JP2014118535A - エチレン重合体並びに延伸成形体、微多孔膜、及び電池用セパレーター - Google Patents

エチレン重合体並びに延伸成形体、微多孔膜、及び電池用セパレーター Download PDF

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Abstract

【課題】機械強度に優れる成形体を与え、優れた溶解または溶融性を示し、且つ成形加工性に優れるエチレン重合体、並びにこれを含む、延伸成形体、微多孔膜、及び電池用セパレーターを提供することを目的とする。
【解決手段】粘度平均分子量(Mv)が400,000以上700,000以下であり、
分子量分布(Mw/Mn)が8.0以上15.0以下であり、
クロス分別クロマトグラフィー(以下、「CFC」という。)で測定した103℃の溶出量が全溶出量の0.1質量%以上10質量%未満である、
エチレン重合体。
【選択図】なし

Description

本発明は、エチレン重合体並びに延伸成形体、微多孔膜、及び電池用セパレーターに関する。
エチレン重合体は、シート、フィルム、微多孔膜、繊維、成形体等の様々な用途に使用されている。これらの用途においては、機械強度に優れることが要求される。エチレン重合体を含む微多孔膜は、電池用途において、正極と負極を分離し、イオンだけを透過させるセパレーターとしての機能と、電池内部が高温化し、電池反応が暴走する危険を防止するためのシャットダウン機能とを兼ね備えた部材として利用されている。特に、セパレーターとしての需要が近年急速に伸びており、リチウムイオン電池や鉛蓄電池等の重要部材であるセパレーターとして、エチレン重合体からなる微多孔膜が用いられている(例えば、特許文献1参照)。これらの用途においても強度に優れることが求められており、分子量の大きい高密度ポリエチレンが主に使用されている(例えば、特許文献2参照)。しかし、分子量の大きい高密度ポリエチレンは、溶解又は溶融し難く、流動性も低い。そのため、成形加工が困難で、安定な生産ができない等の問題がある。
一般に、微多孔膜等の製造工程においては、エチレン重合体を流動パラフィン等に溶解し、押出しする工程が含まれる。また、フィルム等の製造工程においては、エチレン重合体を溶融、押出しする工程が含まれる。このような場合、完全に且つ素早く溶解又は溶融して、均一な状態になることが重要である。エチレン重合体の溶解又は溶融は、低温でも分子運動しやすい成分(以下、「非晶性成分」ともいう。)が分子運動することにより開始される。しかしながら、分子量が大きいポリエチレンは非晶性成分が少なく、分子運動性に乏しいため、溶解又は溶融に時間がかかる。そのため、溶融物中に未溶融物が残存しやすい傾向にある。未溶融物が残存すると、押出し機のフィルターに詰まり、微多孔膜やフィルムの膜厚が安定しない、又はフィルターを通過した未溶融物がフィルムに残存する等の問題が生じる。
上記問題を解決する手法として、比較的低分子量のエチレン重合体と超高分子量エチレン重合体をブレンドする方法(例えば、特許文献3参照)が知られている。
特開昭60−23954号公報 特開平WO2010−74073号公報 特開平2−21559号公報
特許文献3では、粘度平均分子量(Mv)が300,000以下のエチレン重合体と、1,000,000以上の超高分子量エチレン重合体とをブレンドする手法が開示されている。一般的に、エチレン重合体は、高分子量化するに従い、結晶性成分が増加することが知られており、超高分子量エチレン重合体が強度を、低分子量エチレン重合体が成形性を担っているものと考えられる。
しかしながら、粘度平均分子量(Mv)が300,000以下のエチレン重合体は、強度の観点で好ましくなく、また、耐熱性に劣ることから問題がある。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、機械強度に優れる成形体を与え、優れた溶解または溶融性を示し、且つ成形加工性に優れるエチレン重合体、並びにこれを含む、延伸成形体、微多孔膜、及び電池用セパレーターを提供することを目的とする。
そこで、本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、所定の粘度平均分子量、所定の分子量分布、及びクロス分別クロマトグラフィー(CFC)で測定した103℃の所定の溶出量を有するエチレン重合体であることにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は以下の通りである。
〔1〕
粘度平均分子量(Mv)が400,000以上700,000以下であり、
分子量分布(Mw/Mn)が8.0以上15.0以下であり、
クロス分別クロマトグラフィー(以下、「CFC」という。)で測定した103℃の溶出量が全溶出量の0.1質量%以上10質量%未満である、
エチレン重合体。
〔2〕
単独重合体である、前項〔1〕に記載のエチレン重合体。
〔3〕
直鎖状である、前項〔1〕又は〔2〕に記載のエチレン重合体。
〔4〕
示差走査熱量計(DSC)で測定した融点が、133℃以上138℃以下である、前項〔1〕〜〔3〕のいずれか1項に記載のエチレン重合体。
〔5〕
CFCで測定した40℃以上96℃未満の積分溶出量が、全溶出量の10質量%以下である、前項〔1〕〜〔4〕のいずれか1項に記載のエチレン重合体。
〔6〕
CFCで測定した96℃以上100℃未満の積分溶出量が、全溶出量の55質量%以上であって、
CFCで測定した100℃以上104℃未満の積分溶出量が、全溶出量の35質量%以下である、前項〔1〕〜〔5〕のいずれか1項に記載のエチレン重合体。
〔7〕
CFCで測定した101℃以上の溶出量において、最高溶出量になる温度での重量平均分子量(Mw)が、500,000以上である、前項〔1〕〜〔6〕のいずれか1項に記載のエチレン重合体。
〔8〕
ポリエチレン換算における分子量1000,000以上の成分が、10質量%以上である、前項〔1〕〜〔7〕のいずれか1項に記載のエチレン重合体。
〔9〕
前項〔1〕〜〔8〕のいずれか1項に記載のエチレン重合体を含む、延伸成形体。
〔10〕
前項〔1〕〜〔8〕のいずれか1項に記載のエチレン重合体を含む、微多孔膜。
〔11〕
前項〔1〕〜〔8〕のいずれか1項に記載のエチレン重合体を含む、電池用セパレーター。
本発明によれば、機械強度に優れる成形体を与え、優れた溶解または溶融性を示し、且つ成形加工性に優れるエチレン重合体、並びにこれを含む、延伸成形体、微多孔膜、及び電池用セパレーターを実現することができる。
クロス分別クロマトグラフィー(CFC)測定における温度プロファイルである。 クロス分別クロマトグラフィー(CFC)測定により得られる溶出温度−溶出量曲線である。
以下、本発明を実施するための形態(以下、「本実施形態」という。)について詳細に説明する。なお、本発明は、本実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。
[エチレン重合体]
本実施形態のエチレン重合体は、粘度平均分子量(Mv)が400,000以上700,000以下であり、分子量分布(Mw/Mn)が8.0以上15.0以下であり、クロス分別クロマトグラフィー(以下、「CFC」ともいう。)で測定した103℃の溶出量が0.1質量%以上10質量%未満である。以下、上記要件について説明する。
〔粘度平均分子量(Mv)〕
本実施形態のエチレン重合体の粘度平均分子量(Mv)は、400,000以上700,000以下であり、好ましくは420,000以上680,000以下であり、より好ましくは450,000以上650,000以下である。エチレン重合体の粘度平均分子量(Mv)は、後述する重合条件等を適宜調整することで調整することができる。具体的には、重合系内に連鎖移動剤として水素を存在させるか、又は重合温度を変化させること等によって粘度平均分子量(Mv)を調節することができる。
粘度平均分子量(Mv)が400,000以上であることにより、本実施形態のエチレン重合体を含む微多孔膜等の成形体は、十分な機械強度を有するものとなる。一方で、粘度平均分子量(Mv)が700,000以下であることにより、本実施形態のエチレン重合体は溶融流動性、溶媒への溶解性、及び延伸性等に優れ、成形加工性に優れる。そのため、本実施形態のエチレン重合体を用いてフィルムや膜を成形した際に、偏肉が起こりにくくなる。
本実施形態のエチレン重合体の粘度平均分子量(Mv)は、デカリン中にエチレン重合体を異なる濃度で溶解した溶液を用意し、該溶液の135℃における溶液粘度を測定し、測定された溶液粘度から計算される還元粘度を濃度0に外挿し、極限粘度を求め、求めた極限粘度[η](dL/g)から、以下の数式Aにより算出することができる。より具体的には、実施例に記載の方法により測定することができる。
Mv=(5.34×10)×[η]1.49 ・・・数式A
〔分子量分布(Mw/Mn)〕
本実施形態のエチレン重合体の分子量分布(Mw/Mn)は、8.0以上15.0以下であり、好ましくは9.0以上14.8以下であり、より好ましくは10.0以上14.5以下である。本実施形態のエチレン重合体の分子量分布(Mw/Mn)は、後述する重合条件等を適宜調整することで調整することができる。なお、本実施形態の触媒を使用するか、重合系内の条件(水素濃度、温度、エチレン圧力等)を一定に保つことで、エチレン重合体の分子量分布は小さく(15.0以下)することができる。一方、エチレン重合体の分子量分布を大きくする方法としては、重合中の条件を変化させる(例えば、連鎖移動剤である水素の濃度を重合中に変化させる等)、或いは異なる分子量のエチレン重合体を混合する等の手法が挙げられる。
分子量分布(Mw/Mn)が8.0以上であることにより、本実施形態のエチレン重合体は溶融流動性、溶媒への溶解性、及び延伸性等に優れ、成形加工性に優れる。また、分子量分布(Mw/Mn)が15.0以下であることにより、低温で溶出する低分子量成分を低減することができ、本実施形態のエチレン重合体を含むフィルムや膜等の成形体は、十分な強度を有するものとなる。
本実施形態のエチレン重合体の数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)、及び分子量分布(Mw/Mn)は、エチレン重合体のオルトジクロロベンゼン溶液をゲルパーミエーションクロマトグラフィー(以下、「GPC」ともいう。)で測定し、市販の単分散ポリスチレンを用いて作成した検量線に基づいて求めることができる。より具体的には、実施例に記載の方法により測定することができる。
〔クロス分別クロマトグラフィー(CFC)で測定した103℃の溶出量〕
本実施形態のエチレン重合体のCFCで測定した103℃の溶出量は、全溶出量の0.1質量%以上10質量%未満であり、好ましくは0.3質量%以上9.5質量%未満、より好ましくは0.5質量%以上9.0質量%未満である。103℃の溶出量が全溶出量の0.1質量%以上10質量%未満であることにより、分子量が高いエチレン重合体であっても容易に溶融、融解することができ、成形加工性に優れる。そのため、本実施形態のエチレン重合体を含む微多孔膜等の成形体は、機械強度に優れ、寸法精度にも優れるものとなる。
ここで「クロス分別クロマトグラフィー(CFC)」とは、結晶性分別を行う温度上昇溶出分別部(以下、「TREF部」ともいう。)と分子量分別を行うGPC部とを組み合わせた装置であって、TREF部とGPC部とを直接接続することにより組成分布と分子量分布の相互関係の解析を行うことが可能な装置である。なお、TREF部での測定を、CFCでの測定と記す場合がある。
TREF部による測定は、「Journal of Applied Polymer Science,Vol 26,4217−4231(1981)」に記載されている原理に基づき、以下のようにして行うことができる。測定の対象とするエチレン重合体をオルトジクロロベンゼン中で完全に溶解させる。その後、一定の温度で冷却して不活性担体表面に薄いポリマー層を形成させる。このとき結晶性の高い成分が最初に結晶化され、続いて、温度の低下に伴って結晶性の低い成分が結晶化される。次に温度を連続又は段階的に上昇させると、結晶性の低い成分から高い成分へと順に溶出し、所定の温度での溶出成分の濃度を検出することができる。本実施形態の「103℃の溶出量」とは、上記温度上昇時、103℃において溶出されたエチレン重合体の溶出量を示すものである。
エチレン重合体の各温度での溶出量、及び溶出積分量は、TREF部により、溶出温度−溶出量曲線を以下のように測定することで求めることができる。図1にカラムの温度プロファイルを示す。具体的には、まず、充填剤を含有したカラムを140℃に昇温し、エチレン重合体をオルトジクロロベンゼンに溶かした試料溶液(例えば、濃度:20mg/20ml)を導入して120分間保持する。
次に、降温速度0.5℃/分で40℃まで降温した後、20分間保持し、試料を充填剤表面に析出させる。その後、カラムの温度を、昇温速度20℃/分で順次昇温する。初めに40℃から60℃まで10℃間隔で昇温し、60℃から75℃まで5℃間隔で昇温し、75℃から90℃まで3℃間隔で昇温し、90℃から110℃まで1℃間隔で昇温し、110℃から120℃まで5℃間隔で昇温する。なお、各温度で21分間保持した後に昇温を行い、各温度で溶出した試料(エチレン重合体)の濃度を検出する。そして、試料(エチレン重合体)の溶出量(質量%)とその時のカラム内温度(℃)との値より、溶出温度−溶出量曲線(図2参照)を測定し、各温度での溶出量、及び溶出積分量が得られる。より具体的には、実施例に記載の方法により測定することができる。
103℃の溶出量を全溶出量の0.1質量%以上10質量%未満に調整するための手段としては、後述する回分式重合にすること、ジャケット冷却とコンデンサー冷却を併用し、重合温度変化を小さくすること、又はスラリー濃度を20質量%以下にすること等が挙げられる。
本実施形態のエチレン重合体のCFCで測定した40℃以上96℃未満の積分溶出量は、全溶出量の10質量%以下であることが好ましく、より好ましくは9.5質量%以下であり、さらに好ましくは9質量%以下である。また、40℃以上96℃未満の積分溶出量は、0.1質量%以上であることが好ましく、より好ましくは0.5質量%以上であり、さらに好ましくは1.0質量%以上である。40℃以上96℃未満の積分溶出量が上記範囲であることにより、ポリエチレン重合体を含むフィルムや微多孔膜等の成形体の強度がより優れる傾向にある。なお、40℃以上96℃未満の積分溶出量を上記範囲に制御する方法としては、特に限定されないが、103℃の溶出量の上記調整手段と同様の手段を適宜調整することが挙げられる。
本実施形態のエチレン重合体のCFCで測定した溶出ピークは2つ以上存在することが好ましい。十分な機械強度を発現する分子量を維持したまま、成形加工性を向上させるためには、非晶性成分由来の低温側溶出ピーク(101℃未満の溶出量)と結晶性成分由来の高温側溶出ピーク(101℃以上の溶出量)の2つ、或いは2つ以上の溶出ピークが存在することが好ましい。
また、低温側溶出ピークである96℃以上100℃未満の積分溶出量が全溶出量の55質量%以上であって、高温側溶出ピークである100℃以上104℃未満の積分溶出量が全溶出量の35質量%以下であることが好ましく、より好ましくは96℃以上100℃未満の積分溶出量が56質量%以上であり、100℃以上104℃未満の積分溶出量が34質量%以下であり、さらに好ましくは96℃以上100℃未満の積分溶出量が57質量%以上であり、100℃以上104℃未満の積分溶出量が33質量%以下である。96℃以上100℃未満の積分溶出量は、70質量%以下であることが好ましく、69質量%以下であることがより好ましく、68質量%以下であることがさらに好ましい。100℃以上104℃未満の積分溶出量は、20質量%以上であることが好ましく、より好ましくは21質量%以上であり、さらに好ましくは22質量%以上である。96℃以上100℃未満の積分溶出量と、100℃以上104℃未満の積分溶出量とが上記範囲であることにより、より機械強度に優れる成形体を与え、且つ成形加工性に優れるエチレン重合体、並びにこれを含む、延伸成形体、微多孔膜、及び電池用セパレーターとなる傾向にある。なお、96℃以上100℃未満の積分溶出量及び100℃以上104℃未満の積分溶出量を上記範囲に制御する方法としては、特に限定されないが、103℃の溶出量の上記調整手段と同様の手段を適宜調整することが挙げられる。
本実施形態のエチレン重合体のCFCで測定した101℃以上の溶出量において、最高溶出量(高温側溶出ピーク)になる温度での重量平均分子量(Mw)は、500,000以上であることが好ましく、520,000以上であることがより好ましく、540,000以上であることがさらに好ましい。また、上記重量平均分子量(Mw)は、1000,000以下であることが好ましく、980,000以下であることがより好ましく、960,000以下であることがさらに好ましい。高温側溶出ピークの最高溶出量になる温度での重量平均分子量(Mw)が500,000以上であることにより、機械強度により優れる傾向にある。さらに、微多孔膜が高温になり溶融して微多孔を塞いだ後でも膜として形状を保持する傾向にある。つまり、シャットダウン性に優れる膜になるため好ましい。
本実施形態のエチレン重合体としては、特に限定されないが、エチレン単独重合体、又はエチレンと、他のコモノマーとの共重合体が挙げられる。他のコモノマーとしては、特に限定されないが、例えば、α−オレフィン、ビニル化合物が挙げられる。上記α−オレフィンとしては、特に限定されないが、例えば、炭素数3〜20のα−オレフィンが挙げられ、具体的には、プロピレン、1−ブテン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘキセン、1−オクテン、1−ノネン、1−デセン、1−ウンデセン、1−ドデセン、1−トリデセン、1−テトラデセン等が挙げられる。さらに、上記ビニル化合物としては、特に限定されないが、例えば、ビニルシクロヘキサン、スチレン及びその誘導体等があげられる。また、必要に応じて、他のコモノマーとして、1,5−ヘキサジエン、1,7−オクタジエン等の非共役ポリエンを使用することもできる。上記共重合体は3元ランダム重合体であってもよい。他のコモノマーは1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
エチレン重合体は、機械強度、耐熱特性、及び熱収縮率の観点から単独重合体であることが好ましい。エチレン重合体が、エチレンと他のコモノマーとの共重合体を含む場合は、共重合体は、機械強度、及び耐熱特性が低下しない範囲でコモノマーを挿入することが好ましい。具体的には、上記共重合体中に占めるエチレンのモル比が、50%以上100%未満であることが好ましく、80%以上100%未満であることがより好ましく、90%以上100%未満であることがさらに好ましい。なお、エチレン重合体のコモノマー量は、赤外分析法、NMR法等で確認することができる。
本実施形態のエチレン重合体は、特に限定されないが、直鎖状であることが好ましい。直鎖状であることにより、微多孔膜に必要な耐熱性を発現することができ、さらに膜強度も高くなる傾向にある。なお、「直鎖状エチレン重合体」とは、ポリマー鎖中に長鎖(数平均分子量2,000以上)の分岐鎖が10個以上存在しないものをいう。エチレン重合体の分岐鎖は、赤外分析法、NMR法等で確認することができる。参照文献としては、高分子30巻7月号(1981年)545、プラスチック分析入門(丸善出版)等が挙げられる。
本実施形態のエチレン重合体の密度は、940kg/cm以上980kg/cm以下であることが好ましく、より好ましくは945kg/m以上980kg/cm以下、さらに好ましくは、950kg/m以上980kg/cm以下である。密度が上記範囲であることにより、本実施形態のエチレン重合体を含むフィルムや微多孔膜等の成形体の機械強度により優れる傾向にある。
本実施形態のエチレン重合体の示差走査熱量計(DSC)で測定した融点(Tm)は、133℃以上138℃以下であることが好ましく、より好ましくは134℃以上138℃以下であり、さらに好ましくは135℃以上138℃以下である。融点が上記範囲であることにより、高温環境での使用により優れる傾向にある。なお、融点は、実施例に記載の方法により測定することができる。
本実施形態のエチレン重合体のポリエチレン換算における分子量1,000,000以上の成分は、5%以上であることが好ましく、より好ましくは7質量%以上、さらに好ましくは10質量%以上である。また、ポリエチレン換算における分子量1,000,000以上の成分は、30質量%以下であることが好ましく、より好ましくは28質量%以下であり、さらに好ましくは26質量%以下である。ポリエチレン換算における分子量1,000,000以上の成分の含有量が上記範囲であることにより、本実施形態のエチレン重合体を含むフィルムや微多孔膜等の成形体の機械強度がより優れる傾向にある。なお、重合系内に連鎖移動剤として水素を存在させるか、又は重合温度を変化させること等によって、ポリエチレン換算の分子量1,000,000以上の成分量を調節することができる。
[触媒成分]
本実施形態のエチレン重合体の製造に使用される触媒成分は特に限定されず、チーグラー・ナッタ触媒やメタロセン触媒等を使用して製造することが可能である。
ここではチーグラー・ナッタ触媒について説明する。チーグラー・ナッタ触媒としては、固体触媒成分[A]及び有機金属化合物成分[B]からなる触媒であって、固体触媒成分[A]が、式1で表される不活性炭化水素溶媒に可溶である有機マグネシウム化合物(A−1)と式2で表されるチタン化合物(A−2)とを反応させることにより製造されるオレフィン重合用触媒であるものが好ましい。
(A−1):(Mα(Mg)β(R(R ・・・式1
(式中、Mは周期律表第12族、第13族及び第14族からなる群に属する金属原子であり、R及びRは炭素数2以上20以下の炭化水素基であり、Yはアルコキシ、シロキシ、アリロキシ、アミノ、アミド、−N=C−R、R、−SR(ここで、R、R及びRは炭素数1以上20以下の炭化水素基を表す。cが2の場合には、Yはそれぞれ異なっていてもよい。)、β−ケト酸残基のいずれかであり、α、β、a、b及びcは次の関係を満たす実数である。0≦α、0<β、0≦a、0≦b、0≦c、0<a+b、0≦b/(α+β)≦2、nα+2β=a+b+c(ここで、nはMの原子価を表す。))
(A−2):Ti(OR (4−d)・・・・・式2
(式中、dは0以上4以下の実数であり、Rは炭素数1以上20以下の炭化水素基であり、Xはハロゲン原子である。)
なお、(A−1)と(A−2)の反応に使用する不活性炭化水素溶媒としては、特に限定されないが、具体的には、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン等の脂肪族炭化水素;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素;及びシクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、デカリン等の脂環式炭化水素等が挙げられる。
まず、(A−1)について説明する。(A−1)は、不活性炭化水素溶媒に可溶な有機マグネシウムの錯化合物の形として示されているが、ジヒドロカルビルマグネシウム化合物及びこの化合物と他の金属化合物との錯体のすべてを包含するものである。記号α、β、a、b、cの関係式nα+2β=a+b+cは金属原子の原子価と置換基との化学量論性を示している。
式1において、R及びRで表される炭素数2以上20以下の炭化水素基は、特に限定されないが、具体的には、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基であり、例えば、エチル、プロピル、ブチル、プロピル、ヘキシル、オクチル、デシル、シクロヘキシル、フェニル基等が挙げられる。このなかでも、好ましくはアルキル基である。α>0の場合、金属原子Mとしては、周期律表第12族、第13族及び第14族からなる群に属する金属原子が使用でき、例えば、亜鉛、ホウ素、アルミニウム等が挙げられる。このなかでも、アルミニウム、亜鉛が好ましい。
金属原子Mに対するマグネシウムの比β/αには特に限定されないが、0.1以上30以下であることが好ましく、0.5以上10以下であることがより好ましい。また、α=0である所定の有機マグネシウム化合物を用いる場合、例えば、Rが1−メチルプロピル等の場合には不活性炭化水素溶媒に可溶であり、このような化合物も本実施形態に好ましい結果を与える。式1において、α=0の場合のR、Rは次に示す三つの群(1)、群(2)、群(3)のいずれか一つを満たすものであることが好ましい。
群(1)R、Rの少なくとも一方が炭素原子数4以上6以下である2級又は3級のアルキル基であることが好ましく、より好ましくはR、Rがともに炭素原子数4以上6以下のアルキル基であり、少なくとも一方が2級又は3級のアルキル基であること。
群(2)RとRとが炭素原子数の互いに相異なるアルキル基であることが好ましく、より好ましくはRが炭素原子数2又は3のアルキル基であり、Rが炭素原子数4以上のアルキル基であること。
群(3)R、Rの少なくとも一方が炭素原子数6以上の炭化水素基であることが好ましく、より好ましくはR、Rに含まれる炭素原子数を加算すると12以上になるアルキル基であること。
以下これらの基を具体的に示す。群(1)において炭素原子数4以上6以下である2級又は3級のアルキル基としては、具体的には、1−メチルプロピル、2−メチルプロピル、1,1−ジメチルエチル、2−メチルブチル、2−エチルプロピル、2,2−ジメチルプロピル、2−メチルペンチル、2−エチルブチル、2,2−ジメチルブチル、2−メチル−2−エチルプロピル基等が挙げられる。このなかでも1−メチルプロピル基が好ましい。
また、群(2)において炭素原子数2又は3のアルキル基としては、特に限定されないが、具体的には、エチル、1−メチルエチル、プロピル基等が挙げられる。このなかでもエチル基が好ましい。また炭素原子数4以上のアルキル基としては、特に限定されないが、具体的には、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル基等が挙げられる。このなかでも、ブチル、ヘキシル基が特に好ましい。
さらに、群(3)において炭素原子数6以上の炭化水素基としては、特に限定されないが、具体的には、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、フェニル、2−ナフチル基等が挙げられる。炭化水素基の中ではアルキル基が好ましく、アルキル基の中でもヘキシル、オクチル基がより好ましい。
一般に、アルキル基に含まれる炭素原子数が増えると不活性炭化水素溶媒に溶けやすくなる傾向にあり、また溶液の粘度が高くなる傾向にある。そのため適度な長鎖のアルキル基を用いることが取り扱い上好ましい。なお、上記有機マグネシウム化合物は不活性炭化水素溶媒で希釈して使用することができるが、該溶液中に微量のエーテル、エステル、アミン等のルイス塩基性化合物が含有され、又は残存していても差し支えなく使用できる。
次にYについて説明する。式1においてYはアルコキシ、シロキシ、アリロキシ、アミノ、アミド、−N=C−R,R、−SR(ここで、R、R及びRはそれぞれ独立に炭素数2以上20以下の炭化水素基を表す。)、β−ケト酸残基のいずれかである。
式1においてR、R及びRで表される炭化水素基としては、炭素原子数1以上12以下のアルキル基又はアリール基が好ましく、3以上10以下のアルキル基又はアリール基がより好ましい。特に限定されないが、具体的には、例えば、メチル、エチル、プロピル、1−メチルエチル、ブチル、1−メチルプロピル、1,1−ジメチルエチル、ペンチル、ヘキシル、2−メチルペンチル、2−エチルブチル、2−エチルペンチル、2−エチルヘキシル、2−エチル−4−メチルペンチル、2−プロピルヘプチル、2−エチル−5−メチルオクチル、オクチル、ノニル、デシル、フェニル、ナフチル基等が挙げられる。このなかでも、ブチル、1−メチルプロピル、2−メチルペンチル及び2−エチルヘキシル基がより好ましい。
また、式1においてYはアルコキシ基又はシロキシ基であることが好ましい。アルコキシ基としては、特に限定されないが、具体的には、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、1−メチルエトキシ、ブトキシ、1−メチルプロポキシ、1,1−ジメチルエトキシ、ペントキシ、ヘキソキシ、2−メチルペントキシ、2−エチルブトキシ、2−エチルペントキシ、2−エチルヘキソキシ、2−エチル−4−メチルペントキシ、2−プロピルヘプトキシ、2−エチル−5−メチルオクトキシ、オクトキシ、フェノキシ、ナフトキシ基であることが好ましい。このなかでも、ブトキシ、1−メチルプロポキシ、2−メチルペントキシ及び2−エチルヘキソキシ基であることがより好ましい。シロキシ基としては、特に限定されないが、具体的には、ヒドロジメチルシロキシ、エチルヒドロメチルシロキシ、ジエチルヒドロシロキシ、トリメチルシロキシ、エチルジメチルシロキシ、ジエチルメチルシロキシ、トリエチルシロキシ基等が好ましい。このなかでも、ヒドロジメチルシロキシ、エチルヒドロメチルシロキシ、ジエチルヒドロシロキシ、トリメチルシロキシ基がより好ましい。
本実施形態において(A−1)の合成方法には特に制限はなく、式RMgX、及び式R Mg(Rは前述の意味であり、Xはハロゲンである。)からなる群に属する有機マグネシウム化合物と、式M 及びM (n−1)H(M及びRは前述の意味であり、nはMの原子価を表す。)からなる群に属する有機金属化合物とを不活性炭化水素溶媒中、25℃以上150℃以下で反応させ、必要な場合には続いて式Y−H(Yは前述の意味である。)で表される化合物を反応させる、又はYで表される官能基を有する有機マグネシウム化合物及び/又は有機アルミニウム化合物を反応させることにより合成することが可能である。このうち、不活性炭化水素溶媒に可溶な有機マグネシウム化合物と式Y−Hで表される化合物とを反応させる場合、反応の順序については特に制限はなく、有機マグネシウム化合物中に式Y−Hで表される化合物を加えていく方法、式Y−Hで表される化合物中に有機マグネシウム化合物を加えていく方法、又は両者を同時に加えていく方法のいずれの方法も用いることができる。
本実施形態において、(A−1)における全金属原子に対するYのモル組成比c/(α+β)の範囲は0≦c/(α+β)≦2であり、0≦c/(α+β)<1であることが好ましい。全金属原子に対するYのモル組成比が2以下であることにより、(A−2)に対する(A−1)の反応性が向上する傾向にある。
次に、(A−2)について説明する。(A−2)は式2で表されるチタン化合物である。
(A−2):Ti(OR (4−d)・・・・・式2
(式中、dは0以上4以下の実数であり、Rは炭素数1以上20以下の炭化水素基であり、Xはハロゲン原子である。)
上記式2において、dは0以上1以下であることが好ましく、dが0であることがさらに好ましい。また、式2においてRで表される炭化水素基としては、特に限定されないが、具体的には、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、2−エチルヘキシル、ヘプチル、オクチル、デシル、アリル基等の脂肪族炭化水素基;シクロヘキシル、2−メチルシクロヘキシル、シクロペンチル基等の脂環式炭化水素基;フェニル、ナフチル基等の芳香族炭化水素基等が挙げられる。このなかでも、脂肪族炭化水素基が好ましい。Xで表されるハロゲンとしては、塩素、臭素、ヨウ素が挙げられる。このなかでも、塩素が好ましい。本実施形態において、(A−2)は四塩化チタンであることがより好ましい。本実施形態においては上記から選ばれた化合物を2種以上混合して使用することが可能である。
次に、(A−1)と(A−2)との反応について説明する。該反応は、不活性炭化水素溶媒中で行われることが好ましく、ヘキサン、ヘプタン等の脂肪族炭化水素溶媒中で行われることがより好ましい。上記反応における(A−1)と(A−2)とのモル比については特に限定されないが、(A−1)に含まれるMg原子に対する(A−2)に含まれるTi原子のモル比(Ti/Mg)が0.1以上10以下であることが好ましく、0.3以上3以下であることがより好ましい。反応温度については、特に限定されないが、−80℃以上150℃以下の範囲で行うことが好ましく、−40℃〜100℃の範囲で行うことがさらに好ましい。(A−1)と(A−2)の添加順序には特に制限はなく、(A−1)に続いて(A−2)を加える、(A−2)に続いて(A−1)を加える、(A−1)と(A−2)とを同時に添加する、のいずれの方法も可能であるが、(A−1)と(A−2)とを同時に添加する方法が好ましい。本実施形態においては、上記反応により得られた固体触媒成分[A]は、不活性炭化水素溶媒を用いたスラリー溶液として使用される。
本実施形態において使用されるチーグラー・ナッタ触媒成分の他の例としては、固体触媒成分[C]及び有機金属化合物成分[B]からなり、固体触媒成分[C]が、式3で表される不活性炭化水素溶媒に可溶である有機マグネシウム化合物(C−1)と、式4で表される塩素化剤(C−2)と、の反応により調製された担体(C−3)に、式5で表される不活性炭化水素溶媒に可溶である有機マグネシウム化合物(C−4)と、式6で表されるチタン化合物(C−5)と、を担持することにより製造されるオレフィン重合用触媒が好ましい。
(C−1):(Mγ(Mg)δ(R(R(OR10・・・・・式3
(式中、Mは周期律表第12族、第13族及び第14族からなる群に属する金属原子であり、R、R及びR10はそれぞれ炭素数2以上20以下の炭化水素基であり、γ、δ、e、f及びgは次の関係を満たす実数である。0≦γ、0<δ、0≦e、0≦f、0≦g、0<e+f、0≦g/(γ+δ)≦2、kγ+2δ=e+f+g(ここで、kはMの原子価を表す。))
(C−2):HSiCl11 (4−(h+i)) ・・・式4
(式中、R11は炭素数1以上12以下の炭化水素基であり、hとiは次の関係を満たす実数である。0<h、0<i、0<h+i≦4)
(C−4):(Mα(Mg)β(R(R ・・・式5
(式中、Mは周期律表第12族、第13族及び第14族からなる群に属する金属原子であり、R及びRは炭素数2以上20以下の炭化水素基であり、Yはアルコキシ、シロキシ、アリロキシ、アミノ、アミド、−N=C−R,R、−SR(ここで、R、R及びRは炭素数1以上20以下の炭化水素基を表す。cが2の場合には、Yはそれぞれ異なっていてもよい。)、β−ケト酸残基のいずれかであり、α、β、a、b及びcは次の関係を満たす実数である。0≦α、0<β、0≦a、0≦b、0≦c、0<a+b、0≦b/(α+β)≦2、nα+2β=a+b+c(ここで、nはMの原子価を表す。))
(C−5):Ti(OR (4−d) ・・・式6
(式中、dは0以上4以下の実数であり、Rは炭素数1以上20以下の炭化水素基であり、Xはハロゲン原子である。)
まず、(C−1)について説明する。(C−1)は、不活性炭化水素溶媒に可溶な有機マグネシウムの錯化合物の形として示されているが、ジヒドロカルビルマグネシウム化合物及びこの化合物と他の金属化合物との錯体のすべてを包含するものである。式3の記号γ、δ、e、f及びgの関係式kγ+2δ=e+f+gは金属原子の原子価と置換基との化学量論性を示している。
上記式中、RないしRで表される炭化水素基は、特に限定されないが、具体的には、それぞれアルキル基、シクロアルキル基又はアリール基であり、例えば、メチル、エチル、プロピル、ブチル、プロピル、ヘキシル、オクチル、デシル、シクロヘキシル、フェニル基等が挙げられる。このなかでも、好ましくはR及びRは、それぞれアルキル基である。α>0の場合、金属原子Mとしては、周期律表第12族、第13族及び第14族からなる群に属する金属原子が使用でき、例えば、亜鉛、ホウ素、アルミニウム等が挙げられる。このなかでも、アルミニウム、亜鉛が好ましい。
金属原子Mに対するマグネシウムの比δ/γは特に限定されないが、0.1以上30以下であることが好ましく、0.5以上10以下であることがさらに好ましい。また、γ=0である所定の有機マグネシウム化合物を用いる場合、例えば、Rが1−メチルプロピル等の場合には不活性炭化水素溶媒に可溶であり、このような化合物も本実施形態に好ましい結果を与える。式3において、γ=0の場合のR、Rは次に示す三つの群(1)、群(2)、群(3)のいずれか一つであることが好ましい。
群(1)R、Rの少なくとも一方が炭素数4以上6以下である2級又は3級のアルキル基であることが好ましく、より好ましくはR、Rがともに炭素数4以上6以下であり、少なくとも一方が2級又は3級のアルキル基であること。
群(2)RとRとが炭素数の互いに相異なるアルキル基であることが好ましく、より好ましくはRが炭素数2又は3のアルキル基であり、Rが炭素数4以上のアルキル基であること。
群(3)R、Rの少なくとも一方が炭素数6以上の炭化水素基であることが好ましく、より好ましくはR、Rに含まれる炭素数の和が12以上になるアルキル基であること。
以下、これらの基を具体的に示す。群(1)において炭素数4以上6以下である2級又は3級のアルキル基としては、具体的には、1−メチルプロピル、2−メチルプロピル、1,1−ジメチルエチル、2−メチルブチル、2−エチルプロピル、2,2−ジメチルプロピル、2−メチルペンチル、2−エチルブチル、2,2−ジメチルブチル、2−メチル−2−エチルプロピル基等が挙げられる。このなかでも、1−メチルプロピル基が好ましい。
また、群(2)において炭素数2又は3のアルキル基としてはエチル、1−メチルエチル、プロピル基等が挙げられる。このなかでも、エチル基が好ましい。また炭素数4以上のアルキル基としては、特に限定されないが、具体的には、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル基等が挙げられる。このなかでも、ブチル、ヘキシル基が好ましい。
さらに、群(3)において炭素数6以上の炭化水素基としては、特に限定されないが、具体的には、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、フェニル、2−ナフチル基等が挙げられる。炭化水素基の中ではアルキル基が好ましく、アルキル基の中でもヘキシル、オクチル基が好ましい。
一般に、アルキル基に含まれる炭素原子数が増えると不活性炭化水素溶媒に溶けやすくなる傾向にあり、溶液の粘度が高くなる傾向にある。そのため、適度な長鎖のアルキル基を用いることが取り扱い上好ましい。なお、上記有機マグネシウム化合物は不活性炭化水素溶液として使用されるが、該溶液中に微量のエーテル、エステル、アミン等のルイス塩基性化合物が含有され、或いは残存していても差し支えなく使用できる。
次にアルコキシ基(OR10)について説明する。R10で表される炭化水素基としては、炭素原子数1以上12以下のアルキル基又はアリール基が好ましく、3以上10以下のアルキル基又はアリール基がより好ましい。R10としては、特に限定されないが、具体的には、メチル、エチル、プロピル、1−メチルエチル、ブチル、1−メチルプロピル、1,1−ジメチルエチル、ペンチル、ヘキシル、2−メチルペンチル、2−エチルブチル、2−エチルペンチル、2−エチルヘキシル、2−エチル−4−メチルペンチル、2−プロピルヘプチル、2−エチル−5−メチルオクチル、オクチル、ノニル、デシル、フェニル、ナフチル基等が挙げられる。このなかでも、ブチル、1−メチルプロピル、2−メチルペンチル及び2−エチルヘキシル基が好ましい。
本実施形態においては、(C−1)の合成方法には特に限定しないが、式RMgX及び式R Mg(Rは前述の意味であり、Xはハロゲン原子である。)からなる群に属する有機マグネシウム化合物と、式M 及び式M (k−1)H(M、R及びkは前述の意味)からなる群に属する有機金属化合物とを不活性炭化水素溶媒中、25℃以上150℃以下の温度で反応させ、必要な場合には続いてR(Rは前述の意味である。)で表される炭化水素基を有するアルコール又は不活性炭化水素溶媒に可溶なRで表される炭化水素基を有するアルコキシマグネシウム化合物、及び/又はアルコキシアルミニウム化合物と反応させる方法が好ましい。
このうち、不活性炭化水素溶媒に可溶な有機マグネシウム化合物とアルコールとを反応させる場合、反応の順序については特に制限はなく、有機マグネシウム化合物中にアルコールを加えていく方法、アルコール中に有機マグネシウム化合物を加えていく方法、又は両者を同時に加えていく方法のいずれの方法も用いることができる。本実施形態において不活性炭化水素溶媒に可溶な有機マグネシウム化合物とアルコールとの反応比率については特に限定されないが、反応の結果、得られるアルコキシ基含有有機マグネシウム化合物における、全金属原子に対するアルコキシ基のモル組成比g/(γ+δ)は0≦g/(γ+δ)≦2であり、0≦g/(γ+δ)<1であることが好ましい。
次に、(C−2)について説明する。(C−2)は式4で表される、少なくとも一つはSi−H結合を有する塩化珪素化合物である。
(C−2):HSiCl11 (4−(h+i))・・・・・式4
(式中、R11は炭素数1以上12以下の炭化水素基であり、hとiは次の関係を満たす実数である。0<h、0<i、0<h+i≦4)
式4においてR11で表される炭化水素基は、特に限定されないが、具体的には、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基であり、例えば、メチル、エチル、プロピル、1−メチルエチル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、オクチル、デシル、シクロヘキシル、フェニル基等が挙げられる。このなかでも、炭素数1以上10以下のアルキル基が好ましく、メチル、エチル、プロピル、1−メチルエチル基等の炭素数1〜3のアルキル基がより好ましい。また、h及びiはh+i≦4の関係を満たす0より大きな数であり、iが2以上3以下であることが好ましい。
これらの化合物としては、特に限定されないが、具体的には、HSiCl、HSiClCH、HSiCl、HSiCl(C)、HSiCl(2−C)、HSiCl(C)、HSiCl(C)、HSiCl(4−Cl−C)、HSiCl(CH=CH)、HSiCl(CH)、HSiCl(1−C10)、HSiCl(CHCH=CH)、HSiCl(CH)、HSiCl(C)、HSiCl(CH、HSiCl(C、HSiCl(CH)(2−C)、HSiCl(CH)(C)、HSiCl(C等が挙げられる。これらの化合物又はこれらの化合物から選ばれた二種類以上の混合物からなる塩化珪素化合物が使用される。この中でも、HSiCl、HSiClCH、HSiCl(CH、HSiCl(C)が好ましく、HSiCl、HSiClCHがより好ましい。
次に(C−1)と(C−2)との反応について説明する。反応に際しては(C−2)を予め、不活性炭化水素溶媒、1,2−ジクロルエタン、o−ジクロルベンゼン、ジクロルメタン等の塩素化炭化水素;ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル系媒体;又はこれらの混合媒体、を用いて希釈した後に利用することが好ましい。このなかでも、触媒の性能上、不活性炭化水素溶媒がより好ましい。(C−1)と(C−2)との反応比率には特に限定されないが、(C−1)に含まれるマグネシウム原子1molに対する(C−2)に含まれる珪素原子が0.01mol以上100mol以下であることが好ましく、0.1mol以上10mol以下であることがより好ましい。
(C−1)と(C−2)との反応方法については特に制限はなく、(C−1)と(C−2)とを同時に反応器に導入しつつ反応させる同時添加の方法、(C−2)を事前に反応器に仕込んだ後に(C−1)を反応器に導入させる方法、又は(C−1)を事前に反応器に仕込んだ後に(C−2)を反応器に導入させる方法のいずれの方法も使用することができる。このなかでも、(C−2)を事前に反応器に仕込んだ後に(C−1)を反応器に導入させる方法が好ましい。上記反応により得られる担体(C−3)は、ろ過又はデカンテーション法により分離した後、不活性炭化水素溶媒を用いて充分に洗浄し、未反応物又は副生成物等を除去することが好ましい。
(C−1)と(C−2)との反応温度については特に限定されないが、25℃以上150℃以下であることが好ましく、30℃以上120℃以下であることがより好ましく、40℃以上100℃以下であることがさらに好ましい。(C−1)と(C−2)とを同時に反応器に導入しつつ反応させる同時添加の方法においては、あらかじめ反応器の温度を所定温度に調節し、同時添加を行いながら反応器内の温度を所定温度に調節することにより、反応温度は所定温度に調節することが好ましい。(C−2)を事前に反応器に仕込んだ後に(C−1)を反応器に導入させる方法においては、該塩化珪素化合物を仕込んだ反応器の温度を所定温度に調節し、該有機マグネシウム化合物を反応器に導入しながら反応器内の温度を所定温度に調節することにより、反応温度は所定温度に調節することが好ましい。(C−1)を事前に反応器に仕込んだ後に(C−2)を反応器に導入させる方法においては、(C−1)を仕込んだ反応器の温度を所定温度に調節し、(C−2)を反応器に導入しながら反応器内の温度を所定温度に調節することにより、反応温度は所定温度に調節される。
次に、有機マグネシウム化合物(C−4)について説明する。(C−4)は、前述の式5で表されるものである。
(C−4):(Mα(Mg)β(R(R ・・・式5
(式中、Mは周期律表第12族、第13族及び第14族からなる群に属する金属原子であり、R及びRは炭素数2以上20以下の炭化水素基であり、Yはアルコキシ、シロキシ、アリロキシ、アミノ、アミド、−N=C−R,R、−SR(ここで、R、R及びRは炭素数1以上20以下の炭化水素基を表す。cが2の場合には、Yはそれぞれ異なっていてもよい。)、β−ケト酸残基のいずれかであり、α、β、a、b及びcは次の関係を満たす実数である。0≦α、0<β、0≦a、0≦b、0<a+b、0≦b/(α+β)≦2、nα+2β=a+b+c(ここで、nはMの原子価を表す。))
(C−4)の使用量は、(C−5)に含まれるチタン原子に対する(C−4)に含まれるマグネシウム原子のモル比で0.1以上10以下であることが好ましく、0.5以上5以下であることがより好ましい。
(C−4)と(C−5)との反応の温度については特に限定されないが、−80℃以上150℃以下であることが好ましく、−40℃以上100℃以下の範囲であることがより好ましい。
(C−4)の使用時の濃度については特に限定されないが、(C−4)に含まれるチタン原子基準で0.1mol/L以上2mol/L以下であることが好ましく、0.5mol/L以上1.5mol/L以下であることがより好ましい。なお、(C−4)の希釈には不活性炭化水素溶媒を用いることが好ましい。
(C−3)に対する(C−4)と(C−5)の添加順序には特に制限はなく、(C−4)に続いて(C−5)を加える、(C−5)に続いて(C−4)を加える、(C−4)と(C−5)とを同時に添加する、のいずれの方法も可能である。このなかでも、(C−4)と(C−5)とを同時に添加する方法が好ましい。(C−4)と(C−5)との反応は不活性炭化水素溶媒中で行われるが、ヘキサン、ヘプタン等の脂肪族炭化水素溶媒を用いることが好ましい。かくして得られた触媒は、不活性炭化水素溶媒を用いたスラリー溶液として使用される。
次に(C−5)について説明する。本実施形態において、(C−5)は前述の式6で表されるチタン化合物である。
(C−5):Ti(OR (4−d)・・・・・式6
(式中、dは0以上4以下の実数であり、Rは炭素数1以上20以下の炭化水素基であり、Xはハロゲン原子である。)
式6においてRで表される炭化水素基としては、特に限定されないが、具体的には、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、2−エチルヘキシル、ヘプチル、オクチル、デシル、アリル基等の脂肪族炭化水素基;シクロヘキシル、2−メチルシクロヘキシル、シクロペンチル基等の脂環式炭化水素基;フェニル、ナフチル基等の芳香族炭化水素基等が挙げられる。このなかでも、脂肪族炭化水素基が好ましい。Xで表されるハロゲンとしては、特に限定されないが、具体的には、塩素、臭素、ヨウ素が挙げられる。このなかでも、塩素が好ましい。上記から選ばれた(C−5)を、1種単独で用いてもよいし、2種以上混合して使用することが可能である。
(C−5)の使用量としては特に限定されないが、担体(C−3)に含まれるマグネシウム原子に対するモル比で0.01以上20以下が好ましく、0.05以上10以下がより好ましい。
(C−5)の反応温度については、特に限定されないが、−80℃以上150℃以下であることが好ましく、−40℃以上100℃以下の範囲であることがさらに好ましい。
本実施形態においては、(C−3)に対する(C−5)の担持方法については特に限定されず、(C−3)に対して過剰な(C−5)を反応させる方法や、第三成分を使用することにより(C−5)を効率的に担持する方法を用いてもよいが、(C−5)と有機マグネシウム化合物(C−4)との反応により担持する方法が好ましい。
次に、本実施形態における有機金属化合物成分[B]について説明する。本実施形態の固体触媒成分は、有機金属化合物成分[B]と組み合わせることにより、高活性な重合用触媒となる。有機金属化合物成分[B]は「助触媒」と呼ばれることもある。有機金属化合物成分[B]としては、周期律表第1族、第2族、第12族及び第13族からなる群に属する金属を含有する化合物であることが好ましく、特に有機アルミニウム化合物及び/又は有機マグネシウム化合物が好ましい。
有機アルミニウム化合物としては、下記式7で表される化合物を単独又は混合して使用することが好ましい。
AlR12 (3−j) ・・・式7
(式中、R12は炭素数1以上20以下の炭化水素基、Zは水素、ハロゲン、アルコキシ、アリロキシ、シロキシ基からなる群に属する基であり、jは2以上3以下の数である。)
上記の式7において、R12で表される炭素数1以上20以下の炭化水素基は、特に限定されないが、具体的には、脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素、脂環式炭化水素を包含するものであり、例えば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、トリブチルアルミニウム、トリ(2−メチルプロピル)アルミニウム(又は、トリイソブチルアルミニウム)、トリペンチルアルミニウム、トリ(3−メチルブチル)アルミニウム、トリヘキシルアルミニウム、トリオクチルアルミニウム、トリデシルアルミニウム等のトリアルキルアルミニウム;ジエチルアルミニウムクロリド、エチルアルミニウムジクロリド、ビス(2−メチルプロピル)アルミニウムクロリド、エチルアルミニウムセスキクロリド、ジエチルアルミニウムブロミド等のハロゲン化アルミニウム化合物;ジエチルアルミニウムエトキシド、ビス(2−メチルプロピル)アルミニウムブトキシド等のアルコキシアルミニウム化合物;ジメチルヒドロシロキシアルミニウムジメチル、エチルメチルヒドロシロキシアルミニウムジエチル、エチルジメチルシロキシアルミニウムジエチル等のシロキシアルミニウム化合物;及びこれらの混合物が好ましい。このなかでも、トリアルキルアルミニウム化合物がより好ましい。
有機マグネシウム化合物としては、前述の式3で表される不活性炭化水素溶媒に可溶である有機マグネシウム化合物が好ましい。
(Mγ(Mg)δ(R(R(OR10・・・・・式3
(式中、Mは周期律表第12族、第13族及び第14族からなる群に属する金属原子であり、R、R及びR10はそれぞれ炭素数2以上20以下の炭化水素基であり、γ、δ、e、f及びgは次の関係を満たす実数である。0≦γ、0<δ、0≦e、0≦f、0≦g、0<e+f、0≦g/(γ+δ)≦2、kγ+2δ=e+f+g(ここで、kはMの原子価を表す。))
この有機マグネシウム化合物は、不活性炭化水素溶媒に可溶な有機マグネシウムの錯化合物の形として示されているが、ジアルキルマグネシウム化合物及びこの化合物と他の金属化合物との錯体の全てを包含するものである。γ、δ、e、f、g、M、R、R、OR10についてはすでに述べたとおりであるが、この有機マグネシウム化合物は不活性炭化水素溶媒に対する溶解性が高いほうが好ましいため、β/αは0.5〜10の範囲にあることが好ましく、またMがアルミニウムである化合物がさらに好ましい。
固体触媒成分及び有機金属化合物成分[B]を重合条件下である重合系内に添加する方法については特に制限はなく、両者を別々に重合系内に添加してもよいし、あらかじめ両者を反応させた後に重合系内に添加してもよい。また組み合わせる両者の比率には特に限定されないが、固体触媒成分1gに対し有機金属化合物成分[B]は1mmol以上3,000mmol以下であることが好ましい。
[エチレン重合体の製造方法]
本実施形態のエチレン重合体の製造方法における重合法は、懸濁重合法或いは気相重合法により、エチレン、又はエチレンを含む単量体を(共)重合させる方法が挙げられる。このなかでも、重合熱を効率的に除熱できる懸濁重合法が好ましい。懸濁重合法においては、媒体として不活性炭化水素媒体を用いることができ、さらにオレフィン自身を溶媒として用いることもできる。
上記不活性炭化水素媒体としては、特に限定されないが、具体的には、プロパン、ブタン、イソブタン、ペンタン、イソペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン、ドデカン、灯油等の脂肪族炭化水素;シクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロペンタン等の脂環式炭化水素;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素;エチルクロライド、クロルベンゼン、ジクロロメタン等のハロゲン化炭化水素又はこれらの混合物等を挙げることができる。
本実施形態のエチレン重合体の製造方法における重合温度は、通常、30℃以上100℃以下が好ましく、35℃以上95℃以下がより好ましく、40℃以上90℃以下がさらに好ましい。重合温度が30℃以上であることにより、工業的に効率的な製造が可能である。一方、重合温度が100℃以下であることにより、連続的に安定運転が可能である。
また、局所的な高温状態を抑制する観点から、重合温度の制御は、ジャケットと気化した溶媒等を冷却するコンデンサーを併用することが好ましい。局所的な高温状態になることを防止することで、エチレン重合体が重合器に付着することが抑制され、安定的な生産ができるようになる傾向にある。また、付着したエチレン重合体の分子量が大きくなり過ぎて、その超高分子量体が未溶融物になることを防止できる傾向にある。さらには、逆に分子量が小さくなり過ぎて、フィルムや膜の機械強度が低下することも防止できる傾向にある。
本実施形態のエチレン重合体の製造方法における重合圧力は、通常、常圧以上2MPa以下が好ましく、より好ましくは0.1MPa以上1.5MPa以下、さらに好ましくは0.1MPa以上1.0MPa以下である。
重合反応は、回分式、半連続式、連続式のいずれの方法において行なうことができるが、回分式で重合することが好ましい。回分式であれば、本実施形態の分子量分布や分子量組成等を適宜調整しやすくなり、生成したエチレン重合体パウダーの粒度分布も均一化される傾向にある。よって、本実施形態のエチレン重合体を得るためには、回分式が好ましい。重合を反応条件の異なる2段以上に分けて行なうことも可能である。
エチレン重合体の分子量の調整は、西独国特許出願公開第3127133号明細書に記載されているように、重合系に水素を存在させるか、又は重合温度を変化させること等によって調節することができる。重合系内に連鎖移動剤として水素を添加することにより、分子量を適切な範囲で制御することが可能である。重合系内水素を添加する場合、水素のモル分率は、0mol%以上30mol%以下であることが好ましく、0mol%以上25mol%以下であることがより好ましく、0mol%以上20mol%以下であることがさらに好ましい。
さらに、水素は逐次的に系内に添加することができる。水素濃度を重合反応中に変化させることで、分子量分布や分子量組成等を適宜調整することができる。
本実施形態のエチレン重合体の製造方法におけるスラリー濃度は、重合温度制御や大粒径のエチレン重合体パウダーの生成を抑制する観点から、20質量%以下にすることが好ましく、より好ましくは18質量%以下、さらに好ましくは15質量%以下である。なお、「スラリー濃度」とは、全重合液に対するエチレン重合体パウダーの割合をいう。
本実施形態のエチレン重合体の製造方法における溶媒分離方法は、デカンテーション法、遠心分離法、フィルター濾過法等によって行えるが、エチレン重合体と溶媒との分離効率がよい遠心分離法がより好ましい。
本実施形態の耐熱性エチレン重合体の製造方法における乾燥温度は、通常、50℃以上150℃以下が好ましく、50℃以上140℃以下がより好ましく、50℃以上130℃以下がさらに好ましい。乾燥温度が50℃以上であることにより、効率的な乾燥が可能である。一方、乾燥温度が150℃以下であることにより、エチレン重合体の分解や架橋を抑制した状態で乾燥することが可能である。
本実施形態のエチレン重合体の製造方法におけるパウダーサイズは、フィルムや膜等のゲルを抑制する観点から、粒子径420μm以上の粒子の含有率が2質量%以下になるようにすることが好ましく、より好ましくは1.5質量%以下、さらに好ましくは1質量%以下である。篩によって大粒径パウダーを除去することで上記含有率を調整することもできる。
上記のように本実施形態のエチレン重合体は、フィルムや膜にした時の機械強度と成形加工性を両立できる材料であって、低分子量成分や超高分子量体の生成等を抑制することが重要である。本実施形態では、上記のような各項目以外にもエチレン重合体の製造に有用な他の公知の製造方法を含むことができる。
[添加剤]
さらに、本実施形態に係るエチレン重合体には、中和剤、酸化防止剤、及び耐光安定剤等の添加剤を添加してもよい。
中和剤はエチレン重合体中に含まれる塩素キャッチャー、或いは成形加工助剤等として使用される。中和剤としては、特に限定されないが、具体的には、カルシウム、マグネシウム、バリウム等のアルカリ土類金属のステアリン酸塩が挙げられる。中和剤の含有量は、特に限定されないが5,000ppm以下であることが好ましく、より好ましくは4,000ppm以下、さらに好ましくは3,000ppm以下である。メタロセン触媒を用いてスラリー重合法により得られるエチレン重合体は、触媒構成成分中からハロゲン成分を除外することも可能であり、この場合には中和剤は不要である。
酸化防止剤としては、特に限定されないが、具体的には、ジブチルヒドロキシトルエン、ペンタエリスチル−テトラキス[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]、オクタデシル−3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート等のフェノール系酸化防止剤が挙げられる。酸化防止剤の含有量は、特に限定されないが5,000ppm以下であることが好ましく、より好ましくは4,000ppm以下、さらに好ましくは3,000ppm以下である。
耐光安定剤としては、特に限定されないが、具体的には、2−(5−メチル−2−ヒドロキシフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(3−t−ブチル−5−メチル−2−ヒドロキシフェニル)−5−クロロベンゾトリアゾール等のベンゾトリアゾール系耐光安定剤;ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジン)セバケート、ポリ[{6−(1,1,3,3−テトラメチルブチル)アミノ−1,3,5−トリアジン−2,4−ジイル}{(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)イミノ}ヘキサメチレン{(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)イミノ}]等のヒンダードアミン系耐光安定剤が挙げられる。耐光安定剤の含有量は、特に限定されないが5,000ppm以下であることが好ましく、より好ましくは4,000ppm以下、さらに好ましくは3,000ppm以下である。
エチレン重合体中に含まれる添加剤の含有量は、エチレン重合体をテトラヒドロフラン(THF)を用いてソックスレー抽出により6時間抽出し、抽出液を液体クロマトグラフィーにより分離、定量することにより求めることができる。
本実施形態のエチレン重合体には、粘度平均分子量や分子量分布等が異なるエチレン重合体をブレンドすることもできるし、低密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン等の他の樹脂をブレンドして使用することもできる。
また、本実施形態のエチレン重合体は、パウダー状、又はペレット状であっても好適に使用することができる。
[用途]
上記のようにして得られるエチレン重合体は、高い耐熱性を有することができ、成形加工性に優れ、種々の加工方法により加工することができる。例えば、本実施形態のエチレン重合体を、溶媒で溶解して成形する場合には、未溶融物由来のゲルが無い成形体を得ることができる。また、溶媒で溶解しない状態でパウダーをそのまま押出し機で練る場合においても、分子量が高すぎることに由来する溶融流動性低下を抑制でき、溶融混練できない状態(未溶融物が残る、偏肉になる、或いは、押出し機負荷が大きくなり過ぎる)になることを抑制できる傾向にある。
また、エチレン重合体を含む成形体は種々の用途に応用されることができる。特にエチレン重合体は、延伸して加工される延伸成形体に好適である。例えば、エチレン重合体を含む成形体は、(二次)電池用セパレーター、特にはリチウムイオン二次電池セパレーター、高強度繊維、微多孔膜やゲル紡糸として好適である。微多孔膜の製造方法としては、具体的には、溶剤を用いた湿式法において、Tダイを備え付けた押出し機にて、押出し、延伸、抽出、乾燥を経る加工方法が挙げられる。このような微多孔膜は、リチウムイオン二次電池や鉛蓄電池に代表される二次電池用セパレーター、特にはリチウムイオン二次電池セパレーターに好適に使用できる。さらに、高強度繊維の製造方法としては、溶剤を用いた湿式法において、円形ダイスを備え付けた押出し機にて、ゲル状に押出し、延伸、抽出、乾燥を経る加工方法により、糸を得て、これをさらに延伸する加工方法が挙げられる。このような高強度繊維は、釣り糸、防刃手袋、船舶用ロープ、防弾チョッキ、装甲車の防弾カバー、魚網、スポーツ用品、縫合糸等に使用できる。
また高分子量エチレン重合体の特性である耐摩耗性、高摺動性、高強度、高衝撃性に優れた特徴を活かし、押出し成形やプレス成形や切削加工等の、ソリッドでの成形により、ギアやロール、カーテンレール、パチンコ球のレール、穀物等の貯蔵サイロの内張りシート、ゴム製品等の摺動付与コーティング、スキー板材及びスキーソール、トラックやシャベルカー等の重機のライニング材に使用することが挙げられる。また、焼結成形等では、フィルターや粉塵トラップ材等に使用できる。
以下、実施例及び比較例を用いて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明は以下の実施例により何ら限定されるものではない。
〔測定方法及び条件〕
(1)粘度平均分子量(Mv)
実施例及び比較例で製造したエチレン重合体の粘度平均分子量については、以下に示す方法によって求めた。まず、20mLのデカリン(デカヒドロナフタレン)中にエチレン重合体20mgを加え、150℃で2時間攪拌してポリマーを溶解させた。その溶液を135℃の恒温槽で、ウベローデタイプの粘度計を用いて、標線間の落下時間(t)を測定した。同様に、エチレン重合体の重量を変えて3点の溶液を作製し、落下時間を測定した。ブランクとしてエチレン重合体を入れていない、デカリンのみの落下時間(t)を測定した。以下の式に従って求めたポリマーの還元粘度(ηsp/C)をそれぞれプロットして濃度(C)(単位:g/dL)とポリマーの還元粘度(ηsp/C)の直線式を導き、濃度0に外挿した極限粘度([η])を求めた。
ηsp/C=(t/t−1)/C (単位:dL/g)
次に下記式Aを用いて、上記極限粘度([η])の値を用い、粘度平均分子量(Mv)を算出した。
Mv=(5.34×10)×[η]1.49 ・・・数式A
(2)分子量分布(Mw/Mn)
実施例及び比較例で製造したエチレン重合体20mgとo−ジクロロベンゼン15mLとを混合して、150℃で1時間撹拌することで調製したサンプル溶液について、下記の条件によりゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)の測定を行った。測定結果から、市販の単分散ポリスチレンを用いて作成した検量線に基づいて、数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)、及び分子量分布(Mw/Mn)を求めた。
・装置:Waters社製150−C ALC/GPC
・検出器:RI検出器
・移動相:o−ジクロロベンゼン(高速液体クロマトグラフ用)
・流量:1.0mL/分
・カラム:Shodex製AT−807Sを1本と東ソー製TSK−gelGMH−H6を2本連結したものを用いた。
・カラム温度:140℃
(3)ポリエチレン換算における分子量1,000,000以上の成分の含有率
(2)で求めたGPCチャートより、ポリエチレン換算における分子量1,000,000以上の成分の含有率を求めた。
(4)融点(Tm)
示差走査熱量計(パーキンエルマー社製DSC−7型装置)を用い、以下の条件で測定した。1)実施例及び比較例で製造したエチレン重合体試料約5mgをアルミパンに詰め200℃/分で200℃まで昇温し、200℃で5分間保持した。2)次に、200℃から10℃/分の降温速度で50℃まで降温し、降温完了後5分間保持した。3)次に、50℃から10℃/分の昇温速度で200℃まで昇温した。この3)の過程で観察される吸熱曲線より融解ピーク位置の最高温度を融点(℃)とした。
(5)CFC溶出量(TREF溶出量)
実施例及び比較例で製造したエチレン重合体について、昇温溶離分別(TREF)による溶出温度−溶出量曲線を以下のように測定し、各温度での溶出量、溶出積分量、及び高温側溶出ピークの最高溶出量になる温度での重量平均分子量(Mw)を求めた。
まず、充填剤を含有したカラムを140℃に昇温し、エチレン重合体をオルトジクロロベンゼンに溶かした試料溶液を導入して120分間保持した。次に、カラムの温度を、降温速度0.5℃/分で40℃まで降温した後、20分間保持し、試料を充填剤表面に析出させた。
その後、カラムの温度を、昇温速度20℃/分で順次昇温した。初めに40℃から60℃まで10℃間隔で昇温し、60℃から75℃まで5℃間隔で昇温し、75℃から90℃まで3℃間隔で昇温し、90℃から110℃まで1℃間隔で昇温し、110℃から120℃まで5℃間隔で昇温した。なお、各温度で21分間その温度を保持した後に昇温を行い、各温度で溶出した試料(エチレン重合体)の濃度を検出した。そして、試料(エチレン重合体)の溶出量(質量%)とそのときのカラム内温度(℃)との値より、溶出温度−溶出量曲線を測定し、各温度での溶出量、及び溶出積分量を求めた。図1にCFCの温度プロファイルを示す。
・装置:Polymer ChAR社製Automated 3D analyzer CFC−2
・カラム: ステンレススチールマイクロボールカラム(3/8”o.d x 150mm)
・溶離液:o−ジクロロベンゼン(高速液体クロマトグラフ用)
・試料溶液濃度:試料(エチレン重合体)20mg/o−ジクロロベンゼン20mL
・注入量:0.5mL
・ポンプ流量:1.0mL/分
・検出器:Polymer ChAR社製赤外分光光度計IR4
・検出波数:3.42μm
・試料溶解条件:140℃×120min溶解
(6)膜厚(μm)
実施例及び比較例で製膜した微多孔膜の膜厚は、東洋精機製の微小測厚器(タイプKBM(商標))を用いて室温23℃で測定した。
(7)偏肉特性
実施例及び比較例で製膜した微多孔膜の偏肉特性は、フィルムの幅方向に、接触式連続厚み測定装置(ANRITSU K310D安立電気株式会社製)を用いて厚みを測定し、チャート上で、1μm間隔で、ベースラインに対するピークの高さを読みとり、読み取った値により評価した。なお、ピークが複数発現する場合は各ピークの合計値とした。
(評価基準)
◎(非常によい) …0.1μm未満
○(問題なし) …0.1μm以上、0.3μm未満
×(悪い) …0.3μm以上
(8)平均欠点数
実施例及び比較例で製膜した微多孔膜中の未溶融ポリマー等に由来する0.5mm以上の欠点を目視により観測した。50m分のサンプルの全面の観測を行い、1m当りの平均欠点数を求めた。
(9)TD方向引張強度(MPa)、TD方向引張伸度(%)
TD方向(垂直方向)引張強度(MPa)及びTD方向引張伸度(%)は、JIS K7127に準拠し、島津製作所製の引張試験機、オートグラフAG−A型(商標)を用いて、実施例及び比較例で製造したポリエチレン重合体のTDサンプル(形状;幅10mm×長さ100mm)について測定した。また、TDサンプルはチャック間を50mmとし、サンプルの両端部(各25mm)の片面にセロハンテープ(日東電工包装システム(株)製、商品名:N.29)を貼ったものを用いた。さらに、試験中のサンプル滑りを防止するために、引張試験機のチャック内側に、厚み1mmのフッ素ゴムを貼り付けた。
TD方向引張伸度(%)は、破断に至るまでの伸び量(mm)をチャック間距離(50mm)で除して、100を乗じることにより求めた。
TD方向引張強度(MPa)は、破断時の強度を、試験前のサンプル断面積で除することで求めた。なお、TD方向引張強度(MPa)及びTD方向引張伸度(%)の測定は、温度23±2℃、チャック圧0.30MPa、引張速度200mm/分で行った。
[参考例]触媒合成例
〔固体触媒成分[A]の調製〕
充分に窒素置換された8Lステンレス製オートクレーブにヘキサン1,600mLを添加した。10℃で攪拌しながら1mol/Lの四塩化チタンヘキサン溶液800mLと1mol/Lの組成式AlMg(C11(OSiH)で表される有機マグネシウム化合物のヘキサン溶液800mLとを1時間かけて同時に添加した。添加後、ゆっくりと昇温し、10℃で1時間反応を継続させた。反応終了後、上澄み液を1,600mL除去し、ヘキサン1,600mLで3回洗浄することにより、固体触媒成分[A]を調製した。この固体触媒成分[A]1g中に含まれるチタン量は2.95mmolであった。
〔固体触媒成分[B]の調製〕
(1)(B−1)担体の合成
充分に窒素置換された8Lステンレス製オートクレーブに2mol/Lのヒドロキシトリクロロシランのヘキサン溶液1,000mLを仕込み、65℃で攪拌しながら組成式AlMg(C11(OCで表される有機マグネシウム化合物のヘキサン溶液2,550mL(マグネシウム2.68mol相当)を2時間かけて滴下し、さらに65℃で1時間攪拌しながら反応を継続させた。反応終了後、上澄み液を除去し、1,800mLのヘキサンで4回洗浄した。この固体((B−1)担体)を分析した結果、固体1g当たりに含まれるマグネシウムが8.02mmolであった。
(2)固体触媒成分[B]の調製
上記(B−1)担体110gを含有するヘキサンスラリー1,970mLに10℃で攪拌しながら1mol/Lの四塩化チタンヘキサン溶液110mLと1mol/Lの組成式AlMg(C11(OSiH)で表される有機マグネシウム化合物のヘキサン溶液110mLとを同時に15分間かけて添加した。添加後、10℃で1時間反応を継続させた。反応終了後、上澄み液を1,100mL除去し、ヘキサン1,100mLで1回洗浄することにより、固体触媒成分[B]を調製した。この固体触媒成分[B]1g中に含まれるチタン量は0.70mmolであった。
[実施例1]
(エチレン重合体の重合工程)
ヘキサン14L(総量)を入れた攪拌装置が付いたベッセル型30L重合反応器にエチレンと水素(エチレンと水素の総量100mol%に対して12〜18mol%)を断続的に水素濃度を変化させながら供給し、重合圧力を0.5MPaとした。助触媒としてトリイソブチルアルミニウム0.025mmolを添加し、その後、固体触媒成分[A]0.02g分を添加することで、重合反応を開始した。重合反応中も、エチレンを0.5L/分の一定速度でフィードした。重合温度はジャケット冷却とコンデンサー冷却により82℃(重合開始温度)から85℃(最高到達温度)に保った。
3時間経過後、重合温度を60℃まで降温し、反応器を脱圧することで未反応のエチレン及び水素を除去した。窒素で重合系内を置換した後、重合スラリーをメタノールに注いで、重合反応を完全に停止した。スラリー濃度は10.0質量%で、触媒活性は50,000g−PE/g−固体触媒成分[A]であった。
次に、重合スラリーをフィルター付き濾過槽に送り、ポリマーと溶媒を分離した。その後、熱風乾燥器で85℃、12時間加熱乾燥することで、実施例1のエチレン重合体を得た。
実施例1のエチレン重合体物性を測定したところ、粘度平均分子量(Mv)は442,000g/mol、分子量分布(Mw/Mn)は12.2であり、CFCで測定した103℃の溶出量が全溶出量の6.0質量%、40℃以上96℃未満の積分溶出量が全溶出量の9.5質量%、96℃以上100℃未満の積分溶出量が全溶出量の56.8質量%であって、100℃以上104℃未満の積分溶出量が全溶出量の32.5質量%であった。以上のような操作で得られたエチレン重合体の特性を表1に示す。また、図2にCFC測定により得られた溶出温度−溶出量曲線を示す。
(微多孔膜の製造方法)
パウダー状のエチレン重合体100質量部に、酸化防止剤としてペンタエリスリチル−テトラキス−[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]を0.3質量部添加し、タンブラーブレンダーを用いてドライブレンドすることにより、エチレン重合体組成物を得た。得られたエチレン重合体組成物を、窒素で置換を行った後に、二軸押出機へ窒素雰囲気下でフィーダーを介して投入した。さらに流動パラフィン(松村石油(株)製P−350(商標))65部をサイドフィードで押出機に注入し、設定温度200℃、スクリュー回転数240rpmで混練した。溶融混練物を、350メッシュ相当のスクリーンを装着したグノイス社製ディスクフィルタータイプの連続スクリーン交換機内を通過させた後、T−ダイより吐出し、ロールでキャストすることにより、厚み1,250μmのゲル状シートを成形した。
このゲル状シートを124℃で同時二軸延伸機を用いてMD倍率7.0倍、TD倍率6.4倍に延伸した後、この延伸フィルムをメチルエチルケトンに浸漬し、流動パラフィンを抽出除去して、その後乾燥させた。次に、延伸フィルムをTDテンターに導き、熱固定を行って実施例1の微多孔膜を得た。なお、熱固定時の延伸温度は128℃、倍率は2.0倍とし、その後の緩和時の温度は133℃、緩和率は0.80とした。得られた微多孔膜の物性を表1に示す。
[実施例2]
重合工程において、固体触媒成分[A]を用いずに、代わりに固体触媒成分[B]を用いたこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、実施例2のエチレン重合体を得た。微多孔膜は実施例1と同様の操作によって得た。
[実施例3]
重合工程において、水素濃度を6〜13mol%としたこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、実施例3のエチレン重合体を得た。微多孔膜は実施例1と同様の操作によって得た。
[実施例4]
重合工程において、固体触媒成分[A]を用いずに、代わりに固体触媒成分[B]を用いて、水素濃度を6〜13mol%としたこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、実施例4のエチレン重合体を得た。微多孔膜は実施例1と同様の操作によって得た。
[比較例1]
重合工程において、水素濃度を17〜23mol%としたこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、比較例1のエチレン重合体を得た。微多孔膜は実施例1と同様の操作によって得た。
[比較例2]
重合工程において、水素濃度を2〜8mol%としたこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、比較例2のエチレン重合体を得た。微多孔膜は実施例1と同様の操作によって得た。
[比較例3]
重合工程において、重合温度を72℃(重合開始温度)から76℃(最高到達温度)に保ち、エチレンと水素(97/3mol%)を供給しながら重合圧力を常に0.48MPaから0.50MPaに保ったこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、比較例3のエチレン重合体を得た。微多孔膜は実施例1と同様の操作によって得た。
[比較例4]
重合工程において、水素濃度を9〜21mol%とした以外は、実施例1と同様な操作を行い、比較例4のエチレン重合体を得た。微多孔膜は実施例1と同様の操作によって得た。
[比較例5]
重合工程において、エチレンの代わりに、エチレンと1−ブテンの96/4mol%混合ガスとし、水素濃度を14〜20mol%とした以外は実施例1と同様な操作により、比較例5のエチレン重合体パウダーを得た。微多孔膜は実施例1と同様な操作によって得た。
[比較例6]
ヘキサン、エチレン、水素、及び触媒を、攪拌装置が付いたベッセル型300L重合反応器に連続的に供給した。重合圧力は0.5MPaであった。重合温度はジャケット冷却により83℃に保った。ヘキサンは40L/hrで重合器の底部から供給した。固体触媒成分[A]と、助触媒としてトリイソブチルアルミニウムを使用した。固体触媒成分[A]は0.2g/hrの速度で重合器に添加し、トリイソブチルアルミニウムは10mmol/hrの速度で添加した。エチレン重合体の製造速度は9kg/hrであった。水素を、気相のエチレンに対する水素濃度が7mol%になるようにポンプで連続的に供給した。スラリー濃度は30.0質量%で、触媒活性は65,000g−PE/g−固体触媒成分[A]であった。重合スラリーは、重合反応器のレベルが一定に保たれるように連続的に圧力0.05Mpa、温度70℃のフラッシュドラムに抜き、未反応のエチレン及び水素を分離し、重合スラリーをメタノールに注いで、重合反応を完全に停止した。次に、重合スラリーは、重合反応器のレベルが一定に保たれるように連続的に遠心分離機に送り、ポリマーとそれ以外の溶媒等を分離した。その後、熱風乾燥器で85℃、12時間加熱乾燥することで、比較例6のエチレン重合体を得た。以上のような操作で得られたエチレン重合体の特性を表1に示す。微多孔膜は実施例1と同様の操作によって得た。
上記結果より、本発明のエチレン重合体は、機械強度に優れる成形体を与え、かつ溶解又は溶融性に優れるため、成形体中の未溶融物由来のゲル(欠点)や、偏肉が少なく成形加工性に優れるものとなることが分かる。また、比較例では平均欠点数が高く、溶解性が悪く溶け残ったエチレン重合体パウダーがそのまま残存した状態で膜に存在し、膜を延伸した時に、溶け残りのブツに由来する欠点が発生していたが、実施例の電解質膜では平均欠点数が低く、溶解性が良好であることが分かる。
本発明のエチレン重合体は、機械強度に優れる成形体を与え、本発明のエチレン重合体を含む、延伸成形体、微多孔膜、及び電池用セパレーターは強度や寸法精度に優れる。さらに、本発明のエチレン重合体は、成形加工性にも優れるため、未溶融物由来のゲルが無い成形体を得ることができ、微多孔膜やフィルムに好適に使用できるので高い産業上の利用可能性を有する。

Claims (11)

  1. 粘度平均分子量(Mv)が400,000以上700,000以下であり、
    分子量分布(Mw/Mn)が8.0以上15.0以下であり、
    クロス分別クロマトグラフィー(以下、「CFC」という。)で測定した103℃の溶出量が全溶出量の0.1質量%以上10質量%未満である、
    エチレン重合体。
  2. 単独重合体である、請求項1に記載のエチレン重合体。
  3. 直鎖状である、請求項1又は2に記載のエチレン重合体。
  4. 示差走査熱量計(DSC)で測定した融点が、133℃以上138℃以下である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のエチレン重合体。
  5. CFCで測定した40℃以上96℃未満の積分溶出量が、全溶出量の10質量%以下である、請求項1〜4のいずれか1項に記載のエチレン重合体。
  6. CFCで測定した96℃以上100℃未満の積分溶出量が、全溶出量の55質量%以上であって、
    CFCで測定した100℃以上104℃未満の積分溶出量が、全溶出量の35質量%以下である、請求項1〜5のいずれか1項に記載のエチレン重合体。
  7. CFCで測定した101℃以上の溶出量において、最高溶出量になる温度での重量平均分子量(Mw)が、500,000以上である、請求項1〜6のいずれか1項に記載のエチレン重合体。
  8. ポリエチレン換算における分子量1000,000以上の成分が、10質量%以上である、請求項1〜7のいずれか1項に記載のエチレン重合体。
  9. 請求項1〜8のいずれか1項に記載のエチレン重合体を含む、延伸成形体。
  10. 請求項1〜8のいずれか1項に記載のエチレン重合体を含む、微多孔膜。
  11. 請求項1〜8のいずれか1項に記載のエチレン重合体を含む、電池用セパレーター。
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