B)として、特に好ましいものは、塩類処理および/または酸処理を行って得られた、水分含有率が3重量%以下の、イオン交換性層状珪酸塩である。
イオン交換性層状珪酸塩は、触媒形成または触媒として使用する前に、後述する有機アルミニウム化合物の触媒成分(C)で処理を行うことが可能で、好ましい。イオン交換性層状珪酸塩1gに対する触媒成分(C)の使用量に制限は無いが、通常20mmol以下、好ましくは0.5mmol以上、10mmol以下で行う。処理温度や時間の制限は無く、処理温度は、通常0℃以上、70℃以下、処理時間は10分以上、3時間以下で行う。処理後に洗浄することも可能で、好ましい。溶媒は後述する予備重合やスラリー重合で使用する溶媒と同様の炭化水素溶媒を使用する。
また、触媒成分(B)は、平均粒径が5μm以上の球状粒子を用いるのが好ましい。粒子の形状が球状であれば、天然物あるいは市販品をそのまま使用してもよいし、造粒、分粒、分別等により粒子の形状および粒径を制御したものを用いてもよい。
ここで用いられる造粒法は、例えば攪拌造粒法、噴霧造粒法が挙げられるが、市販品を利用することもできる。
また、造粒の際に、有機物、無機溶媒、無機塩、各種バインダ−を用いてもよい。
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の生成を抑制するためには0.2MPa以上、特に好ましくは0.5MPa以上の圧縮破壊強度を有することが望ましい。このような粒子強度の場合には、特に予備重合を行う場合に、粒子性状改良効果が有効に発揮される。
(3)触媒成分(C)
触媒成分(C)は、有機アルミニウム化合物である。触媒成分(C)として用いられる有機アルミニウム化合物は、一般式:(AlR31 3−q で示される化合物が適当である。
本発明では、この式で表される化合物を単独で、複数種混合してあるいは併用して使用することができることは言うまでもない。この式中、R31は、炭素数1〜20の炭化水素基を示し、Zは、ハロゲン、水素、アルコキシ基、アミノ基を示す。qは1〜3の、pは1〜2の整数を各々表す。R31としては、アルキル基が好ましく、またZは、それがハロゲンの場合には塩素が、アルコキシ基の場合には炭素数1〜8のアルコキシ基が、アミノ基の場合には炭素数1〜8のアミノ基が、好ましい。
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、p=1、q=3のトリアルキルアルミニウムおよ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、R31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)触媒の形成・予備重合について
触媒は、上記の各触媒成分(A)〜(C)を(予備)重合槽内で、同時にもしくは連続的に、あるいは一度にもしくは複数回にわたって、接触させることによって形成させることができる。
各成分の接触は、脂肪族炭化水素あるいは芳香族炭化水素溶媒中で行うのが普通である。接触温度は、特に限定されないが、−20℃から150℃の間で行うのが好ましい。接触順序としては、合目的的な任意の組み合わせが可能であるが、特に好ましいものを各成分について示せば、次の通りである。
触媒成分(C)を使用する場合、触媒成分(A)と触媒成分(B)を接触させる前に、触媒成分(A)と、あるいは触媒成分(B)と、または触媒成分(A)および触媒成分(B)の両方に触媒成分(C)を接触させること、または、触媒成分(A)と触媒成分(B)を接触させるのと同時に触媒成分(C)を接触させること、または、触媒成分(A)と触媒成分(B)を接触させた後に触媒成分(C)を接触させることが可能であるが、好ましくは、触媒成分(A)と触媒成分(B)を接触させる前に、触媒成分(C)といずれかに接触させる方法である。
また、各成分を接触させた後、脂肪族炭化水素あるいは芳香族炭化水素溶媒にて洗浄することが可能である。
使用する触媒成分(A)、(B)および(C)の使用量は任意である。例えば、触媒成分(B)に対する触媒成分(A)の使用量は、触媒成分(B)1gに対し、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。また触媒成分(A)に対する触媒成分(C)の量は、遷移金属のモル比で、好ましくは0.01〜5×10、特に好ましくは0.1〜1×10の範囲内が好ましい。
本発明で使用する前記成分[A−1](一般式(a1)で表される化合物)と前記成分[A−2](一般式(a1)で表される化合物)の割合は、プロピレン系重合体の前記特性を満たす範囲において任意であるが、各成分[A−1]と[A−2]の合計量に対する[A−1]の遷移金属のモル比で、好ましくは0.30以上、0.99以下である。
この割合を変化させることで、溶融物性と触媒活性のバランスを調整することが可能である。つまり、成分[A−1]からは、低分子量の末端ビニルマクロマーを生成し、成分[A−2]からは、一部マクロマーを共重合した高分子量体を生成する。したがって、成分[A−1]の割合を変化させることで、生成する重合体の平均分子量、分子量分布、分子量分布の高分子量側への偏り、非常に高い分子量成分、分岐(量、長さ、分布)を制御することができ、そのことにより、歪硬化度、溶融張力、溶融延展性といった溶融物性を制御することができる。
より高い歪硬化のプロピレン系重合体を製造するために、0.30以上が必要であり、好ましくは0.40以上であり、更に好ましくは0.5以上である。また、上限に関しては0.99以下であり、高い触媒活性で効率的にポリプロピレン樹脂(X)を得るためには、好ましくは0.95以下であり、更に好ましくは0.90以下の範囲である。
また、上記範囲で成分[A−1]を使用することにより、水素量に対する、平均分子量と触媒活性のバランスを調整することが可能である。
本発明に係る触媒は、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。予備重合処理を行うことにより、本重合を行った際に、ゲルの生成を防止できる。その理由としては、本重合を行った際の重合体粒子間で長鎖分岐が均一に分布させることができるためと考えられ、また、そのことにより溶融物性を向上することができる。
予備重合時に使用するオレフィンは、特に限定はないが、プロピレン、エチレン、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、予備重合ポリマー量が触媒成分(B)に対し、好ましくは0.01〜100、さらに好ましくは0.1〜50である。また、予備重合時に触媒成分(C)を添加、又は追加することもできる。また、予備重合終了後に洗浄することも可能である。
また、上記の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。
(5)触媒の使用/プロピレン重合について
重合様式は、前記触媒成分(A)、触媒成分(B)および触媒成分(C)を含む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、所謂バルク法、溶液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法などが採用できる。また、連続重合、回分式重合を行う方法も適用される。また、単段重合以外に、2段以上の多段重合することも可能である。
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。
また、重合温度は、0℃以上150℃以下である。特に、バルク重合を用いる場合には、40℃以上が好ましく、更に好ましくは50℃以上である。また上限は80℃以下が好ましく、更に好ましくは75度以下である。
さらに、気相重合を用いる場合には、40℃以上が好ましく、更に好ましくは50℃以上である。また上限は100℃以下が好ましく、更に好ましくは90℃以下である。
重合圧力は、1.0MPa以上5.0MPa以下であることが好ましい。特に、バルク重合を用いる場合には、1.5MPa以上が好ましく、更に好ましくは2.0MPa以上である。また上限は4.0MPa以下が好ましく、更に好ましくは3.5MPa以下である。
さらに、気相重合を用いる場合には、1.5MPa以上が好ましく、更に好ましくは1.7MPa以上である。また上限は2.5MPa以下が好ましく、更に好ましくは2.3MPa以下である。
さらに、分子量調節剤として、また活性向上効果のために、補助的に水素をプロピレンに対してモル比で1.0×10−6以上、1.0×10−2以下の範囲で用いることができる。
また、使用する水素の量を変化させることで、生成する重合体の平均分子量の他に、分子量分布、分子量分布の高分子量側への偏り、非常に高い分子量成分、分岐(量、長さ、分布)を制御することができ、そのことにより、歪硬化度、溶融張力、溶融延展性といった溶融物性を制御することができる。
そこで水素は、プロピレンに対するモル比で、1.0×10−6以上で用いるのがよく、好ましくは1.0×10−5以上であり、さらに好ましくは1.0×10−4以上用いるのがよい。また上限に関しては、1.0×10−2以下で用いるのがよく、好ましくは0.9×10−2以下であり、更に好ましくは0.8×10−2以下である。
また、プロピレンモノマー以外に、用途に応じて、プロピレンを除く炭素数2〜20のα−オレフィンコモノマー、例えば、エチレンおよび/又は1−ブテンをコモノマーとして使用する共重合をおこなってもよい。
そこで、本発明に用いるポリプロピレン樹脂(X)として、触媒活性と溶融物性のバランスのよいものを得るためには、エチレンおよび/又は1−ブテンを、プロピレンに対して15モル%以下で使用することが好ましく、より好ましくは10.0モル%以下であり、更に好ましくは7.0モル%以下である。
ここで例示した触媒、重合法を用いてプロピレンを重合すると、触媒成分[A−1]由来の活性種から、β−メチル脱離と一般に呼ばれる特殊な連鎖移動反応により、ポリマー片末端が主としてプロペニル構造を示し、所謂マクロマーが生成する。このマクロマーは、より高分子量を生成することができ、より共重合性がよい触媒成分[A−2]由来の活性種に取り込まれ、マクロマー共重合が進行すると考えられる。したがって、生成する分岐構造を有するポリプロピレン樹脂の分岐構造としては、櫛型鎖が主であると考えられる。
本発明に用いる分岐構造を有するポリプロピレン樹脂(X)の付加的な特徴として、伸長粘度の測定における歪硬化度(λmax)が6.0以上であることが挙げられる。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、発泡成形を行ったときに、独立気泡率を高くできる。この歪硬化度は、6.0以上であると独立気泡性をより高く保持することができ、好ましくは10.0以上である。歪硬化度(λmax)に上限を設定する必要性は特にないが、通常製造可能なものとして100以下である。
λmaxの算出方法の詳細を、以下に記す。
・λmax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する。具体的には、まず伸張粘度を時間に対してプロットした際の各々の時刻での傾きを求めるが、それに当っては伸張粘度の測定データは離散的であることを考慮し、種々の平均法を利用する。たとえば隣接データの傾きをそれぞれ求め、周囲数点の移動平均をとる方法等が挙げられる。伸張粘度は、低歪み量の領域では、単純増加関数となり次第に一定値に漸近し、歪み硬化がなければ充分な時間経過後にトルートン粘度に一致するが、歪み硬化のある場合には一般的に歪み量(=歪み速度×時間)1程度から、伸張粘度が時間と共に増大を始める。すなわち、上記傾きは低歪み領域では時間と共に減少傾向があるが、歪み量1程度から逆に増加傾向となり、伸張粘度を時間に対してプロットした際の曲線上に、変曲点が存在する。そこで歪み量が0.1〜2.5程度の範囲で、上記で求めた各々の時刻の傾きが最小値をとる点を求めてその点で接線を引き、直線を歪み量が4.0となるまで外挿する。歪み量4.0となるまでの伸長粘度ηの最大値(ηmax)を求め、また、その時間までの上記近似直線上の粘度をηlinとする。ηmax/ηlinを、λmaxと定義する。
本発明に用いる分岐構造を有するポリプロピレン樹脂(X)は、上に述べたように高立体規則性を有することが好ましく、それにより成形体の剛性の高いものを製造することが出来る。ポリプロピレン樹脂(X)はホモポリプロピレンであるか、または上に述べた種々の特性を満足する限り、少量のエチレンや1−ブテン、1−ヘキセン等のα−オレフォンその他のコモノマーとのポリプレン−α−オレフィン共重合体であってもよい。ポリプロピレ樹脂(X)がホモポリプロピレンである場合には結晶性が高く、融点が高くなるが、ポリプロピレ樹脂(X)がポリプレン−α−オレフィン共重合体である場合にも融点が高いことが好ましい。より具体的には示差走査熱量測定(DSC)によって得られた融点が145℃以上であることが好ましく、150℃以上がより好ましい。融点が145℃より高いと、製品の耐熱性の観点から好ましいが、ポリプロピレン樹脂(X)の融点は通常170℃以下である。なお、示差走査熱量測定(DSC)による融点の測定方法は以下のポリプロピレン系樹脂(Y)における方法と同様である。
<メタロセン触媒によって重合され、MFRが1〜20g/10分、示差走査熱量測定(DSC)によって得られた融点が110〜155℃、GPCによって求めた分子量分布Mw/Mnが2.0〜4.0の範囲である、ポリプロピレン系樹脂(Y)>
上記した分岐構造を有するポリプロピレン樹脂(X)とともに配合される成分(Y)としては、メタロセン触媒によって重合され、示差走査熱量測定(DSC)によって得られた融点が110〜155℃、MFRが1〜20g/10分、GPCによって求めた分子量分布Mw/Mnが2.0〜4.0の範囲である、ポリプロピレン系樹脂(Y)を用いる。
このような特性を有する成分(Y)をポリプロピレン樹脂(X)と配合することで、発泡シート成形時の成形加工特性が向上し、発泡シートの外観、独立気泡性が優れたものを製造することができる。
なお、融点は示差走査熱量測定(DSC)によって求められ、一旦200℃まで温度を上げて熱履歴を消去した後、10℃/分の降温速度で40℃まで温度を降下させ、再び昇温速度10℃/分にて測定した際の、吸熱ピークトップの温度とする。また、Mw/Mnは前述と同じ方法によって求める。
本発明に用いるポリプロピレン系樹脂(Y)はメタロセン触媒によって重合されたものである。メタロセン触媒によって重合されたポリプロピレン系樹脂は、従来公知のチーグラー・ナッタ触媒によって重合されたものよりも低融点のものを製造することが容易である。より低融点の材料を成分(X)と配合することで、発泡シート成形時の成形加工可能な温度範囲が、成分(X)単独で使用する場合に比べて、広くすることが可能であって、よって発泡シートの成形加工性が向上させることができる。従って、ポリプロピレン系樹脂(Y)の融点としては110〜155℃の一般的にポリプロピレン樹脂としては低融点の範囲であって、好ましくは115℃以上、より好ましくは120℃以上であり、一方、好ましくは145℃以下、より好ましくは、140℃以下である。従来公知のチーグラー・ナッタ触媒では、一般に融点が極めて低い樹脂の製造は困難であり、例え出来たとしても、本願発明の融点の範囲においては、結晶性分布が広くなるために非晶の成分の量が格段に増えるために、シートの剛性が必要以上に低下したり、発泡セルの固化の工程で好ましくない影響を及ぼし、発泡セルの形状を悪化させたり、連続気泡率を悪化させたりする場合がある。これが、本発明において、ポリプロピレン系樹脂(Y)を製造する触媒としてメタロセン触媒を使用する理由である。
ここで、チーグラー・ナッタ系触媒とは、たとえば「ポリプロピレンハンドブック」エドワード・P・ムーアJr.編著、保田哲男・佐久間暢翻訳監修、工業調査会(1998)の2.3.1節(20〜57ページ)に概説されているような触媒系のことであり、例えば、三塩化チタンとハロゲン化有機アルミニウムからなる三塩化チタニウム系触媒や、塩化マグネシウム、ハロゲン化チタン、電子供与性化合物を必須として含有する固体触媒成分と有機アルミニウムと有機珪素化合物からなるマグネシウム担持系触媒や、固体触媒成分を有機アルミニウムおよび有機珪素化合物を接触させて形成した有機珪素処理固体触媒成分に、有機アルミニウム化合物成分を組み合わせた触媒のことを指す。また、メタロセン触媒については、「ポリプロピレン樹脂(X)の製造方法」の説明において既に詳しく記述してある。上記の例示のうち、特に触媒成分(A)として成分(A−2)を用いたものがポリプロピレン系樹脂(Y)の製造には好ましく用いられる。
ポリプロピレン系樹脂(Y)のMFRの範囲は1〜20g/10分であり、この範囲を下回る場合には、押出機の負荷が課題になったり、ダイから押出された樹脂に流動不安定性が生じたり、逆に、上回る場合には、ネックインが大きくなったり、シート引き取りが困難になるなどの問題が生じる。好ましい範囲としては、2〜18g/10分、より好ましい範囲としては5〜15g/10分である。
ポリプロピレン系樹脂(Y)はメタロセン触媒によって重合されたものであるから、それを特徴付ける一つの指標としてのGPCによって求めた分子量分布Mw/Mnの狭いことが挙げられ、1.5〜4.0の範囲であることが必要である。逆に、あまりMw/Mnが小さいと、一般的に樹脂の流動、成形性が劣る。これらの点から、好ましくは1.8、2.0以上であり、一方、好ましくは3.5以下、より好ましくは3.0以下である。なお、ポリプロピレン系樹脂(Y)のMFRおよびGPCの測定手法はポリプロピレン系樹脂(X)に対しての方法と同じ方法によるものである。
メタロセン触媒によって重合されたポリプロピレン系樹脂(Y)は、1種のみでも2種以上を組み合わせ使用することもできる。メタロセン触媒によって重合されたポリプロピレン系樹脂(Y)としては以下の(Y−A)、(Y―B)を好適に用いることができる。また、(Y−A)と(Y−B)は併用してもよい。
(Y−A)メタロセン触媒によって重合され、コモノマーとして炭素数3を除く炭素数2〜10までのα−オレフォンを1〜5重量%の範囲((Y−A)を構成するモノマー単位全量に対して)で、好ましくは1.5〜4重量%の範囲で含む、プロピレン−α−オレフィンランダム共重合体。
(Y―B)メタロセン触媒によって逐次重合することによって得られ、第1工程でエチレン含量1〜5重量%のプロピレン−エチレンランダム共重合体成分を30〜70重量%重合し、第2工程で第1工程で製造された成分よりも5〜20重量%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を70〜30重量%逐次重合することで得られたプロピレン−エチレンランダムブロック共重合体。(ただし、それぞれの工程でのエチレン含量については、該工程で製造された共重合体成分を構成するモノマー単位全量を100重量%とするものである。それぞれの工程で得られた重合体量の割合については、第1工程と第2工程で得られた重合体の合計を100重量%とする。)
以下(Y−A)および(Y−B)についてより詳細に述べる。
(Y−A)はプロピレンを主成分とし、コモノマーとして炭素数3を除く炭素数2〜10までのα−オレフォンを1〜5重量%の範囲で共重合したプロピレン−α−オレフィンランダム共重合体であって、コモノマーのα−オレフィンの例としては、エチレン、1−ブテン、1−ヘキセン、3−メチル−ブテン−1、4−メチル−ペンテン−1、1−オクテン、1−デセン等が挙げられる。これらのうちの任意のコモノマーを用いて、融点が110〜155℃の範囲になるように、コモノマー量を調整すればよい。コモノマーとしては、複数の物を用いることも可能である。特に好ましいものはエチレンである。
さらに、(Y−A)の付加的な特徴としては、以下の(Y−i)〜(Y−ii)を満たすものを用いることが好ましい。
(Y−i)TREFによって得られる溶出曲線において、20重量%抽出される温度(T20)と80重量%抽出される温度(T80)との差(T80−T20)が10℃以下であること。
(Y−ii)TREFにおける40℃以下可溶成分量が5重量%以下であること
これらはいずれもメタロセン触媒を用いて製造された(Y−A)の結晶性分布が狭いことを特徴付けるものである。このような結晶性分布を有するものを(Y)として使用することが好ましい理由は既に述べたとおりである。なお、ポリプロピレン系樹脂(Y)のTREFの測定手法はポリプロピレン系樹脂(X)に対しての方法と同じ方法によるものである。
(Y−B)はメタロセン触媒によって逐次重合することによって得られ、第1工程でエチレン含量1〜5重量%のプロピレン−エチレンランダム共重合体成分を30〜99重量%重合し、第2工程で第1工程で製造された成分よりも5〜20重量%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を70〜1重量%逐次重合することで得られたプロピレン−エチレンランダムブロック共重合体である。
ここで用いるブロック共重合体という語は、当業者によって慣用的に使用されている、逐次重合法によって多段階の重合を行って得られたプロピレン系樹脂組成物の通称であって、各段階で重合された成分同士が化学結合によって結合された、いわゆる(リアル)ブロック共重合体あるいはグラフト共重合体とは異なるものである。多段階重合それぞれの工程で製造された成分は化学的には結合していないため、一般に、それぞれの成分の結晶性や分子量、または溶媒への溶解度等の差を利用して、結晶性分別や分子量分別、あるいは溶解度分別等の手法によって各工程で製造された成分それぞれを、分離することが可能である。
(Y−B)の第1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は実質的に(Y−A)において、コモノマーとしてエチレンを使用して得られたものと同じである。(Y―B)では更にこれに引き続いて逐次重合によって、第1工程で製造された成分よりも5〜20重量%多くの、好ましくは6〜15重量%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を製造する。
さらに(Y−B)の付加的な特徴としては、以下の(Y−iii)を満たすものが好ましい。
(Y−iii)角振動数1Hzでの固体粘弾性測定(DMA)において、樹脂のガラス転移に関わるtanδのピークが0℃以下に単峰で現れること
この特性を満たすことはすなわち、第1工程で製造された成分のガラス転移温度と第2工程で製造された成分のガラス転移温度が、実質的に同一となって一つの温度として検出されるということであって、二つの成分の相溶性が高く、実質的に均一相(相分離ブレンドあるいはヘテロファジックでない)の多段重合体であることを意味している。尚、固体粘弾性測定(DMA)は、本明細書の実施例において示す方法によって行うことができる。
(Y−A)及び(Y−B)を製造する具体例としては、上記の触媒成分(A)として成分[A−2]のみを使用した触媒成分(A)、(B)および(C)を用いるプロピレン系重合体の製造方法が挙げられる。
触媒の形成、予備重合、プロピレン(共)重合様式等はいずれも既に上記で記載した範囲を(成分[A−1]に関わる部分を除く)、特に制限なく利用し、ポリプロピレン系樹脂(Y)を製造することが出来る。
また、(Y―B)は2つの工程よりなる逐次重合によって製造されることを特徴とするが、その具体的な製造法や、樹脂のエチレン含量等の組成の決定法については、特開2005−132979号公報に詳細に述べられている手法を用いることが出来る。
ここでは(Y−B)の樹脂の組成の決定法について、極簡単に述べる。
(Y−B)の第1および第2工程それぞれで製造されたプロピレン−エチレンランダム共重合体の、(Y−B)中における重量割合については、重合時のマスバランス等から計算することが可能であるが、他の手法としては、TREFによる分離分析を挙げることが出来る。(Y−B)は上記のごとく、第1工程と第2工程で製造された成分が化学的に結合したものではなく、且つ、各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のエチレン含量が少なくとも5重量%異なっていることから、結晶性が異なり、TREFの手法を用いて分離して、定量することが可能である。(Y−B)中の第1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の(Y−B)中における割合は30重量%以上99重量%以下であり、(Y−B)中の第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の(Y−B)中における割合は1重量%以上70重量%以下である。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の(Y−B)中における割合が70重量%を超えるものでは、樹脂の結晶性が低下するために、ベトツキや付着の問題が生じ、製造が困難となるため好ましくない。(Y−B)中における割合が1重量%を下回るものは、実質的に(Y−A)と同じものである。
(Y−B)の第1工程で製造されたプロピレン−エチレンランダム共重合体のエチレン含量については、第1工程終了後、第2工程の重合を開始する前に、一部のポリマーを抜き出しておいて、例えば「高分子分析ハンドブック」(日本分析化学会高分子分析懇談会編、紀伊國屋書店、1995)等で公知のIR法や13C−NMR法等で分析することで決定できる。あるいは、あらかじめ第1工程のみの製造工程によって、エチレン含量の異なる樹脂を何点か製造しておいて、これらを分析することで、エチレン含量に対する融点の相関式を作成しておき、(Y−B)の融点の値から第1工程でのエチレン含量を求めることも可能である。
(Y−B)の第2工程で製造されたプロピレン−エチレンランダム共重合体のエチレン含量については、第1工程で製造されたプロピレン−エチレンランダム共重合体のエチレン含量と、第1および第2工程それぞれで製造されたプロピレン−エチレンランダム共重合体の(Y−B)中における重量割合、および(Y−B)全体のエチレン含量がわかれば、単純な加成則を適用することで計算にて求めることができる。
メタロセン触媒によって重合されたポリプロピレン系樹脂(Y)は、分岐構造を有するポリプロピレン樹脂(X)90〜10重量%に対して、10〜90重量%の範囲で配合する。このようにすることで、流動性やシートの延伸特性を改良することが出来、発泡倍率5.0倍までの押出発泡成形において好適に使用可能な樹脂組成物を得ることが出来る。
好ましい組成の範囲としては、成分(X)80〜20重量%、成分(Y)20〜80重量%、更に好ましい範囲は、成分(X)70〜30重量%、成分(Y)30〜70重量%の範囲である。
尚、以上で挙げた成分(X)と成分(Y)の中には、成分(X)とも、成分(Y)とも解されうるものが含まれうる。このような、成分(X)とも、成分(Y)とも解されうるものについては、少なくとも異なる2種類の成分(X)と成分(Y)との両方を含み、かつ成分(X)と成分(Y)との合計100重量%対し、成分(X)が90〜10重量%、成分(Y)が90〜10重量%であることの条件を満たした上で、以下に説明するように成分(X)と成分(Y)が決められる。
例えば、2種類のポリプロピレンaとポリプロピレンbがあり、ポリプロピレンaが成分(X)と成分(Y)との両方に該当し、かつポリプロピレンbが成分(X)のみに該当する場合には、ポリプロピレンbを成分(X)とみなし、ポリプロピレンaを成分(Y)とみなすこととする。また、逆に、ポリプロピレンaが成分(X)のみに該当し、ポリプロピレンbが成分(X)と成分(Y)との両方に該当する場合には、ポリプロピレンaを成分(X)とみなし、ポリプロピレンbを成分(Y)とみなすこととする。
更に、2種類のポリプロピレンaとbがあり、その両方が成分(X)とも成分(Y)とも解される場合には、Mw/Mnの値が高い方を成分(X)、Mw/Mnの値が低い方を成分(Y)とみなすこととする。
<発泡剤>
本発明の樹脂組成物には、さらに発泡剤を配合することも好ましい。
発泡剤は、プラスチックやゴム等に使用されている公知公用の発泡剤を本発明の効果を損なわない限りにおいて問題なく使用できる。物理発泡剤、分解性発泡剤(化学発泡剤)、熱膨張剤を含有させたマイクロカプセル等、従来から使用されている発泡剤が使用される。
物理発泡剤として、例えばプロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサンなどの脂肪族炭化水素、シクロペンタン、シクロヘキサンなどの脂環式炭化水素、クロロジフルオロメタン、ジフルオロメタン、トリフルオロメタン、トリクロロフルオロメタン、ジクロロジフルオロメタン、クロロメタン、ジクロロメタン、クロロエタン、ジクロロトリフルオロエタン、ジクロロフルオロエタン、クロロジフルオロエタン、ジクロロペンタフルオロエタン、テトラフルオロエタン、ジフルオロエタン、ペンタフルオロエタン、トリフルオロエタン、トリクロロトリフルオロエタン、ジクロロテトラフルオロエタン、クロロペンタフルオロエタン、パーフルオロシクロブタンなどのハロゲン化炭化水素、水、炭酸ガス、窒素などの無機ガスなどの1種または2種以上の組合せが挙げられる。
なかでも、プロパン、ブタン、ペンタンのような脂肪族炭化水素および炭酸ガスが、安価かつポリプロピレン樹脂(X)への溶解性が高いという点から好ましい。例えば、炭酸ガスは7.4MPa以上、31℃以上で超臨界状態となり、重合体への拡散、溶解性に優れた状態になる。
物理発泡剤によるポリプロピレン系発泡シートを得るに際しては、必要に応じて気泡調整剤を使用することができる。気泡調整剤としては、炭酸アンモニウム、重曹、重炭酸アンモニウム、亜硝酸アンモニウム等の無機系分解性発泡剤、アゾジカルボンアミド、アゾビスイソブチロニトリルおよびジアゾアミノベンゼン等のアゾ化合物、N,N′−ジニトロソペンタンメチレンテトラミンおよびN,N′−ジメチル−N,N′−ジニトロソテレフタルアミド等のニトロソ化合物、ベンゼンスルホニルヒドラジド、p−トルエンスルホニルヒドラジド、p,p′−オキシビスベンゼンスルホニルセミカルバジド、p−トルエンスルホニルセミカルバジド、トリヒドラジノトリアジン、バリウムアゾジカルボキシレート等の分解性発泡剤、タルク、シリカ等の無機粉末、多価カルボン酸等の酸性塩、多価カルボン酸と炭酸ナトリウム又は重曹との反応混合物等が挙げられ、これらは単独でも組み合わすこともできる。
また、分解性発泡剤(化学発泡剤)によりポリプロピレン系発泡シートを得るに際しては、分解性発泡剤(化学発泡剤)として、例えば重炭酸ソーダとクエン酸などの有機酸の混合物、アゾジカルボンアミド、アゾジカルボン酸バリウムなどのアゾ系発泡剤、N,N’−ジニトロソペンタメチレンテトラミン、N,N’−ジメチル−N,N’−ジニトロソテレフタルアミドなどのニトロソ系発泡剤、p,p’−オキシビスベンゼンスルホニルヒドラジド、p−トルエンスルホニルセミカルバジドなどのスルホヒドラジド系発泡剤、トリヒドラジノトリアジンなどが挙げられる。
発泡剤の配合量は、成分(X)と成分(Y)の合計100重量部に対し、好ましくは0.05〜6.0重量部の範囲であり、より好ましくは0.05〜3.0重量部、さらに好ましくは0.5〜2.5重量部、特に好ましくは1.0〜2.0重量部である。
発泡剤の配合量が6.0重量部より著しく多いと、過発泡となり発泡セルの均一微細化が困難となり、一方、発泡剤の配合量が0.05重量部より著しく少ないと、発生するガス量が少なく好ましくない。
また、気泡調整剤を使用する際には、気泡調節剤の配合量は、成分(X)と成分(Y)の合計100重量部に対して、純分で0.01〜5重量部の範囲とすることが好ましい。
<その他の配合剤>
本発明のプロピレン系樹脂組成物には、前記成分(X)、成分(Y)および発泡剤、必要に応じて気泡調整剤の他に、他の重合体、酸化防止剤、中和剤、光安定剤、紫外線吸収剤、無機充填剤、滑剤、帯電防止剤、金属不活性剤などの各種添加剤を、本発明の目的を損なわない範囲で配合することができる。
他の重合体としては、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、ポリプロピレン、プロピレン−α−オレフィンコポリマー、ポリ−4−メチル−ペンテン−1等のα−ポリオレフィン、エチレン−プロピレンエラストマー等のオレフィン系エラストマー、またはこれらと共重合可能な他の単量体、例えば酢酸ビニル、塩化ビニル、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸エステル等の共重合体および混合物等を挙げることができる。
酸化防止剤としては、フェノール系酸化防止剤、フォスファイト系酸化防止剤およびチオ系酸化防止剤などが例示でき、中和剤としては、ステアリン酸カルシウムやステアリン酸亜鉛などの高級脂肪酸塩類が例示でき、光安定剤および紫外線吸収剤としては、ヒンダードアミン類、ニッケル錯化合物、ベンゾトリアゾール類、ベンゾフェノン類などが例示できる。
また、無機充填剤としては、炭酸カルシウム、シリカ、ハイドロタルサイト、ゼオライト、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸マグネシウムなどが例示でき、滑剤としては、ステアリン酸アマイドなどの高級脂肪酸アマイド類が例示できる。
更に、帯電防止剤としては、グリセリン脂肪酸モノエステルなどの脂肪酸部分エステル類が例示でき、金属不活性剤としては、トリアジン類、フォスフォン類、エポキシ類、トリアゾール類、ヒドラジド類、オキサミド類などが例示できる。
<プロピレン系樹脂組成物の調製方法>
本発明で使用されるプロピレン系樹脂組成物の調製方法としては、パウダー状もしくはペレット状の前記成分(X)および成分(Y)、発泡剤、および必要に応じて用いるその他の配合剤をドライブレンド、ヘンシェルミキサー等で混合する方法を挙げることができる。または、あらかじめ単軸、二軸混練機、ニーダ等によって溶融混練してもよい。ただし、化学発泡剤を同時に溶融混練する場合は、混練温度は化学発泡剤の分解温度より低い温度に制御して行う必要がある。
また、状況に応じて、発泡剤のみ、ポリプロピレン系発泡シートの製造時に、別フィードしてもよい。
<ポリプロピレン系(多層)発泡シート>
本発明のポリプロピレン系樹脂組成物は、ポリプロピレン樹脂(X)に比べ溶融張力が低い成分(Y)を90〜10重量%含むことから、発泡成形時の最大発泡倍率は低下しやすく、高倍発泡の成形体は得られにくくなる傾向にある。その一方で、成形時の流動性や延伸特性の向上による生産レートの向上をはかることができ、総合的に評価して、発泡倍率が好ましくは1.5〜5.0倍、より好ましくは2.0〜3.5倍のいわゆる低倍発泡成形用途に対して好適に使用することが出来る。
本発明のポリプロピレン系発泡シートは、平均気泡径が500μm以下であることが好ましく、400μm以下がより好ましく、300μm以下が更に好ましい。平均気泡径が500μmを大きく超えると、ポリプロピレン系発泡シートや該シートを熱成形する際に熱成形体に対し、穴明き等の外観不良が発生するため好ましくない。
本発明のポリプロピレン系発泡シートは、連続気泡率が30%以下であることが好ましく、より好ましくは20%以下、更に好ましくは15%以下である。連続気泡率が30%を超えると、熱成形する際に、発泡シート内の発泡セルの膨張が生じないため、熱成形体の厚みが減ってしまうため好ましくない。また熱成形体の断熱性能の低下にも繋がるので好ましくない。
また、本発明のポリプロピレン系発泡シートの厚みは、特に限定しないが、0.3mm〜10mm程度が好ましい。更に好ましくは0.5mm〜5mmである。
ポリプロピレン系発泡シートを得る方法としては、ポリプロピレン系樹脂組成物を押出機で溶融し、押出機先端に設けられたダイスより押出される公知の押出成形法により得ることができる。押出機は、一軸押出機、二軸押出機のいずれであってもよく、例えば二軸押出機と単軸押出機を前段―後段に組み合わせたタンデム方式であってもよい。
物理発泡にあっては、炭酸ガスなどの物理発泡剤を押出機シリンダーの途中から導入(圧入)する。押出機ダイは、Tダイでもよく、円形(サーキュラー)ダイでもよい。
多層発泡シートとする場合は、ポリプロピレン系樹脂組成物からなる発泡層と熱可塑性樹脂組成物からなる非発泡層とを、共押出成形することにより得ることができる。ポリプロピレン系樹脂多層発泡シートは、複数の押出機を用いたフィードブロックやマルチダイなどによる公知の共押出法により製造できる。
ポリプロピレン系樹脂多層発泡シートに用いられる非発泡層は、発泡層のいずれの面に設けられてもよく、また、発泡層を非発泡層の間に存在させた構成(サンドイッチ構造)とすることもできる。
非発泡層が設けられたポリプロピレン系樹脂多層発泡シートは、強度において優れたものとなり、少なくとも該発泡層の外側に非発泡層が設けられることにより、外観においても優れたものとなる。更に、非発泡層に機能性の熱可塑性樹脂を使用することにより、抗菌性、ソフト感、耐受傷性等の付加的機能をポリプロピレン系多層発泡シートに兼備させることが容易にできる点からも好ましい。
非発泡層に用いられる熱可塑性樹脂組成物を構成する熱可塑性樹脂としては、本発明の効果を阻害しない範囲で、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、ポリプロピレン、プロピレン―α―オレフィンコポリマー、ポリ−4−メチル−ペンテン−1等のポリオレフィン、エチレン−プロピレンエラストマー等のオレフィン系エラストマー、またはこれらと共重合可能な他の単量体、例えば酢酸ビニル、塩化ビニル、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸エステル等の共重合体および混合物等を選択することができる。
中でも、リサイクル性、接着性、耐熱性、耐油性、剛性などの点からポリプロピレン、プロピレン―α―オレフィンコポリマーが好適である。プロピレン−α−オレフィンコポリマーとしては、プロピレン(共)重合体とエチレン−プロピレンランダム共重合体を複数あるいは単槽の重合槽を使用して多段階重合して得られた、いわゆる耐衝撃性ポリプロピレンまたはプロピレンブロック共重合体と通称されているものを含む。
また、非発泡層に用いられる熱可塑性樹脂組成物としては、熱可塑性樹脂100重量部に対し、無機充填剤50重量部以下を配合することが望ましい。50重量部を超えるとダイス出口でのメヤニを発生しシートの外観を損ないやすい。また、無機充填剤は、熱可塑性成樹脂100重量部に対し、30重量部以上を配合することがシートの剛性向上の点で好ましい。
無機充填剤としては、タルク、炭酸カルシウム、シリカ、ハイドロタルサイト、ゼオライト、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸マグネシウムなどが例示できる。
ポリプロピレン系樹脂多層発泡シートの厚みは、特に限定しないが、0.3mm〜10mm程度が好ましい。更に好ましくは0.5mm〜5mmである。
また、ポリプロピレン系多層発泡シートにおける非発泡層の厚さは、得られるポリプロピレン系多層発泡シートの全厚みの1〜50%、より好ましくは5〜20%になるように形成することが望ましい。非発泡層の厚みが50%を超えると、発泡層の気泡の成長を妨げてしまう。
また、本発明のポリプロピレン系樹脂発泡シートは、印刷性や塗装性などのために発泡シートの表面にコロナ放電処理、火炎処理、プラズマ処理等の表面処理をしても何ら差し支えない。
<ポリプロピレン系樹脂発泡シートおよび成形体並びにその用途>
本発明のポリプロピレン系(多層)発泡シートは、熱成形した成形体として用いることができる。この熱成形の方法としては真空成形、圧空成形、真空圧空成形(圧空真空成形)、熱板成形など、一般的な熱可塑性(非発泡)シート用成形機を用いた熱成形が可能である。また発泡シートの両面を真空にする両面真空成形により、成形と同時に2次発泡による拡厚(発泡倍率の向上)が可能であり、更なる軽量化と断熱性の向上をはかることができる。
本発明のポリプロピレン系(多層)発泡シートおよび成形体は、均一微細な発泡セルが得られ、外観、熱成形性、耐衝撃性、軽量性、剛性、耐熱性、断熱性、耐油性等に優れていることより、トレー、皿、カップなどの食品容器や自動車ドアトリム、自動車トランクマットなどの車両内装材、包装、文具、建材などに好適に利用できる。
以下、本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例によって限定されるものではない。以下の実施例における各種の製造条件や評価結果の値は、本発明の実施態様における上限または下限の好ましい値としての意味をもつものであり、好ましい範囲は前記した上限または下限の値と、下記実施例の値または実施例同士の値との組み合わせで規定される範囲であってもよい。
なお、実施例および比較例において、ポリプロピレン系(多層)発泡シートその構成成分についての諸物性は、下記の評価方法に従って測定、評価し、使用した樹脂として下記のものを用いた。
1.評価方法
(1)メルトフローレートMFR:
JIS K7210:1999のA法、条件M(230℃、2.16kg荷重)に準拠して測定した。単位はg/10分である。
(2)分子量分布 Mw/MnおよびMz/Mn:
前述した方法に従って、GPC測定により求めた。
(3)溶融張力MT:
東洋精機製作所製キャピログラフを用いて、以下の条件で測定した。
キャピラリー:直径2.0mm、長さ40mm
シリンダー径:9.55mm
シリンダー押出速度:20mm/分
引き取り速度:4.0m/分
温度:230℃
MTが極めて高い場合には、引き取り速度4.0m/分では樹脂が破断してしまう場合があり、このような場合には、引取り速度を下げ、引き取りのできる最高の速度における張力をMTとする。単位はグラムである。
(4)融点
セイコーインスツルメンツ社製DSC6200を使用し、シート状にしたサンプル片を5mgアルミパンに詰め、室温から一旦200℃まで昇温速度100℃/分で昇温し、5分間保持した後に、10℃/分で20℃まで降温し、その後、10℃/分で200℃まで昇温させた時の融解最大ピーク温度(℃)として融点(Tm)を求めた。
(5)分岐指数g
前述したように、示差屈折計(RI)、粘度検出器(Viscometer)、光散乱検出器(MALLS)を検出器として備えたGPCによって求めた。
(6)40℃可溶成分量:
TREF測定によって求めた。TREF測定の詳細は、前述した通りである。
(7)mm分率:
日本電子社製、GSX−400、FT−NMRを用い、前述したとおり、特開2009−275207号公報の段落[0053]〜[0065]に記載の方法で測定した。
単位は%である。
(8)歪み硬化度λmax:
伸張粘度測定は以下の条件で行った。
装置:Rheometorics社製Ares
治具: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。
λmaxの算出法の詳細は、前述した通りである。
(9)T80−T20
既に記載したTREF測定条件により、40℃から140℃の範囲でのポリマー溶出量を測定し、横軸に温度、縦軸に溶出量の積分値をプロットする。温度40℃での縦軸は40℃溶出量(重量%)、温度140℃での縦軸が100重量%となるように規格化したプロットにおいて、プロットした曲線が、縦軸が20重量%および80重量%を横切る点での温度をそれぞれT20、T80とし、その差をT80−T20とする。
(10)DMA測定によるtanδ曲線ピーク
射出成形によって得た厚さ2mmの平板シートから、10mm幅×18mm長×2mm厚の短冊状に切り出したものを試料として用いた。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。角周波数は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。
(11)平均気泡径:
実施例および比較例において得られたポリプロピレン系樹脂発泡シートから、25mm角のサンプルを切り出した。実体顕微鏡(ニコン製:SMZ−1000−2型)を用いて発泡層断面を拡大投影し、断面中の気泡数と気泡径より、押出方向断面およびその垂直方向の断面の気泡径をそれぞれ算出、その平均値を発泡層の平均気泡径とした。
(12)密度:
実施例および比較例により得られたポリプロピレン系(多層)発泡シートから試験片を切出し、試験片重量(g)を、該試験片の外形寸法から求められる体積(cm)で割って求めた。JIS K7222に準拠して測定し、密度を求めた。
(13)連続気泡率:
実施例および比較例により得られたポリプロピレン系(多層)発泡シートから試験片を切出し、エアピクノメター(東京サイエンス(株)製)を用いて、ASTM D2856に記載の方法に準拠して測定した。
(14)延展性・シート外観評価:
発泡シートの外観評価は、各実施例および各比較例で得られたポリプロピレン系樹脂発泡シートを以下の基準で評価した。
○:均一に延展することが容易であり、厚み斑が少ない。気泡形状が均一で部分的な凹部(ヒケ)もない。
×:均一な延展が難しく厚み斑が多い。気泡の合一が見られ、部分的な凹部(ヒケ)がある。
(15)耐ドローダウン性:
各実施例および各比較例で得られたポリプロピレン系樹脂発泡シートから、300mm×300mmの大きさの試験片を切り出し、内寸260mm×260mmの枠に固定した。三鈴エリー社製垂れ試験機を用いて、ヒーターが上下に配列してある試験機内の加熱炉に導いて雰囲気温度200℃で加熱し、加熱開始からのサンプル中央部の変位をレーザー光線により逐次測定した。
加熱とともにシートは一旦垂れ下がり(マイナス方向へ変位)、応力緩和によって張り戻った(プラス方向へ変位)後に再び垂れ下がるため、加熱開始点のシート位置をA(mm)、最大張り戻り点位置をB(mm)、最大張り戻り点Bから10秒後の位置をC(mm)として、耐ドローダウン性を、以下の基準で評価した。
○:B−A≧−5mmかつC−B≧−10mm
△:B−A≧−5mmかつC−B<−10mm、
またはB−A<−5mmかつC−B≧−10mm
×:B−A<−5mmかつC−B<−10mm
ここでB−A≧−5mmであることは、容器成形時にシートが緊張し、皺のない美麗な外観形成が可能であることを意味し、C−B≧−10mmであることは、良好な容器を得るための成形時間範囲が充分広いことを意味する。
2.使用材料
(X)分岐構造を有するポリプロピレン樹脂(X)
下記の製造例1〜3で製造した重合体(PP−1)〜重合体(PP−3)を用いた。
[製造例1(PP−1の製造)]
<触媒成分(A)の合成例1>
ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−メチル−2−フリル)−4−(4−i−プロピルフェニル)インデニル}]ハフニウムの合成:(成分[A−1](錯体1)の合成):
・4−(4−i−プロピルフェニル)インデンの合成
500mlのガラス製反応容器に、4−i−プロピルフェニルボロン酸15g(91mmol)、ジメトキシエタン(DME)200mlを加え、炭酸セシウム90g(0.28mol)と水100mlの溶液を加え、4−ブロモインデン13g(67mmol)、テトラキストリフェニルホスフィノパラジウム5g(4mmol)を順に加え、80℃で6時間加熱した。
放冷後、反応液を蒸留水500ml中に注ぎ、分液ロートに移しジイソプロピルエーテルで抽出した。エーテル層を飽和食塩水で洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥した。硫酸ナトリウムを濾過し、溶媒を減圧留去して、シリカゲルカラムで精製し、4−(4−i−プロピルフェニル)インデンの無色液体15.4g(収率99%)を得た。
・2−ブロモ−4−(4−i−プロピルフェニル)インデンの合成
500mlのガラス製反応容器に4−(4−i−プロピルフェニル)インデン 15.4g(67mmol)、蒸留水7.2ml、DMSO 200mlを加え、ここにN−ブロモスクシンイミド17g(93mmol)を徐々に加えた。そのまま室温で2時間撹拌し、反応液を氷水500ml中に注ぎ入れ、トルエン100mlで3回抽出した。トルエン層を飽和食塩水で洗浄し、p−トルエンスルホン酸2g(11mmol)を加え、水分を除去しながら3時間加熱還流した。反応液を放冷後、飽和食塩水で洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥した。硫酸ナトリウムを濾過し、溶媒を減圧留去して、シリカゲルカラムで精製し、2−ブロモ−4−(4−i−プロピルフェニル)インデンの黄色液体19.8g(収率96%)を得た。
・2−(2−メチル−5−フリル)−4−(4−i−プロピルフェニル)インデンの合成
500mlのガラス製反応容器に、2−メチルフラン6.7g(82m1mol)、DME 100ml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1.59mol/Lのn−ブチルリチウム−n−ヘキサン溶液51ml(81mmol)を滴下し、そのまま3時間撹拌した。−70℃に冷却し、そこにトリイソプロピルボレート20ml(87mmol)とDME50mlの溶液を滴下した。滴下後、徐々に室温に戻しながら一夜撹拌した。
反応液に蒸留水50mlを加え加水分解した後、炭酸カリウム223gと水100mlの溶液、2−ブロモ−4−(4−i−プロピルフェニル)インデン 19.8gg(63mmol)を順に加え、80℃で加熱し、低沸分を除去しながら3時間反応させた。
放冷後、反応液を蒸留水300ml中に注ぎ、分液ロートに移しジイソプロピルエーテルで3回抽出した、エーテル層を飽和食塩水で洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥した。硫酸ナトリウムを濾過し、溶媒を減圧留去して、シリカゲルカラムで精製し、2−(2−メチル−5−フリル)−4−(4−i−プロピルフェニル)インデンの無色液体19.6g(収率99%)を得た。
・ジメチルビス(2−(2−メチル−5−フリル)−4−(4−i−プロピルフェニル)インデニル)シランの合成
500mlのガラス製反応容器に、2−(2−メチル−5−フリル)−4−(4−i−プロピルフェニル)インデン 9.1g(29mmol)、THF200ml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1.66mol/Lのn−ブチルリチウム−ヘキサン溶液17ml(28mmol)を滴下し、そのまま3時間撹拌した。−70℃に冷却し、1−メチルイミダゾール0.1ml(2mmol)、ジメチルジクロロシラン1.8g(14mmol)を順に加え、徐々に室温に戻しながら一夜撹拌した。
反応液に蒸留水を加え、分液ロートに移し食塩水で中性になるまで洗浄し、硫酸ナトリウムを加え反応液を乾燥させた。硫酸ナトリウムを濾過し、溶媒を減圧留去して、シリカゲルカラムで精製し、ジメチルビス(2−(2−メチル−5−フリル)−4−(4−i−プロピルフェニル)インデニル)シランの淡黄色固体8.6g(収率88%)を得た。
・ジメチルシリレンビス(2−(2−メチル−5−フリル)−4−(4−i−プロピルフェニル)インデニル)ハフニウムジクロライドの合成
500mlのガラス製反応容器に、ジメチルビス(2−(2−メチル−5−フリル)−4−(4−i−プロピルフェニル)インデニル)シラン 8.6g(13mmol)、ジエチルエーテル300ml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1.66mol/Lのn−ブチルリチウム−n−ヘキサン溶液15ml(25mmol)を滴下し、3時間撹拌した。反応液の溶媒を減圧で留去し、トルエン400ml、ジエチルエーテル40ml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4.0g(13mmol)を加えた。その後、徐々に室温に戻しながら一夜撹拌した。
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−メチル−5−フリル)−4−(4−i−プロピルフェニル)インデニル)ハフニウムジクロライドのラセミ体を黄色結晶として7.6g(収率65%)得た。
得られたラセミ体についてのH−NMRによる同定値を以下に記す。
H−NMR(C6D6)同定結果
ラセミ体:δ0.95(s,6H),δ1.10(d,12H),δ2.08(s,6H),δ2.67(m,2H),δ5.80(d,2H),δ6.37(d,2H),δ6.74(dd,2H),δ7.07(d,2H),δ7.13(d,4H),δ7.28(s,2H),δ7.30(d,2H),δ7.83(d,4H)。
<触媒成分(A)の合成例2>
rac−ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−メチル−4−(4−クロロフェニル)−4−ヒドロアズレニル}]ハフニウムの合成:(成分[A−1](錯体2)の合成):
rac−ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−メチル−4−(4−クロロフェニル)−4−ヒドロアズレニル}]ハフニウムの合成は、特開平11―240909号公報の実施例1に記載の方法と同様にして、実施した。
<触媒合成例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2,264gに96%硫酸(668g)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)4Lを加えた。このスラリーを90℃で210分加熱した。この反応スラリーを蒸留水4,000g加えた後にろ過したところ、ケーキ状固体810gを得た。
次に、セパラブルフラスコ中に、硫酸リチウム432g、蒸留水1,924g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た。このスラリーを室温で120分反応させた。このスラリーに蒸留水4L加えた後にろ過し、更に蒸留水でpH5〜6まで洗浄し、ろ過を行ったところ、ケーキ状固体760gを得た。
得られた固体を窒素気流下100℃で一昼夜予備乾燥後、篩いによって53μm以上の粗大粒子を除去し、更に200℃、2時間、減圧乾燥することにより、化学処理スメクタイト220gを得た。
この化学処理スメクタイトの組成は、Al:6.45重量%、Si:38.30重量%、Mg:0.98重量%、Fe:1.88重量%、Li:0.16重量%であり、Al/Si=0.175[mol/mol]であった。
・触媒調製および予備重合
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(132mL)を加えてスラリーとし、これにトリイソブチルアルミニウム(25mmol:濃度143mg/mLのヘプタン溶液を68.0mL)を加えて1時間攪拌後、ヘプタンで残液率が1/100になるまで洗浄し、全容量を100mL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、前記触媒成分(A)の合成例1で作製したrac−ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−メチル−2−フリル)−4−(4−i−プロピルフェニル)インデニル}]ハフニウム(210μmol)をトルエン(42mL)に溶解し(溶液1)、更に、別のフラスコ(容積200mL)中で、前記触媒成分(A)の合成例2で作製したrac−ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−メチル−4−(4−クロロフェニル)−4−ヒドロアズレニル}]ハフニウム(90μmol)をトルエン(18mL)に溶解した(溶液2)。
先ほどの化学処理スメクタイトが入った1Lフラスコにトリイソブチルアルミニウム(0.84mmol:濃度143mg/mLのヘプタン溶液を1.2mL)を加えた後、上記溶液1を加えて20分間室温で撹拌した。その後更にトリイソブチルアルミニウム(0.36mmol:濃度143mg/mLのヘプタン溶液を0.50mL)を加えた後、上記溶液2を加えて、1時間室温で攪拌した。
その後、ヘプタンを338mL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10g/時の速度でフィードし、4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、1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、残った部分に、トリイソブチルアルミニウム(6mmol:濃度143mg/mLのヘプタン溶液を17.0mL)を加えて5分攪拌した。
この固体を1時間減圧乾燥することにより、乾燥予備重合触媒52.8g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1.64であった。
以下、このものを「予備重合触媒1」という。
<重合>
内容積200リットルの攪拌式オートクレーブ内をプロピレンで十分に置換した後、十分に脱水した液化プロピレン40kgを導入した。これに水素3.8リットル(標準状態の体積として)、トリイソブチルアルミニウム・n−ヘプタン溶液470ml(0.12mol)を加えた後、内温を70℃まで昇温した。次いで、予備重合触媒1を2.8g(予備重合ポリマーを除いた重量で)、アルゴンで圧入して重合を開始させ、内部温度を70℃に維持した。2時間経過後に、エタノールを100ml圧入し、未反応のプロピレンをパージし、オートクレーブ内を窒素置換することにより重合を停止した。
得られたポリマーを90℃窒素気流下で1時間乾燥し、17.4kgの重合体(以下、「PP−1」という)を得た。
触媒活性は、6210(g−PP/g−cat)であった。MFRは0.60g/10分であった。
[製造例2(PP−2の製造)]
添加する水素を4.4リットル、使用する予備重合触媒1を2.4g(予備重合ポリマーを除いた重量で)で行う以外は、製造例1と同様に実施した。16.5kgの重合体(以下、「PP−2」という。)を得た。
触媒活性は、6880(g−PP/g−cat)であった。MFRは1.0g/10分であった。
[製造例3(PP−3の製造)]
添加する水素を6.6リットル、使用する予備重合触媒1を1.9g(予備重合ポリマーを除いた重量で)で行う以外は、製造例1と同様に実施した。16.5kgの重合体(以下、「PP−3」という。)を得た。
触媒活性は、8050(g−PP/g−cat)であった。MFRは4.6g/10分であった。
(Y)メタロセン触媒によって重合されたポリプロピレン系樹脂(Y)
メタロセン触媒によって重合された、日本ポリプロ社製の以下の市販の樹脂のペレットY−1〜Y−2を使用した。また、下記製造例記載のY−3を使用した。
・Y−1:プロピレン−エチレンランダム共重合体
グレード名:WINTEC WFX4T
エチレン含量:3.3重量%
融点:125℃
MFR:7g/10分
Mw/Mn:2.7
T80−T20:4.9℃
TREFにおける40℃以下可溶成分量:2.8重量%
・Y−2:プロピレン−エチレンランダム共重合体
グレード名:WINTEC WFX6
エチレン含量:2.2重量%
融点:135℃
MFR:2g/10分
Mw/Mn:2.3
T80−T20:4.1℃
TREFにおける40℃以下可溶成分量:0.9重量%
・Y−3:メタロセン触媒を用いて逐次重合によって得られたプロピレン−エチレンランダムブロック共重合体
以下の記載に従ってプロピレン−エチレンランダムブロック共重合体を製造した。
[ポリプロピレン系樹脂Y−3の製造例]
(1)触媒の製造
珪酸塩の化学処理:10L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3.75L、続いて濃硫酸(96%)2.5kgをゆっくりと添加した。50℃で、更にモンモリロナイト(水澤化学社製ベンクレイSL;平均粒径=50μm)を1kg分散させ、90℃に昇温し、6.5時間その温度を維持した。50℃まで冷却後、このスラリーを減圧濾過し、ケーキを回収した。このケーキに蒸留水を7L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。乾燥後の質量は707gであった。化学処理した珪酸塩をキルン乾燥機で乾燥した。
触媒の調製:内容積3Lの撹拌翼のついたガラス製反応器に上記で得た乾燥珪酸塩200gを導入し、混合ヘプタン1,160ml、更にトリエチルアルミニウムのヘプタン溶液(0.60M)840mlを加え、室温で撹拌した。1時間後、混合ヘプタンにて洗浄し、珪酸塩スラリーを2.0Lに調製した。次に、調製した珪酸塩スラリーにトリイソブチルアルミニウムのヘプタン溶液(0.71M/L)9.6mlを添加し、25℃で1時間反応させた。並行して、〔(r)−ジクロロ[1,1´−ジメチルシリレンビス{2−メチル−4−(4−クロロフェニル)−4H−アズレニル}]ジルコニウム〕(合成は特開平10−226712号公報実施例に従って実施した)2,180mg(3mmol)と混合ヘプタン870mlに、トリイソブチルアルミニウムのヘプタン溶液(0.71M)を33.1ml加えて、室温にて1時間反応させた混合物を、珪酸塩スラリーに加え、1時間撹拌した。珪酸塩/メタロセン錯体スラリーの触媒成分を得た。
(2)予備重合
続いて、窒素で充分置換を行った内容積10Lの撹拌式オートクレーブに、n−ヘプタン2.1Lを導入し、40℃に保持した。そこに先に調製した触媒成分である珪酸塩/メタロセン錯体スラリーを導入した。温度が40℃に安定したところでプロピレンを100g/時間の速度で供給し、温度を維持した。4時間後プロピレンの供給を停止し、更に2時間維持した。予備重合終了後、残モノマーをパージし、撹拌を停止させ約10分間静置後、上澄み約3Lをデカントした。続いてトリイソブチルアルミニウム(0.71M/L)のヘプタン溶液9.5ml、更に混合ヘプタンを5.6L添加し、40℃で30分間撹拌し、10分間静置した後に、上澄みを5.6L除いた。更にこの操作を3回繰り返した。最後の上澄み液の成分分析を実施したところ有機アルミニウム成分の濃度は、1.23ミリモル/L、Zr濃度は8.6×10−6g/Lであり、仕込み量に対する上澄み液中の存在量は0.016%であった。続いて、トリイソブチルアルミニウム(0.71M/L)のヘプタン溶液17.0mlを添加した後に、45℃で減圧乾燥した。この操作により触媒1g当たりポリプロピレン2.2gを含む予備重合触媒が得られた。
(3)プロピレンの重合
(第一重合工程)
攪拌羽根を有する横型反応器(L/D=6、内容積100リットル)を十分に乾燥し、内部を窒素ガスで十分に置換した。ポリプロピレン粉体床の存在下、回転数30rpmで攪拌しながら、反応器の上流部に上記の方法で調整した予備重合触媒を(予備重合パウダーを除いた固体触媒量として)0.333g/hr、トリイソブチルアルミニウムを30.0mmol/hrで連続的に供給した。反応器の温度を60℃、圧力を2.2MPaGに保ち、且つ反応器内気相部のエチレン/プロピレンモル比が0.07、水素濃度が100ppmになるように、モノマー混合ガスを連続的に反応器内に流通させ、気相重合を行った。反応によって生じた重合体パウダーは、反応器内の粉体床量が一定になるように、反応器下流部より連続的に抜き出した。この時、定常状態になった際の重合体抜き出し量は10.0kg/hrであった。
第一重合工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、MFRは7.0g/10分、エチレン含有量は2.2重量%であった。
(第二重合工程)
攪拌羽根を有する横型反応器(L/D=6、内容積100リットル)に、第一工程より抜き出したプロピレン−エチレン共重合体を連続的に供給した。回転数25rpmで攪拌しながら、反応器の温度を70℃、圧力を2.0MPaGに保ち、且つ反応器内気相部のエチレン/プロピレンモル比が0.40、水素濃度が300ppmになるように、モノマー混合ガスを連続的に反応器内に流通させ、気相重合を行った。反応によって生じた重合体パウダーは、反応器内の粉体床量が一定になるように、反応器下流部より連続的に抜き出した。この時、重合体抜き出し量が16.7kg/hrになるように活性抑制剤として酸素を供給し、第二重合工程での重合反応量を制御した。
こうして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、MFRは7.0g/10分、エチレン含有量は5.3重量%であった。
得られたサンプルの第二重合工程で重合された割合を特開2005−132979号公報記載の方法に従ってTREFを使用して求めたところ、Y−3全体の40.0重量%であった。これより、第二重合工程で重合されたエチレン含量およびMFRは、それぞれ加成則および対数加成則に従って求めることができる。Y−3の諸特性を以下にまとめて記載する。
融点:133℃
MFR:7g/10分
Mw/Mn:2.6
工程1で製造されたプロピレン−エチレンランダム共重合体成分のエチレン含量:
2.2重量%
工程1で製造されたプロピレン−エチレンランダム共重合体成分の重量割合:
60重量%
工程2で製造されたプロピレン−エチレンランダム共重合体成分のエチレン含量:
10.0重量%
工程2で製造されたプロピレン−エチレンランダム共重合体成分の重量割合:
40重量%
プロピレン−エチレンランダムブロック共重合体の固体粘弾性測定によるtanδ曲線のピーク温度:
−10℃(形状は単峰)
[PP−1〜PP−3のペレット(X−1)〜(X−3)の製造]
製造例1〜3で製造したプロピレン系樹脂(PP−1〜PP−3)100重量部に対し、フェノ−ル系酸化防止剤であるテトラキス[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−ト]メタン(商品名:IRGANOX1010、BASFジャパン株式会社製)0.125重量部、フォスファイト系酸化防止剤であるトリス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)フォスファイト(商品名:IRGAFOS 168、BASFジャパン株式会社製)0.125重量部を配合し、高速攪拌式混合機(ヘンシェルミキサ−、商品名)を用い、室温下で3分間混合した後、二軸押出機にて溶融混練して、ポリプロピレン樹脂(X)のペレット(X−1)〜(X−3)を得た。
なお、二軸押出機は、テクノベル社製KZW−25を用い、スクリュー回転数は400RPM、混練温度は、ホッパ下から80、160、210、230℃(以降、ダイス出口まで同温度)の設定とした。
これらのペレット(X−1)〜(X−3)について、MFR、TREF、13C−NMR、GPC、分岐指数、MT、伸張粘度の評価を行った。評価結果を表−1に示した。
Figure 2013010890
[実施例1]
ペレット(X−1)と上記Y−1のペレット(Y−1)の重量比1:1混合物100重量部と、発泡剤として化学発泡剤(商品名:ハイドロセロールCF40E−J、日本ベーリンガーインゲルハイム社製)4.0重量部をリボンブレンダーにより均一に攪拌混合し、スクリュー径65mmφの押出機に投入した。
樹脂温度250℃で樹脂を加熱溶融可塑化するとともに化学発泡剤を分解させ、発泡成形用プロピレン系樹脂組成物とした後、押出機先端に取付けられたTダイ(ギャップ=0.4mm)より、そのプロピレン系樹脂組成物を大気中に押出して発泡させた。該発泡体を冷却ロールおよびエアナイフにより冷却しつつ、ピンチロール引取りによる延展を行って厚みを調整し、厚み1.5mmの発泡シートを形成した。
得られた発泡シートは、密度が0.32g/cmであり、平均気泡径80μmの連続気泡率の低い緻密な気泡構造を有する外観良好なものであった。発泡シートの評価結果を表−2に示す。
得られた発泡シートは、耐ドローダウン性に優れ、良好な熱成形性を示唆するものであった。
[実施例2]
成分(Y)をY−1からY−2に変更した以外は、実施例1と同様にして発泡シートを得た。発泡シートの評価結果を表−2に示す。
[実施例3]
成分(Y)をY−1からY−3に変更した以外は、実施例1と同様にして発泡シートを得た。発泡シートの評価結果を表−2に示す。
[実施例4]
成分(X)をX−1からX−2に変更した以外は、実施例1と同様にして発泡シートを得た。発泡シートの評価結果を表−2に示す。
[実施例5]
成分(X)をX−1からX−3に変更した以外は、実施例1と同様にして発泡シートを得た。発泡シートの評価結果を表−2に示す。
[比較例1]
ペレット(X−1)とペレット(Y−1)の配合比率を95:5に変更した以外は実施例1と同様にして、発泡シートを得た。発泡シートの評価結果を表−2に示す。
[比較例2]
ペレット(X−1)とペレット(Y−1)の配合比率を5:95に変更した以外は実施例1と同様にして、発泡シートを得た。発泡シートの評価結果を表−2に示す。
[実施例6]
発泡層を得るために、成分(X)のペレット(X−2)と成分(Y)のペレット(Y−1)の重量比1:1混合物100重量部と、気泡調整剤(商品名:ハイドロセロールCF40E−J、日本ベーリンガーインゲルハイム社製)0.5重量部とをリボンブレンダーにより均一に攪拌混合し、バレル途中に気体発泡剤注入用のバレル孔を有するスクリュー径65mmφの押出機に投入し、樹脂温度250℃で加熱可塑化するとともに、該混合物100重量部に対して、物理発泡剤として、二酸化炭素を0.4重量部にて圧入混練して発泡成形用ポリプロピレン系樹脂組成物とした。
また非発泡層を得るために、スクリュー径40mmφの押出機に、プロピレン系樹脂Z−1(チーグラー系触媒によるプロピレン・エチレンブロック共重合体、日本ポリプロ社製、商品名ノバテックPP(登録商標):BC3BRF、MFR=12g/10分)100重量部からなる熱可塑性樹脂組成物を投入し、220℃で加熱溶融させ、上記発泡成形用ポリプロピレン系樹脂組成物とともに、Tダイ(ギャップ=0.4mm)より非発泡層−発泡層−非発泡層からなる2種3層構成で大気中に共押出して、多層発泡体とした。該発泡体を冷却ロールおよびエアナイフにより冷却しつつ、ピンチロール引取りによる延展を行って厚みを調整し、厚み1.5mmの発泡シートを形成した。
得られた該多層発泡シートは、非発泡層:発泡層:非発泡層の比率が5:90:5の層構成を有し、密度が0.30g/cm、平均気泡径100μmの連続気泡率の低い緻密な気泡構造を有する外観良好なものであった。発泡シートの評価結果を表−2に示す。
得られた発泡シートは、耐ドローダウン性に優れ、良好な熱成形性を示唆するものであった。
[実施例7]
成分(X)をX−2からX−3へ変更し、X−3とY−1の配合比率を80:20とした以外は実施例6と同様にして発泡シートを形成した。得られた該多層発泡シートは、非発泡層:発泡層:非発泡層の比率が5:90:5の層構成を有し、密度が0.33g/cm、平均気泡径120μmの連続気泡率の低い緻密な気泡構造を有する外観良好なものであった。発泡シートの評価結果を表−2に示す。
Figure 2013010890
実施例1〜7はいずれも発泡セルが均一微細で、成形時の延展性に優れた外観が美麗なシートが得られ、且つ熱成形時の耐ドローダウン性に優れたものである。
一方、比較例1では、成分(Y)の量が不足しており、発泡セルは均一微細で発泡倍率は高いものの、成形時の延展性が充分では無いためシート外観に不良を生じるばかりでなく、熱成形時のドローダウンが大きく実施例に劣るものである。比較例2では、樹脂(X)の量が不足しており、充分な溶融張力がないために発泡ガスの抜けが顕著となり、均一な気泡構造形成ができず外観美麗な発泡シートが得られないばかりか、熱成形時においてもドローダウンが大きい。
本発明のポリプロピレン系(多層)発泡シートおよびそれを用いた熱成形体は、均一微細な発泡セルが得られ、外観、熱成形性、耐衝撃性、軽量性、剛性、耐熱性、断熱性、耐油性等に優れていることより、トレー、皿、カップなどの食品容器や自動車ドアトリム、自動車トランクマットなどの車両内装材、包装、文具、建材などに好適に利用でき、工業的価値は極めて高い。

Claims (11)

  1. 以下の(X−i)〜(X−iii)の特性を有する、分岐構造を有するポリプロピレン樹脂(X)と、
    メタロセン触媒によって重合され、示差走査熱量測定(DSC)によって得られた融点が110〜155℃、メルトフローレート(MFR)が1〜20g/10分、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によって求めた分子量分布Mw/Mnが1.5〜4.0の範囲である、ポリプロピレン系樹脂(Y)とを、
    前記ポリプロピレン樹脂(X)と前記ポリプロピレン系樹脂(Y)の合計100重量%に対し、前記ポリプロピレン樹脂(X)を10〜90重量%、前記ポリプロピレン系樹脂(Y)を90〜10重量%含有することを特徴とするポリプロピレン系樹脂組成物。
    (X−i)MFRが、0.1〜30g/10分の範囲である
    (X−ii)GPCによる分子量分布は、Mw/Mnが3.0以上10.0以下、且つMz/Mwが2.5以上10.0以下である
    (X−iii)溶融張力(MT)(単位:g)が、
    log(MT)≧−0.9×log(MFR)+0.7
    および
    MT≧15
    の少なくとも1つを満たす
  2. 前記ポリプロピレン樹脂(X)が以下の(X−iv)の特性を有することを特徴とする請求項1に記載のポリプロピレン系樹脂組成物。
    (X−iv)絶対分子量Mabsが100万における分岐指数gが0.30以上1.00未満である
  3. 前記ポリプロピレン樹脂(X)が以下の(X−v)及び(X−vi)の特性を有することを特徴とする請求項1又は2に記載のポリプロピレン系樹脂組成物。
    (X−v)温度上昇溶解度分別(TREF)による40℃以下可溶成分量が、ポリプロピレン樹脂(X)全量に対して3.0重量%以下である
    (X−vi)13C−NMRによるプロピレン単位3連鎖のmm分率が、95.0%以上である
  4. ポリプロピレン系樹脂(Y)が、以下の(Y−A)および(Y−B)のうちの少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のポリプロピレン系樹脂組成物。
    (Y−A)メタロセン触媒によって重合され、コモノマーとして炭素数3を除く炭素数2〜10のα−オレフォンを1〜5重量%((Y−A)成分を構成するモノマー単位の合計量100重量%に対しての含量)の範囲で含む、プロピレン−α−オレフィンランダム共重合体
    (Y−B)メタロセン触媒によって逐次重合することによって得られ、第1工程でエチレン含量1〜5重量%のプロピレン−エチレンランダム共重合体成分を30〜99重量%重合し、第2工程で第1工程で製造された成分よりも5〜20重量%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を70〜1重量%逐次重合することで得られたプロピレン−エチレンランダムブロック共重合体(ただし、各工程でのエチレン含量は、該工程で製造された共重合体成分を構成するモノマー単位の合計量100重量%基準で、また、各工程で得られた共重合体成分の割合は、第1工程と第2工程で得られた各共重合体の合計量100重量%に対しての値である。)
  5. 前記ポリプロピレン系樹脂(Y)が前記(Y−A)を少なくとも含み、かつ(Y−A)が以下の特性(Y−i)および(Y−ii)を満たすことを特徴とする請求項4に記載のポリプロピレン系樹脂組成物。
    (Y−i)TREFによって得られる溶出曲線において、20重量%抽出される温度(T20)と80重量%抽出される温度(T80)との差(T80−T20)が、10℃以下である
    (Y−ii)TREFにおける40℃以下可溶成分量が5重量%以下である
  6. 前記ポリプロピレン系樹脂(Y)が前記(Y−B)を少なくとも含み、かつ前記(Y−B)が以下の特性(Y−iii)を満たすことを特徴とする請求項4又は5に記載のポリプロピレン系樹脂組成物。
    (Y−iii)角振動数1Hzでの固体粘弾性測定(DMA)において、温度−損失正接(tanδ)曲線のピークが0℃以下に単峰で現れる
  7. さらに、発泡剤を、ポリプロピレン樹脂(X)とポリプロピレン系樹脂(Y)との合計100重量部に対し、0.05〜6.0重量部含むことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載のポリプロピレン系樹脂組成物。
  8. 請求項1から7のいずれか1項に記載の樹脂組成物を押出成形してなり、発泡倍率が1.5倍以上5.0倍未満、連続気泡率が30%以下であるポリプロピレン系樹脂発泡シート。
  9. 請求項8に記載のポリプロピレン系樹脂発泡シートと、熱可塑性樹脂組成物からなる非発泡層とを共押出してなるポリプロピレン系樹脂多層発泡シート。
  10. 前記熱可塑性樹脂組成物が、熱可塑性樹脂100重量部に対し、50重量部以下の無機充填剤を含むことを特徴とする請求項8に記載のポリプロピレン系樹脂多層発泡シート。
  11. 請求項8に記載のポリプロピレン系樹脂発泡シートを、熱成形してなる成形体。
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