JP2016056360A - エチレン系重合体組成物及びそれよりなる成形体 - Google Patents

エチレン系重合体組成物及びそれよりなる成形体 Download PDF

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Abstract

【課題】成形性、耐久性及び衝撃強度に優れるうえに、高分子量ゲルに由来する凹凸が生じにくく、外観に優れた成形品を製造することができるエチレン系重合体組成物及びそれよりなる成形体の提供する。【解決手段】特性(I)〜(IV)を満足するエチレン系重合体(C)10〜90重量%と、特定のエチレン系重合体(D)5〜85重量%及び(E)5〜85重量%とを、含有するエチレン系重合体組成物。特性(I):特定の成分(A)及び成分(B)を多段重合してなる。特性(II):密度が、0.900〜0.968g/cm3である。特性(III):HLMFR(C)が、0.14〜70g/10分である。特性(IV):HLMFR(B)/HLMFR(A)が、1.5〜200である。【選択図】なし

Description

本発明はエチレン系重合体組成物及びそれよりなる成形体に関し、さらに詳しくは、成形性、耐久性及び衝撃強度に優れるうえに、高分子量ゲルに由来する凹凸が生じにくく、外観に優れた成形品を製造することができるエチレン系重合体組成物及びそれよりなる成形体に関する。
ポリエチレン樹脂は、成形加工性や各種物性に優れ、経済性や環境問題適応性が高いので、非常に広い技術分野における資材として重用され、広汎な用途に利用されている。そして、各種用途の要請に適合した樹脂とするために、2種類以上の樹脂成分を組み合わせることにより、重合体の分子量分布や組成を制御し、樹脂又は成形品の各種物性、成形性、成形品の外観等を改良する技術が種々提案されている。
2種類以上の樹脂成分を組み合わせる方法としては、各成分をそれぞれ重合した後で、溶融混練やドライブレンドによりブレンドする方法、多段重合を連続的に行なう方法、及び、これらを組合せて行なう方法等が提案されている。そして、被改質材料にブレンドすることにより、被改質材料の物性や外観等を改質する、樹脂用改質材を用いる方法も提案されている。そして、その際、各成分や改質材の混ざりが良くない場合には、成形品の外観の悪化、機械的強度等の物性の低下の原因となりうるため、各成分や改質材が十分に混ざり合うことが好ましい。
被改質材料にブレンドする樹脂改質材の例としては、特開2003−165873号公報で説明されるように、三酸化クロムを無機酸化物に担持させたいわゆるフィリップス系触媒、あるいはクロム化合物を無機酸化物に担持させた非焼成型クロム系の触媒を用いて重合されたポリエチレンが使われている。これらの方法により重合されたポリエチレンは、長鎖分岐を有するため伸張粘度が高く、成形品の肉厚分布が均一で、偏肉性が少ない特徴を有し、大型の製品を成形する際にもドローダウンが起こりにくく、易成形加工性の面から中空、押出し、フイルム、シートなどの多くの製品に使用されている。
被改質材料にブレンドする樹脂改質材のその他の例としては、シングルサイト触媒を担体に担持した触媒を用いた、分子量分布が相対的に小さいエチレン・α−オレフィン共重合体がある。該重合体は、特開2005−239749号公報で説明されるように、組成分布が狭いために機械強度に優れ、被改質材料の機械強度を著しく改善することができる。
しかし、特開2005−239749号公報で説明されるように、該エチレン・α−オレフィン共重合体は、分子量分布が狭いために、これを高分子量に重合し、被改質材料に添加して溶融混練した場合に、該エチレン・α−オレフィン共重合体の分散が十分でなく、最終的なブレンド材料に、高分子量ゲルが生じ、製品外観を損ねることが多い。このような高分子量ゲルは、高い粘度を有し、被改質材料とのブレンド後の粘度が十分に高い場合には、分散され得るが、これには、該高分子量成分の重量分率がかなり高いことが必要である。このため、ブレンドデザインの制約を受けると共に、ブレンド後の押出し特性が制約されることから、成形品の生産効率が悪くなる。
多段重合製品と単段重合製品とをブレンドする例としては、改良されたフィジカル特性を有するポリエチレン組成物を提供することを課題として、バイモーダル分子量分布を有する成分(A)を85〜99重量%及びユニモーダル分子量分布を有する成分(B)を含むポリエチレン組成物が知られている(特許文献1参照)。同特許文献では、成分(B)は、直鎖のエチレンコポリマーであって、分子量が150,000〜600,000、分子量分布が3.5〜9.5、メルトフローインデックスMFR21が0.5〜10の間、コントロールされた密度が910〜960kg/mの範囲内にあるもので、また前記成分Bは、チーグラー・ナッタ触媒又はメタロセン触媒を用いて、成分Aと別個に作られたもので、エンドプロダクトから計算された成分(B)の量が1〜15重量%の間であるポリエチレン組成物であり、一方、成分(A)は、第1重合ステップで低分子量フラクションを作成することが開示されている。
しかしながら、特許文献1のものは、溶融混練する際に高分子量成分である成分(B)と直接接する成分が、低分子量フラクションとなる可能性が高く、その分子量差に由来する粘度差が大きくなるために、多段重合製品の高分子量成分と、追加する単段重合製品の高分子量成分とが、十分に分散されないおそれがあり、そのため、高分子量ゲルが発生し、製品の高度な外観が求められる用途においては、外観不良となる可能性があった。
多段重合製品と2種類の単段重合製品とをブレンドする例としては、良好な外観を持ち、成形時の流動性に優れ、かつ耐摩耗性に優れるポリエチレン樹脂組成物及び該樹脂組成物からなる成形体を提供することを課題として、(i)密度が930〜980kg/mであり、かつ極限粘度[η]が3〜30dl/gである超高分子量ポリエチレン樹脂組成物(A)10〜75質量%と、(ii)荷重2.16kg、190℃で測定したときのMFR2が0.1g/10分以上、1g/10分未満であるポリエチレン成分(b−1)5〜80質量%及び、荷重2.16kg、190℃で測定したときのMFR2が1g/10分以上、30g/10分以下であるポリエチレン成分(b−2)5〜80質量%からなるポリエチレン樹脂組成物(B)とを含んで成るポリエチレン樹脂組成物(C)が知られている(特許文献2参照)。同特許文献では、超高分子量ポリエチレン樹脂組成物(A)が、極限粘度[η]が10〜40dl/gの超高分子量ポリエチレンからなるポリエチレン成分(a−1)10〜75質量%と、極限粘度[η]が0.1〜1dl/gの低分子量ないし高分子量ポリエチレンからなるポリエチレン成分(a−2)25〜90質量%を含んで成ることが開示されている。
高分子量成分の分散性は、次に述べるように、混合時に、高分子量成分に隣接する成分の粘度差が影響し、この粘度差が小さいほど、高分子量成分の分散性が向上すると考えられる。
一般的に、分子量の異なるポリエチレン同士、言い換えれば、粘度の異なるポリエチレン同士を溶融混合する場合、両者の粘度比が小さいほうが混ざりやすく、粘度比が大きくなりすぎると、粘度の高い高分子量の成分が分散不良により偏在化、ゲルとなり、外観不良の原因となることが知られている。
例えば、ニュートン流体においては、より詳細な研究がおこなわれており、粘度比の異なる液体同士を混合する場合において、高粘度液体が分散するための条件(キャピラリー数)が、混練様式別に両者の粘度比によって整理できることが報告されている(H.P.Grace:Chem.Eng.Commun.,14,225(1982))。
また、粘度比が異なる液体同士が混在する系に同じ歪を加えた場合、粘度比が大きい系ほど、高粘度液体の歪速度は小さくなり、分散不良の要因のとなることも報告されている(A.Biswas et al.:SPE−ANTEC, 336(1994))。
一方、ポリエチレン樹脂等は、非ニュートン流体であるため、粘度がせん断速度に依存するため上記知見を単純に適用することはできないが、上記知見を参考にすることができると考えられる。
特許文献2のものは、多段重合製品と単段重合製品とをブレンドする際の、超高分子量ポリエチレンからなるポリエチレン成分(a−1)に隣接する成分の粘度差の点について考慮されておらず記載がない。従って、特許文献2においては、外観の評価として射出成形品の光沢による方法が実証されているが、さらに厳しい外観の評価が行われた場合には、高分子量ゲルが発生し、分散性不良とされる可能性がある。
また、チーグラー・ナッタ触媒又はメタロセン触媒による重合製品と他の重合製品とをブレンドする例としては、例えば、以下に述べるようなポリエチレン樹脂組成物が知られている(特許文献3〜5参照)。
特許文献3には、40〜80質量%の、重量平均分子量の値が300000以上であり、多分散度Mw/Mnの値が1〜12である、高分子量のエチレンコポリマーと、20〜60質量%の、重量平均分子量の値が8000〜80000であり、多分散度Mw/Mnの値が2.5〜12である、低分子量のエチレンホモポリマー又はエチレンコポリマーと、を含み、温度190℃、負荷21.6kgの条件下で測定したメルトフローレートMFRの値が、6〜14g/10分であり、密度の値が、0.94〜0.97g/cmであり、耐環境応力亀裂性ESCRの値が、150hより大きい、二モード性ポリエチレンブレンドであって、前記ポリエチレンブレンドのブレンド品質をISO13949に従って測定した値が、3より小さいことを特徴とする、二モード性ポリエチレンブレンドが開示されている。
特許文献4には、メルトフローレートが0.0 1〜10g/10分、密度が880〜925Kg/mであり、メタロセン触媒を用いてエチレンと炭素原子数4〜12のα−オレフィンを共重合して得られる共重合体5〜95重量部と、メルトフローレートが1〜100g/10分であり、密度が926〜960Kg/mであり、メタロセン触媒又はチーグラー・ナッタ触媒を用いてエチレンと炭素原子数4〜12のα−オレフィンを共重合して得られるエチレン・α−オレフィン共重合体5〜95重量部からなり、密度が890〜940Kg/mの成分50〜95重量部と、メルトフローレートが0.01〜20g/10分であり、密度が940〜970Kg/mのエチレン重合体又はエチレン・α−オレフィンの共重合体からなる高密度ポリエチレンである成分5〜50重量部からなる樹脂組成物が開示されており、その樹脂組成物が透明性、剛性、縦方向(MD)と横方向(TD)の引裂強度のバランス、耐衝撃性、ヒートシール性、シュリンクパック性等に優れた延伸フィルムに適することも開示されている。
特許文献5には、メタロセン触媒より製造される特定の(I)エチレンとα−オレフィンとの共重合体60〜90重量%と、特定の(II)エチレン重合体又はエチレンとα−オレフィンとの共重合体10〜40重量%からなり、190℃、2.16kg荷重におけるメルトフローレートにおいて(I)に対する(II)のメルトフローレート比が0.8未満であることを特徴とするポリエチレン系樹脂組成物が開示されており、その樹脂組成物が、ホットタック性、ヒートシール強度などが良好で、フィッシュアイが少なく、低臭性に優れたシーラントフィルムに適することが開示されている。
しかしながら、これらの特許文献は、高分子量ゲルの発生を抑え、さらに優れた外観を有する成形品を得ることについて開示が不十分であり、更なる改良が望まれている。
こうした状況下に、高分子量成分を高度に分散することによって、高分子量ゲルの発生を抑え、成形性、耐久性及び衝撃強度に優れるうえに、高分子量ゲルに由来する凹凸が生じにくく、外観に優れた成形品を製造することができるポリエチレン樹脂組成物及びそれよりなる成形体に対する研究、開発が望まれているが、未だ十分とはいえないのが現状である。
特表平10−510569号公報 特開2006−036988号公報 特表2002−528586号公報 特開2005−089693号公報 特開2007−137920号公報
本発明の目的は、上記した従来技術の問題点に鑑み、成形性、耐久性及び衝撃強度に優れるうえに、高分子量ゲルに由来する凹凸が生じにくく、外観に優れた成形品を製造することができるエチレン系重合体組成物及びそれよりなる成形体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、特定の成分(A)及び成分(B)を多段重合してなり、密度、ハイロードメルトフローレート(JIS K7210に準じて、温度190℃、荷重21.60kgにて測定される、以下、「HLMFR」ともいう。)、成分(A)と成分(B)のHLMFRの比及び成分(A)と成分(B)の含有重量比の割合が特定のものであるエチレン系重合体(C)と、メタロセン触媒又はチーグラー触媒により製造され、特定の密度及びメルトフローレート(JIS K7210に準じて、温度190℃、荷重2.16kgにて測定される、以下、「MFR」ともいう。)であるエチレン系重合体(D)と、クロム触媒により製造され、特定の密度及びハイロードメルトフローレートであるエチレン系重合体(E)とを、それぞれ特定量含有するエチレン系重合体組成物が、分子量分布の比較的狭い高分子量成分を含むエチレン系重合体(C)と、エチレン系重合体(D)及び(E)との、各成分間の相溶性に優れるエチレン系重合体組成物であって、高分子量成分を高度に分散し、成形性、耐久性及び衝撃強度に優れるうえに、高分子量ゲルに由来する凹凸が生じにくく、外観に優れた成形品を製造することができるエチレン系重合体組成物及びそれよりなる成形体であることを見出し、本発明を完成するに至った。
また、本発明者らは、該エチレン系重合体組成物を用いた成形体が、成形性、耐久性及び衝撃強度に優れるうえに、高分子量ゲルに由来する凹凸が生じにくく、外観に優れた成形品であることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の第1の発明によれば、下記の特性(I)〜(IV)を満足するエチレン系重合体(C)10〜90重量%と、下記の特性(i)〜(iii)を満足するエチレン系重合体(D)5〜85重量%及び下記の特性(1)〜(3)を満足するエチレン系重合体(E)5〜85重量%とを含有することを特徴とするエチレン系重合体組成物が提供される。
特性(I):下記の成分(A)及び成分(B)を多段重合してなる。
成分(A):密度(A)が、0.900〜0.950g/cmであり、ハイロードメルトフローレート(HLMFR(A))が、0.1〜10g/10分であるエチレン系重合体。
成分(B):密度(B)が、0.900〜0.970g/cmであり、ハイロードメルトフローレート(HLMFR(B))が、0.5〜100g/10分であるエチレン系重合体。
特性(II):密度(C)が、0.900〜0.968g/cmである。
特性(III):ハイロードメルトフローレート(HLMFR(C))が、0.14〜70g/10分である。
特性(IV):HLMFR(A)に対するHLMFR(B)の割合(HLMFR(B)/HLMFR(A))が、1.5〜200である。
特性(i):メタロセン触媒又はチーグラー触媒により製造されたものである。
特性(ii):密度(D)が、0.900〜0.975g/cmである。
特性(iii):メルトフローレート(MFR(D))が、0.05〜1000g/10分である。
特性(1):クロム触媒により製造されたものである。
特性(2):密度(E)が、0.920〜0.965g/cmである。
特性(3):ハイロードメルトフローレート(HLMFR(E))が、1〜100g/10分である。
また、本発明の第2の発明によれば、第1の発明において、成分(A)及び成分(B)をこの順で多段重合してなるエチレン系重合体組成物が提供される。
また、本発明の第3の発明によれば、第1又は2の発明において、成分(A)及び成分(B)が、下記の特性(V)を満足するエチレン系重合体組成物が提供される。
特性(V):成分(A)と成分(B)との合計を基準として、成分(B)の含有重量比(X(B))に対する成分(A)の含有重量比(X(A))の割合(X(A)/X(B))が、0.11〜4である。
また、本発明の第4の発明によれば、第1〜3のいずれかの発明において、密度(W)が、0.910〜0.965g/cmであり、メルトフローレート(MFR(W))が、0.02〜2g/10分であることを特徴とするエチレン系重合体組成物が提供される。
また、本発明の第5の発明によれば、第1〜4のいずれかの発明において、メルトフローレート(MFR(W))とハイロードメルトフローレート(HLMFR(W))の比であるHLMFR(W)/MFR(W)が50〜150であることを特徴とするエチレン系重合体組成物が提供される。
また、本発明の第6の発明によれば、第1〜5のいずれかの発明において、成分(A)のゲルパーミエーション・クロマトグラフィー(GPC)で測定される重量平均分子量Mwと数平均分子量Mnとの比(Mw/Mn(A))が、2以上5未満であることを特徴とするエチレン系重合体組成物が提供される。
また、本発明の第7の発明によれば、第1〜6のいずれかの発明において、成分(A)及び成分(B)が、メタロセン触媒により重合されたエチレン系重合体であることを特徴とするエチレン系重合体組成物が提供される。
また、本発明の第8の発明によれば、第1〜6のいずれかの発明において、成分(A)及び成分(B)が、チーグラー触媒により重合されたエチレン系重合体であることを特徴とするエチレン系重合体組成物が提供される。
また、本発明の第9の発明によれば、第1〜8のいずれかの発明において、成分(A)及び成分(B)が、気相重合法又はスラリー重合法により重合されたものであることを特徴とするエチレン系重合体組成物が提供される。
また、本発明の第10の発明によれば、第1〜9のいずれかの発明において、成分(A)及び/又は成分(B)が、2段以上の多段重合により得られたものであることを特徴とするエチレン系重合体組成物が提供される。
また、本発明の第11の発明によれば、第1〜10のいずれかのエチレン系重合体組成物を成形してなることを特徴とする成形体が提供される。
また、本発明の第12の発明によれば、第11の発明において、シート成形してなることを特徴とする成形体が提供される。
また、本発明の第13の発明によれば、下記の特性(I)〜(IV)を満足するエチレン系重合体(C)10〜90重量%と、下記の特性(i)〜(iii)を満足するエチレン系重合体(D)5〜85重量%及び下記の特性(1)〜(3)を満足するエチレン系重合体(E)5〜85重量%を溶融混合することを特徴とするエチレン系重合体組成物の製造方法が提供される。
特性(I):下記の成分(A)及び成分(B)を多段重合してなる。
成分(A):密度(A)が、0.900〜0.950g/cmであり、ハイロードメルトフローレート(HLMFR(A)、JIS K7210に準じて、温度190℃、荷重21.60kgにて測定される)が、0.1〜10g/10分であるエチレン系重合体。
成分(B):密度(B)が、0.900〜0.970g/cmであり、ハイロードメルトフローレート(HLMFR(B))が、0.5〜100g/10分であるエチレン系重合体。
特性(II):密度(C)が、0.900〜0.968g/cmである。
特性(III):ハイロードメルトフローレート(HLMFR(C))が、0.14〜70g/10分である。
特性(IV):HLMFR(A)に対するHLMFR(B)の割合(HLMFR(B)/HLMFR(A))が、1.5〜200である。
特性(i):メタロセン触媒又はチーグラー触媒により製造されたものである。
特性(ii):密度(D)が、0.900〜0.975g/cmである。
特性(iii):メルトフローレート(MFR(D)、JIS K7210に準じて、温度190℃、荷重2.16kgにて測定される)が、0.05〜1000g/10分である。
特性(1):クロム触媒により製造されたものである。
特性(2):密度(E)が、0.920〜0.965g/cmである。
特性(3):ハイロードメルトフローレート(HLMFR(E))が、1〜100g/10分である。
本発明のエチレン系重合体組成物及びそれよりなる成形体は、高分子量成分(A)及び成分(B)を多段重合して得られる構造からなるエチレン系重合体(C)と、エチレン系重合体(D)及び(E)とを、それぞれ特定量含有するエチレン系重合体組成物であることから、高分子量成分(A)の粘度が高く、分子量分布が比較的狭い場合であっても、成分(C)の粒子の中心部分に存在する成分(B)が、被改質材料と溶融混練する際に、成分(A)の分散を促すため、両者の相溶性に優れるエチレン系重合体組成物であるという効果がある。さらに、分子量分布の比較的狭い高分子量成分を比較的少なく含み、被改質材料とブレンドした後の粘度をさほど高くすることなく、高度に分散することができ、成形性、耐久性及び衝撃強度に優れるうえに、高分子量ゲルに由来する凹凸が生じにくく、外観及び押出し特性に優れた成形品を製造することができるため、特に、シート成形品に好適なエチレン系重合体組成物であるという効果がある。
特にこうした作用効果は、エチレン系重合体(C)が成分(A)及び成分(B)をこの順で多段重合して得られる構造である場合に、より一層顕著である。
従って、本発明のエチレン系重合体組成物及びそれよりなる成形体は、物性及び外観が優れた成形体を得ることができるため、高度な物性及び外観が要求される分野での用途等に好適に使用できるという効果がある。
図1は典型的な伸長粘度のプロット図であり、伸長粘度の変曲点が観測される場合を説明する図である。 図2は典型的な伸長粘度のプロット図であり、伸長粘度の変曲点が観測されない場合を説明する図である。
本発明は、特性(I)〜(IV)を満足するエチレン系重合体(C)10〜90重量%と、特性(i)〜(iii)を満足するエチレン系重合体(D)5〜85重量%及び下記の特性(1)〜(3)を満足するエチレン系重合体(E)5〜85重量%とを含有することを特徴とするエチレン系重合体組成物、およびそれよりなる成形体に係るものである。
以下、本発明のエチレン系重合体(C)、特にそれを特徴付ける特性(I)〜(IV)、およびそのエチレン系重合体(C)の製造方法や樹脂用改質材、ならびにエチレン系重合体(D)、特にそれを特徴付ける特性(i)〜(iii)、およびそのエチレン系重合体(D)の製造方法、ならびにエチレン系重合体(E)、特にそれを特徴付ける特性(1)〜(3)、およびそのエチレン系重合体(E)の製造方法、さらにはエチレン系重合体組成物や成形体等について、項目毎に、詳細に説明する。
1.エチレン系重合体(C)
本発明のエチレン系重合体組成物に用いられるエチレン系重合体(C)は、下記の特性(I)〜(V)を満足することが好ましい。
特性(I):下記の成分(A)及び成分(B)を多段重合してなる。即ち、エチレン系重合体(C)は、成分(A)及び成分(B)の多段重合体である。なお、多段重合においては、成分(A)及び成分(B)の重合の順番は特に限定されないが、得られた樹脂組成物の特性の面や作業面等からみて、成分(A)及び成分(B)をこの順番で多段重合することが望ましい。
成分(A):密度(A)が、0.900〜0.950g/cmであり、ハイロードメルトフローレート(HLMFR(A))が、0.1〜10g/10分であるエチレン系重合体。
成分(B):密度(B)が、0.900〜0.970g/cmであり、ハイロードメルトフローレート(HLMFR(B))が、0.5〜100g/10分であるエチレン系重合体。
特性(II):密度(C)が、0.900〜0.968g/cmである。
特性(III):ハイロードメルトフローレート(HLMFR(C))が、0.14〜70g/10分である。
特性(IV):HLMFR(A)に対するHLMFR(B)の割合(HLMFR(B)/HLMFR(A))が、1.5〜200である。
特性(V):成分(A)と成分(B)との合計を基準として、成分(B)の含有重量比(X(B))に対する成分(A)の含有重量比(X(A))の割合(X(A)/X(B))が、0.11〜4である。
(1)特性(I)
(1−1)成分(A)
成分(A)は、エチレン系重合体であって、密度(A)が、0.900〜0.950g/cmであり、HLMFR(A)が、0.1〜10g/10分であることが必要である。
本発明における成分(A)の密度(A)は、0.900〜0.950g/cmであることが必要であり、好ましくは0.910〜0.935g/cm、さらに好ましくは0.915〜0.935g/cmである。密度(A)が0.900g/cm未満では、剛性が不十分となるため好ましくない。一方、密度(A)が0.950g/cmより大きいと機械強度が不十分となるため好ましくない。
なお、本明細書において、エチレン系重合体及びエチレン系重合体組成物の密度は、JIS K7112(1999年版):A法(水中置換法)により測定したときの値をいう。
密度(A)は、主に成分(A)の製造時のα−オレフィンの量により調整することができる。
本発明における成分(A)のハイロードメルトフローレート(HLMFR(A))は、0.1〜10g/10分であることが必要である。好ましくは0.1〜5g/10分、さらに好ましくは0.1〜3g/10分、好適には0.1以上1g/10分未満である。HLMFR(A)が0.1g/10分未満では、混ざり性が不十分となるため好ましくない。一方、HLMFR(A)が10g/10分より大きいと機械強度が不十分となるため好ましくない。
なお、本明細書において、エチレン系重合体及びエチレン系重合体組成物のHLMFRは、JIS K7210の「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)及びメルトボリュームフローレイト(MVR)の試験方法」に準拠して測定したときの値をいう。
HLMFR(A)は、主に成分(A)の製造時の水素量により調整することができる。
成分(A)のゲルパーミエーション・クロマトグラフィー(GPC)で測定される重量平均分子量Mwと数平均分子量Mnとの比(Mw/Mn(A))は、2以上5未満であることが好ましい。Mw/Mn(A)が2未満では、混ざり性が不十分となるため好ましくない。一方、Mw/Mn(A)が5より大きいと機械強度が不十分となるため好ましくない。
なお、本明細書において、エチレン系重合体及びエチレン系重合体組成物のMw/Mnは、ゲルパーミエーション・クロマトグラフィー(GPC)で測定される重量平均分子量Mwと数平均分子量Mnから計算される値をいう。
Mw/Mn(A)は、主に成分(A)の触媒種により調整することができる。
(1−2)成分(B)
成分(B)は、エチレン系重合体であって、密度(B)が、0.900〜0.970g/cmであり、HLMFR(B)が、0.5〜100g/10分であることが必要である。
本発明における成分(B)の密度(B)は、0.900〜0.970g/cmであることが必要であり、好ましくは0.910〜0.965g/cm、さらに好ましくは0.915〜0.965g/cmである。密度(B)が0.900g/cm未満では、剛性が不十分となるため好ましくない。一方、密度(B)が0.970g/cmより大きいと機械強度が不十分となるため好ましくない。
密度(B)は、主に成分(B)の製造時のα−オレフィンの量により調整することができる。
本発明における成分(B)のハイロードメルトフローレート(HLMFR(B))は、0.5〜100g/10分であることが必要である。好ましくは0.5〜80g/10分、さらに好ましくは0.5〜50g/10分である。HLMFR(B)がこの範囲にあると、エチレン系重合体(C)と(D)を溶融混練する際に高分子量成分(A)をより高度に分散するため好ましい。HLMFR(B)が0.5g/10分未満では、成分(B)の高分子量ゲルが発生し、混ざり性が不十分となるため好ましくない。一方、HLMFR(B)が100g/10分より大きいと成分(A)の分散が不十分となるため好ましくない。
HLMFR(B)は、主に成分(B)の製造時の水素量により調整することができる。
(2)特性(II)〜(V)
本発明のエチレン系重合体(C)は、特性(I)に加え、下記の特性(II)〜(V)を満足すること満足することが好ましい。
特性(II):密度(C)が、0.900〜0.968g/cmである。
特性(III):HLMFR(C)が、0.14〜70g/10分である。
特性(IV):HLMFR(A)に対するHLMFR(B)の割合(HLMFR(B)/HLMFR(A))が、1.5〜200である。
特性(V):成分(A)と成分(B)との合計を基準として、成分(B)の含有重量比(X(B))に対する成分(A)の含有重量比(X(A))の割合(X(A)/X(B))が、0.11〜4である。
(2−1)特性(II)
本発明のエチレン系重合体(C)の密度(C)は、0.900〜0.968g/cmであることが必要であり、好ましくは0.910〜0.959g/cm、さらに好ましくは0.915〜0.956g/cmである。密度(C)が0.900g/cm未満では、剛性が不十分となるため好ましくない。一方、密度(C)が0.968g/cmより大きいと機械強度が不十分となるため好ましくない。
密度(C)は、主に成分(A)、(B)それぞれの製造時のα−オレフィン量及び成分(A)、(B)の重合比率により調整することができる。
(2−2)特性(III)
本発明におけるエチレン系重合体(C)のハイロードメルトフローレート(HLMFR(C))は、0.14〜70g/10分であることが必要である。好ましくは0.15〜40g/10分、さらに好ましくは0.16〜20g/10分である。HLMFR(C)が0.14g/10分未満では、混ざり性が不十分となるため好ましくない。一方、HLMFR(C)が70g/10分より大きいと機械強度が不十分となるため好ましくない。
HLMFR(C)は、主に成分(A)、(B)それぞれの製造時の水素量及び成分(A)、(B)の重合比率により調整することができる。
(2−3)特性(IV)
本発明のエチレン系重合体(C)において、HLMFR(A)に対するHLMFR(B)の割合(HLMFR(B)/HLMFR(A))は、1.5〜200であることが必要である。好ましくは1.5〜100、さらに好ましくは1.5〜70である。
HLMFR(B)/HLMFR(A)の値は、成分(A)と成分(B)の粘度差を表すものと考えられる。従って、HLMFR(B)/HLMFR(A)がこの範囲にあると、成分(A)と成分(B)の粘度差が小さくなり、エチレン系重合体(C)とエチレン系重合体(D)及び(E)を溶融混練する際に高分子量成分(A)をより高度に分散するため、好ましい。HLMFR(B)/HLMFR(A)が1.5未満では、成分(A)と成分(B)の粘度差がほとんどないために、成分(B)の分子量が成分(A)に近づき、成分(A)同様高い粘度を示すようになり、成分(B)自身が成分(A)と共に、エチレン系重合体(C)とエチレン系重合体(D)及び(E)を溶融混練する際に、高分子量ゲルとなるため、好ましくない。一方、HLMFR(B)/HLMFR(A)が200より大きいと成分(A)と成分(B)の粘度差が大きすぎるために、成分(A)の分散が不十分となり好ましくない。
HLMFR(B)/HLMFR(A)は、主に成分(A)、(B)それぞれの製造時の水素量により調整することができる。
(2−4)特性(V)
本発明のエチレン系重合体(C)において、成分(A)と成分(B)との合計を基準として、成分(B)の含有重量比(X(B))に対する成分(A)の含有重量比(X(A))の割合(X(A)/X(B))が、0.11〜4であることが好ましい。好ましくは0.3〜3、さらに好ましくは0.4〜2.5である。
成分(A)及び成分(B)をこの順で多段重合する場合、X(A)/X(B)の値は、成分(C)の粒子の外表面に存在する、先に製造した高分子量成分(A)が、中心部に存在する後で製造した成分(B)により、溶融混練前の成分(C)の粒子の状態でどれだけ押し広げられ、拡散されるかを表すものと考えられる。従って、X(A)/X(B)がこの範囲にあると、溶融混練前の成分(C)の粒子の外表面に存在する、高分子量成分(A)の拡散が十分であるため好ましい。X(A)/X(B)が0.11未満では、実際の多段重合の場合、成分(A)の製造で比率調整のために触媒活性を落とす必要があり、成分(C)の生産性を落とすため好ましくない。一方、X(A)/X(B)が4より大きいと溶融混練前の成分(C)の粒子の外表面に存在する、高分子量成分(A)の拡散が不十分であるため好ましくない。
X(A)/X(B)は、主に成分(A)と成分(B)の各重合量により調整することができる。
(3)エチレン系重合体(C)の製造方法
本発明のエチレン系重合体(C)は、成分(A)及び成分(B)を多段重合して得たものであることが必要である。
本発明の多段重合においては、成分(A)及び成分(B)の重合の順番は特に限定されないが、得られた樹脂組成物の特性の面や作業面等からみて、成分(A)及び成分(B)をこの順番で多段重合することが望ましい。また、多段重合は、連続多段重合であることが好ましい。
一般に、高分子量成分の分散性は、混合時に、高分子量成分に隣接する成分の粘度差が影響し、この粘度差が小さいほど、高分子量成分の分散性が向上するとされている。
本発明のエチレン系重合体(C)は、上記特定の物性を満足し、好ましくは、成分(A)を先に重合し、その後、多段重合により、特定の成分(B)を製造するといった特定の製法により製造されることにより、エチレン系重合体(C)の粒子の外表面に高い確率で存在する、先に製造した高分子量成分(A)が、中心部に高い確率で存在する後で製造した成分(B)により、溶融混練前のエチレン系重合体(C)の粒子の状態で押し広げられ、拡散すると推定される。
エチレン系重合体(C)は、成分(A)が当該エチレン系重合体(C)の粒子の外表面に高い確率で存在し、成分(B)が当該エチレン系重合体(C)の粒子の中心部に高い確率で存在する構造であるものが好ましい。エチレン系重合体(C)における成分(A)と成分(B)の含有重量比は上述した通りである。
被改質材料との溶融混練時に高分子量成分(A)に隣接する成分としては、成分(B)の他に被改質材料が考えられるが、成分(A)の分散性に対する、成分(A)と被改質材料の粘度差の影響は、成分(A)と成分(B)の粘度差の影響と比較し、小さいと考えられる。これは、成分(A)が、連続重合で製造した成分(B)との親和性が高いために、後で加える被改質材料との粘度比よりも、成分(B)との粘度比の影響を強く受けるためと考えられる。
このようにして、本発明のエチレン系重合体(C)を用いた組成物の成形品においては、高分子量成分である成分(A)が高度に分散され、高分子量ゲルの発生も抑え、外観を損なうことなく成形品の機械強度を高度に改良することができるものと考えられる。
ここで、「高度に分散される」とは、具体的には、以下に述べる測定方法(<混ざり性評価法>)にて、フィッシュアイを測定したときに、評価が4以下であるものをいう。
従って、本発明のエチレン系重合体(C)が混合された組成物の成形品は、高分子量ゲルの発生が抑えられ、物性等の改良のために、分子量分布の比較的狭い高分子量成分を比較的少なく含み、被改質材料とブレンドした後の粘度がさほど高くないにもかかわらず成形品とした際には、分散性不良から生じる高分子量ゲルによる凹凸が発生せず、外観が優れたものとなると推定される。
<混ざり性評価法>
本発明の組成物のフィッシュアイは、以下の方法により測定することができる。
測定するサンプルを、厚さ0.35mmのモールドと、圧縮加工用及び冷却用の2つのプレス成形機により、第1の工程で180℃の温度、100kgf/cmの圧力にて圧縮加工し、第2の工程で30℃の温度、50kgf/cmの圧力で冷却して厚さ0.4mmのプレスシートを成形する。このプレスシートをカットし、50×50×0.4mmの試験片とする。
次に、当該試験片を、二軸延伸装置で延伸する。二軸延伸装置は、例えば、柴山科学器械製作所社製二軸延伸装置SS−60型を使用し、温度150℃、延伸速度60mm/minにて当該試験片を2倍に延伸する。延伸の手順は、当該試験片の端四方1cm部分を二軸延伸装置の4点のチャック部でチャックし、プレスシートのチャックしていない中央部分が30×30mmの正方形となるようにセットする。その後、この試験片を130〜170℃の温度に加熱し、対角し合うチャック間の距離が60mmとなるまで二軸延伸し、チャックをしていない中央部が約2倍に延伸したシートを作成する。
二軸延伸されたシートのほぼ中央に位置する30×30mmの正方形の範囲の表面を、反射式の3D顕微鏡を用いて画像撮影を行なう。3D顕微鏡の倍率は、10倍であり、撮影されるシートの範囲(一視野)は、10×10mmである。測定の信頼性を高めるため、当該測定は、1つのサンプルに対し、上記シート中央に位置する30×30mmの正方形の範囲で、各撮影視野が重ならないように、4回撮影を行なう。撮影された画像をフィッシュアイ部分、及び非フィッシュアイ部分(均一なマトリックス部分)に2値化処理する。2値化処理の条件は、測定者が、適宜探索し、設定することができる。
2値化処理された画像をスキャナーで読み込んでデジタル化し、画像データとする。
スキャナーの解像度は、600dpi以上であり、好ましくは900dpi以上である。スキャナーは、例えば、スキャナーGT−F670(EPSON社製、解像度:4800dpi)を用いることができる。
画像データの解析は、例えばパーソナルコンピュータとその上で実行されるソフトウェアプログラムにより実現される。画像データは、パーソナルコンピュータで処理することにより、粒子個々の面積、周囲長、長短径比、粒径、円形度などの特徴パラメータの算出を行なうことができる。この場合の特徴パラメータの算出は、一般に市販されている画像処理ソフトウェアなどを利用できる。市販の画像解析ソフトウェアとしては、例えば、三谷商事社製のWinROOF等を用いることができる。
画像データは、画像の黒色部分及び白色部分の配色のしきい値を定め、ある適当なレベルで2値化され処理される。2値化処理の条件は、測定者が、適宜、探索し設定することができる。
画像解析は、公知の手段により、各粒子の面積、周囲長、最大長、最大長垂直長(最大長に垂直な方向における長さ)などを算出し、それらから粒子の各種のパラメータを粒子ごとに算出することができる。算出されるパラメータには、粒子の円相当径(粒子の画像の面積に等しい面積の円の直径)、円形度(粒子の画像の面積に等しい面積の円の周囲長と画像の周囲長の比)、アスペクト比(粒子の画像の最大長と最大長垂直長の比)などがある。
なお、円相当径は、円相当径=(粒子の画像の面積値/π)1/2×2、円形度は、円形度=(粒子の画像の面積値を持つ円の周囲長)/(粒子の画像の周囲長)、アスペクト比は、(粒子の画像の最大長)/(粒子の画像の最大長垂直長)により算出される。
本発明において、フィッシュアイの測定として、画像中に占めるフィッシュアイの面積率を求める。1サンプルのフィッシュアイの面積率は、1つの試験片上で撮影された4視野で、それぞれ得られた測定値の平均値を算出する。
例えば、画像中に占めるフィッシュアイの面積率が0.2%以下の場合を「1」、0.2超〜0.5%の場合を「2」、0.5超〜3.0%の場合を「3」、3.0超〜5.0%の場合を「4」、5.0超〜10.0%の場合を「5」、10.0%超の場合を「6」として、評価することができる。
上記測定法によれば、例えば、射出成形品の光沢により評価する場合よりも、さらに細かいフィッシュアイの測定を行なうことができるため、高度な分散性の評価として用いることができる。
成分(A)及び成分(B)のエチレン系重合体の種類としては、エチレンの単独重合体及び/又はエチレンとα−オレフィンとの共重合体であることが好ましく、すなわち、エチレン系重合体であることが好ましいが、より機械強度を向上させるために、成分(A)及び成分(B)は、エチレン・α−オレフィン共重合体であることがさらに好ましい。
成分(A)及び成分(B)は、エチレンの単独重合又はエチレンと炭素数3〜12のα−オレフィン、例えば、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテン、1−オクテン等との共重合により得られる。また、改質を目的とする場合のジエンとの共重合も可能である。このとき使用されるジエン化合物の例としては、ブタジエン、1,4−ヘキサジエン、エチリデンノルボルネン、ジシクロペンタジエン等を挙げることができる。
なお、成分(A)及び成分(B)の重合の際のコモノマー含有率は、任意に選択することができるが、例えば、エチレンと炭素数3〜12のα−オレフィンとの共重合の場合には、エチレン系重合体中のα−オレフィン含有量は、0〜40モル%、好ましくは0〜30モル%である。
成分(A)及び成分(B)のエチレン系重合体の重合触媒は特に限定しないが、本発明の範囲におけるHLMFRと密度のバランスから、好ましくはメタロセン触媒又はチーグラー系触媒が用いられ、更に好適にはメタロセン触媒が用いられる。
チーグラー系触媒としては、遷移金属化合物と典型金属のアルキル化合物等の組み合わせからなるオレフィン配位重合触媒としてのチーグラー・ナッタ触媒、とりわけマグネシウム化合物にチタニウム化合物を担持させた固体触媒成分と有機アルミニウム化合物を組み合わせたいわゆるMg−Ti系チーグラー触媒(例えば、「触媒活用大辞典;2004年工業調査会発行」、「出願系統図−オレフィン重合触媒の変遷−;1995年発明協会発行」等を参照されたい。)は安価で高活性かつ重合プロセス適性に優れることから好適である。
中でも、特開昭54−142192号公報、特開昭54−148093号公報に記載されているような不活性担体物質担持Mg/Ti触媒、すなわち、例えば、無水MgClのテトラヒドロフラン溶液とTiClあるいはTiClの均一混合液を、あらかじめトリエチルアルミニウムで処理した多孔質シリカに含浸して乾燥乾固して得られる触媒や、特開昭63−117019号公報に記載されているような、有機アルミニウムの存在下でMg/Ti触媒にオレフィン予備重合を施して得られた触媒、例えば、MgClとTi(OnBu)とメチルハイドロジエンポリシロキサンの反応で得られた固体成分にTiClとメチルハイドロジエンポリシロキサンの混合液を導入して得られた触媒をトリエチルアルミニウム存在下、エチレン予備重合して得られた予備重合触媒、等が挙げられる。また、特開昭60−195108号公報に記載されているようなマグネシウム・アルミニウム複合体と4価のチタン化合物とを反応させて得られた低原子価のチタン原子を含有する触媒成分と有機アルミニウム化合物とを組み合わせたオレフィン重合用触媒、特開昭56−61406号公報等に記載されているようなマグネシウムエトキシド、トリn−ブトキシモノクロルチタン、n−ブタノールの均一混合物にエチルアルミニウムセスキクロライド等を滴下して得られる固体状触媒、特開2001−139635号公報等に記載されているようなマグネシウム、ハロゲン、チタン及び電子供与体を含むオレフィン重合用固体触媒、等が挙げられる。
本発明において、好ましくは、分子量分布や共重合組成分布の狭いエチレン系重合体を高い活性で製造することが出来るという理由により、好ましくは、下記一般式(a)で表されるマグネシウム化合物群の中から選択される化合物と、下記一般式(b)で表されるチタニウム化合物群の中から選択される化合物を少なくとも含むことを特徴とするMg−Ti系チーグラー触媒が用いられる。
一般式(a): Mg、MgO、又は、MgX (OR2−m−n
ここで、Xはハロゲン原子、好ましくは塩素原子であり、Rは炭素数1〜10の炭化水素基、好ましくは炭素数1〜6の炭化水素基、更に好ましくはメチル、エチル、プロピル、ブチルであり、Rは水素又は炭素数1〜10の炭化水素基、好ましくは炭素数1〜6の炭化水素基、更に好ましくはメチル、エチル、プロピル、ブチルである。m、nは各々、0≦m≦2、0≦n≦2、0≦m+n≦2を満たす数である。
上記一般式(a)の好ましい態様の一例は、Mg、MgO、MgClR (OR1−n、MgCl、MgX 1−m(OR)、Mg(OR、ただし、0≦m≦1、0≦n≦1であり、更に好ましい態様の一例は、Mg、MgO、MgClR、MgCl、MgX(OR)、Mg(ORであり、特に好ましい態様の一例は、MgCl、Mg(ORである。ただし、R、R、Xの定義は上記の通りである。
上記一般式(a)に含まれるマグネシウム化合物は、具体的には、以下に列挙することができる。
(1)Mg、MgO、MgF、MgCl、MgBr、MgI、MgClF、MgBrCl、MgClI等、
(2)Mg(CH、Mg(C、Mg(C、Mg(C、Mg(C13、Mg(C17、Mg(C1021、Mg(C、Mg(C11、Mg(C、Mg(C−CH、Mg(C−C、Mg(C−C、Mg(C(CH、Mg(CH−C、Mg(C−C、Mg(CH)(C)、Mg(C)(C)、Mg(CH)(C)、Mg(C)(C)等、
(3)Mg(OH)、Mg(OCH、Mg(OC、Mg(OC、Mg(OC、Mg(OC13、Mg(OC11、Mg(OC、Mg(OCH、Mg(OH)(OC)、Mg(OC)(OC)、Mg(OCCH
Mg(C)Cl、Mg(C)Br、Mg(C)I、Mg(C)Cl、
(4)Mg(C)Br、Mg(C)I等、
(5)Mg(OH)Cl、Mg(OH)Br、Mg(OH)I、Mg(OC)Cl、Mg(OC)Br、Mg(OCH5)I、Mg(OC)Cl、Mg(OC)Br、Mg(OC)I等、
(6)Mg(C)(OC)、Mg(C)(OC)、Mg(C)(OC)、Mg(C)(OC13)等、
それらの中でも好ましくは、Mg、MgO、MgCl、MgBr、MgI、Mg(CH、Mg(C、Mg(C、Mg(C、Mg(C)(C)、Mg(OCH、Mg(OC、Mg(OC、Mg(OC、Mg(OC13、Mg(C)Cl、Mg(C)Br、Mg(C)I、Mg(C)Cl、Mg(C)Br、Mg(C)I、Mg(OC)Cl、Mg(OC)Br、Mg(OC)Iであり、更に好ましくは、MgO、MgCl、Mg(C、Mg(C、Mg(C)(C)、Mg(OCH、Mg(OC、Mg(OC、Mg(OCであり、特に好ましくは、MgCl、Mg(C、Mg(C、Mg(C)(C)、Mg(OCである。
一般式(b): TiX (OR4−p
ここで、Xはハロゲン原子、好ましくは塩素原子であり、Rは炭素数1〜10の炭化水素基、好ましくは炭素数1〜6の炭化水素基、更に好ましくはメチル、エチル、プロピル、ブチルである。pは0≦p≦4を満たす数である。
上記一般式(b)の好ましい態様の一例は、TiCl(OR、TiCl(OR、TiCl(OR)、TiClであり、更に好ましい態様の一例は、TiCl(OR、TiClである。
ただし、Rの定義は上記の通りである。また、p=0の場合、すなわち、Ti(ORを使用する場合は、ハロゲン化剤が併用される。
ここで、ハロゲン化剤とは、Ti(ORの1つ以上の炭化水素オキシ基(OR)をハロゲンに置換する作用を有する化合物であれば特に制限はないが、例えば、本発明で記載されているマグネシウム化合物、アルミニウム化合物、ケイ素化合物のうち、ハロゲン原子を含有する化合物、あるいは、元素状態のハロゲン、塩化水素等のハロゲン化水素、クロロホルム等のハロアルカン、塩化チオニル、オキシ塩化リン、塩化アシル等のオキシハロゲン化物、三塩化リン、五塩化リン、塩化アンモニウム、塩化ホウ素等の非金属ハロゲン化物、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、塩化ジルコニウム、塩化バナジウム、塩化クロム、塩化マンガン、塩化鉄、塩化ニッケル、塩化スズ、塩化亜鉛等のハロゲン化金属、等が使用される。
上記一般式(b)に含まれるチタニウム化合物は、具体的には、以下に列挙することができる。
(1)TiF、TiCl、TiBr、TiI、TiFCl、TiBrCl、TiBrCl、TiBrCl、TiBrClI、等、
(2)Ti(OCH、Ti(OC、Ti(OC、Ti(OC、Ti(OC13、Ti(OC11、Ti(OC、Ti(OC17、Ti(OC1021、Ti(OCH、Ti(OCH、Ti(OCH11、Ti(OC、Ti(OC)(OC、Ti(OC(OC、Ti(OC(OC)、Ti(OCCH、Ti(OC)(OC)(OC13
(3)Ti(OCH)Cl、Ti(OCHCl、Ti(OCHCl、Ti(OC)Cl、Ti(OCCl、Ti(OCCl、Ti(OC)(OC)Cl、Ti(OC)Br、Ti(OC)I、Ti(OC)ClBr、Ti(OC)ClI、Ti(OC)ClBrI、Ti(OC)Cl、Ti(OCCl、Ti(OCCl、Ti(OC)Cl、Ti(OCCl、Ti(OCCl、Ti(OC)Br、Ti(OC)I、Ti(OC11Cl、Ti(OC13Cl、Ti(OCCl、Ti(OCCl、Ti(OC)Cl等、
それらの中でも好ましくは、TiCl、Ti(OCH、Ti(OC、Ti(OC、Ti(OC、Ti(OC13、Ti(OC11、Ti(OC、Ti(OCH)Cl、Ti(OCHCl、Ti(OCHCl、Ti(OC)Cl、Ti(OCCl、Ti(OCCl、Ti(OC)Cl、Ti(OCCl、Ti(OCCl、Ti(OC)Cl、Ti(OCCl、Ti(OCCl、Ti(OC11Cl、Ti(OC13Cl、Ti(OCCl、Ti(OCCl、Ti(OC)Clであり、更に好ましくは、TiCl、Ti(OC、Ti(OC、Ti(OC、Ti(OC)Cl、Ti(OCCl、Ti(OCCl、Ti(OC)Cl、Ti(OCCl、Ti(OCCl、Ti(OC)Cl、Ti(OCCl、Ti(OCClであり、特に好ましくは、TiCl、Ti(OC、Ti(OC、Ti(OC、Ti(OCCl、Ti(OCCl、Ti(OCClである。
メタロセン触媒としては、成分(A)及び成分(B)の多段重合に好適な重合触媒の例として、メタロセン系遷移金属化合物と助触媒成分からなるオレフィン重合触媒であるメタロセン触媒(例えば、「メタロセン触媒による次世代ポリマー工業化技術(上・下巻);1994年インターリサーチ社発行」等を参照されたい)は比較的安価で高活性かつ重合プロセス適性に優れ、更には分子量分布及び共重合組成分布が狭いエチレン系重合体が得られることから使用される。
中でも、特開昭60−35007号公報等に記載されているようないわゆるメタロセン錯体とアルモキサンとを含んでなるオレフィン重合用の触媒系や、特開平8−34809号公報、特開平8−127613号公報、特開平11−193306号公報、特表2002−515522号公報、等に記載されているようなアルモキサン以外の助触媒成分を使用する触媒系が好適に使用される。メタロセン錯体としては中心金属が周期表第4族であるTi、Zr、Hfのものがエチレン重合に対して高活性を示すので好適に使用される。これら中心金属の配位子の構造としては現在様々な構造のものが知られており、生成ポリエチレンの分子量、α−オレフィン共重合性等の重合性能が調べられている。本発明のエチレン系重合体(A)は前述したように長鎖分岐構造が無いか少量しか含まないものが好適であるが、このような特性のエチレン系重合体の製造には、共役五員環構造配位子が他の配位子と架橋基によって架橋されていないいわゆる非架橋錯体であることが好ましく、例えば、特開平11−310612号公報にあるような、下記の一般式[1]、[2]、[3]もしくは[4]によるメタロセン化合物の構造分類によれば、化合物[1]や化合物[3]が好ましく、化合物[1]がより好ましい。ただし、長鎖分岐構造の生成にはエチレンやα−オレフィンの重合場における濃度が高い程、重合反応時間が短い程不利であると言われているので、メタロセン化合物の好適さの大小はあくまでも重合が同一条件において実施される場合を仮定した相対的なものに限定されることは言うまでもない。また、特開平5−132518号公報、特開2000−154196号公報、特開2004−161760号公報等に記載されているメタロセン錯体も好適に用いられ、また、例えば特表2002−535339号公報記載のヘテロ原子を含有する単環式又は多環式のヘテロ芳香族基を共役五員環構造配位子上の置換基として有するメタロセン錯体も好適に用いられる。
Figure 2016056360
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[ここで、A〜Aは、共役五員環構造を有する配位子(同一化合物内においてA〜Aは同一でも異なっていてもよい)を、Q1は2つの共役五員環配位子を任意の位置で架橋する結合性基を、Z、ZはMと結合している窒素原子、酸素原子、ケイ素原子、リン原子又はイオウ原子を含む配位子、水素原子、ハロゲン原子又は炭化水素基を、Qは共役五員環配位子の任意の位置とZ2を架橋する結合性基を、Mは周期表第4族から選ばれる金属原子を、そしてX及びYはMと結合した水素原子、ハロゲン原子、炭化水素基、アルコキシ基、アミノ基、リン含有炭化水素基又はケイ素含有炭化水素基を、それぞれ示す。以上の詳細定義は該公報に従うものとする。]
本発明において、好適なメタロセン錯体の一例として、高分子量でかつ分子量分布や共重合組成分布の狭いエチレン系重合体を高い重合活性で生成することが可能であるという理由により、上述のA1〜A4として表わされる共役五員環構造を有する配位子すなわちシクロペンタジエニル環配位子上の5つのH原子のうち少なくとも1つ以上が、ハロゲン、炭素数1〜20の炭化水素基、ケイ素数1〜6を含む炭素数1〜18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又は炭素数1〜20の炭化水素基置換シリル基、酸素を含む炭素数1〜20の炭化水素基(酸素原子で直接該環に結合するアルコキシ基等も含む。以下、硫黄、窒素、リンも同様)、硫黄を含む炭素数1〜20の炭化水素基、窒素を含む炭素数1〜20の炭化水素基、リンを含む炭素数1〜20の炭化水素基から選択される置換基により置換されていることを特徴とするメタロセン錯体を挙げることができる。これらシクロペンタジエニル環上の置換基は結合しているシクロペンタジエニル環の炭素原子と一緒に環を形成していてもよく、この場合、A1〜A4はインデニル環、アズレニル環、ベンゾインデニル環、フルオレニル環等で代表される副環を有する配位子となることが可能であり、より高分子量のエチレン系重合体が得られる点でより好ましい。
製造プロセスとしては、成分(A)及び成分(B)は、気相重合法、溶液重合法、スラリー重合法などの製造プロセスにより製造することができ、本発明のエチレン系重合体(C)のように比較的HLMFRの低い、すなわち分子量の高いポリエチレンを製造しても反応系の粘度が上昇することがないので生産性に優れているという点において、気相重合法又はスラリー重合法が望ましい。該エチレン系重合体の重合条件のうち、重合温度としては、0〜300℃の範囲から選択することができる。気相重合の場合、生成ポリマーの融点より低い温度で重合を行なう。重合圧力は、大気圧〜約4MPaの範囲から選択することができる。実質的に酸素、水等を断った状態で、溶媒の不在下でエチレン及びα−オレフィンの気相重合を行なうことにより製造することができる。反応器内の重合体粉体の流動を妨げない程度において、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン等の比較的低沸点の不活性炭化水素が共存していてもよい。
スラリー重合において重合器に供給される水素は、連鎖移動剤として消費され、生成するエチレン系重合体の平均分子量を決定するほか、一部は溶媒に溶解して重合器から排出される。溶媒中への水素の溶解度は小さく、重合器内に大量の気相部が存在しない限り、触媒の重合活性点付近の水素濃度は低い。そのため、水素供給量を変化させれば、触媒の重合活性点における水素濃度が速やかに変化し、生成するエチレン系重合体の分子量は、短時間の間に水素供給量に追随して変化する。従って、短い周期で水素供給量を変化させれば、より均質な製品を製造することができる。このような理由から、重合法としてスラリー重合法を採用することが好ましい。また、水素供給量の変化の態様は、連続的に変化させるよりも不連続的に変化させる方が、分子量分布を広げる効果が得られるので好ましい。
本発明の成分(A)及び成分(B)においては、上記の通り、水素供給量を変化させることは重要であるが、その他の重合条件、例えば重合温度、触媒供給量、エチレンなどのオレフィンの供給量、1−ヘキセンなどのコモノマーの供給量、溶媒の供給量等を、適宜に水素の変化と同時に又は別個に変化させることも、重要である。
本発明によるエチレン系重合体(C)の好適な製造方法は、成分(A)を重合する工程及び成分(B)を重合する工程が、下記条件(J)と条件(K)を満足することが好ましい。
条件(J):成分(A)を重合する工程において、重合反応器中の気相部の水素とエチレンのモル比(H/C2[気相部A])が、0.00〜0.40である。
条件(K):成分(A)を重合する工程における重合反応器中の気相部の水素とエチレンの平均モル比(H/C2[気相部A平均])と、成分(B)を重合する工程における重合反応器中の気相部の水素とエチレンの平均モル比(H/C2[気相部B平均])の比([H/C2[気相部B平均]]/[H/C2[気相部A平均]])が、1.05〜10.0である。
[H/C2[気相部B平均]]/[H/C2[気相部A平均]]は、より好ましくは1.1〜7.0、更に好ましくは1.10〜6.0である。この時、H/C2[気相部平均]とは、各重合工程の初期10分後と終期における測定値の平均値を指す。[H/C2[気相部B平均]]/[H/C2[気相部A平均]]が1.05より小さいと成分(A)と成分(B)の分子量差が小さくなり、被改質材料との相溶性改善効果が発現しないので好ましくない。また、[H/C2[気相部B平均]]/[H/C2[気相部A平均]]が10.0より大きいと成分(A)と成分(B)の分子量差が大きくなり過ぎ、成分(A)の分散が不十分となるため、被改質材料との相溶性改善効果が発現しにくくなるので好ましくない。なお、後述する重合液体充填ループ型反応器によるスラリー重合の場合、重合反応器中に気相部が存在しない場合もあるが、通常反応液を気化させた気体組成を測定する方法が採られているので、本発明におけるH/C2[気相部]の定義をそのまま適用することが可能であることは言うまでもない。
本発明によるエチレン系重合体(C)の製造方法として、成分(A)を重合する工程及び成分(B)を重合する工程が、下記条件(L)と条件(M)を満足する場合を好適な方法として挙げることもできる。
条件(L):以下の成分(a)、(b)及び(c)を含有するオレフィン重合用触媒を用いてエチレンの単独重合又はエチレンとα−オレフィンの共重合を行なう。
成分(a):シクロペンタジエニル配位子上の5つのH原子のうち少なくとも1つ以上が、ハロゲン、炭素数1〜20の炭化水素基、ケイ素数1〜6を含む炭素数1〜18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又は炭素数1〜20の炭化水素基置換シリル基、酸素を含む炭素数1〜20の炭化水素基(酸素原子で直接該環に結合するアルコキシ基等も含む。以下、硫黄、窒素、リンも同様)、硫黄を含む炭素数1〜20の炭化水素基、窒素を含む炭素数1〜20の炭化水素基、リンを含む炭素数1〜20の炭化水素基から選択される基により置換された構造を有するTi、Zr又はHfのメタロセン化合物
成分(b):成分(a)のメタロセン化合物と反応してカチオン性メタロセン化合物を生成させる化合物
成分(c):微粒子担体
条件(M):生成するエチレン系重合体と、使用される上記条件(L)に記載のオレフィン重合用触媒の重量比(エチレン系重合体重量(g)/オレフィン重合用触媒の重量(g))が、3000〜50000である。
ここで成分(a)とは、上記のメタロセン化合物を指し、より好ましくは、上述のA1〜A4として表わされる共役五員環構造を有する配位子すなわちシクロペンタジエニル環配位子上の5つのH原子のうち少なくとも2つ以上が、更に好ましくは3つ以上が、特に好ましくは4つ以上が、ハロゲン、炭素数1〜20の炭化水素基、ケイ素数1〜6を含む炭素数1〜18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又は炭素数1〜20の炭化水素基置換シリル基、酸素を含む炭素数1〜20の炭化水素基(酸素原子で直接該環に結合するアルコキシ基等も含む。以下、硫黄、窒素、リンも同様)、硫黄を含む炭素数1〜20の炭化水素基、窒素を含む炭素数1〜20の炭化水素基、リンを含む炭素数1〜20の炭化水素基から選択される置換基、より好ましくは、炭素数1〜20の炭化水素基、ケイ素数1〜6を含む炭素数1〜18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又は炭素数1〜20の炭化水素基置換シリル基、酸素を含む炭素数1〜20の炭化水素基、硫黄を含む炭素数1〜20の炭化水素基、更に好ましくは、炭素数1〜20の炭化水素基、ケイ素数1〜6を含む炭素数1〜18のケイ素含有炭化水素基、酸素を含む炭素数1〜20の炭化水素基、特に好ましくは、炭素数1〜20の炭化水素基、ケイ素数1〜6を含む炭素数1〜18のケイ素含有炭化水素基、酸素を含む炭素数1〜20の炭化水素基により置換されていることを指す。
これらシクロペンタジエニル環上の置換基は結合しているシクロペンタジエニル環の炭素原子と一緒に環を形成していてもよく、この場合、A1〜A4はインデニル環、アズレニル環、ベンゾインデニル環、フルオレニル環等で代表される副環を有する配位子となることが可能であり、より高分子量のエチレン系重合体が得られる点でより好ましく、インデニル環が更に好ましくい。該環がインデニル環である場合、上記の一般式[2]で表される化合物、すなわち架橋ビスインデニル錯体構造が好ましく、2つのインデニル環が1位の位置で公知の炭素架橋基やSi架橋基で橋かけされた構造がより好ましく、加えて該2位の位置に上述のハロゲン、炭素数1〜20の炭化水素基、ケイ素数1〜6を含む炭素数1〜18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又は炭素数1〜20の炭化水素基置換シリル基、酸素を含む炭素数1〜20の炭化水素基(酸素原子で直接該環に結合するアルコキシ基等も含む。以下、硫黄、窒素、リンも同様)、硫黄を含む炭素数1〜20の炭化水素基、窒素を含む炭素数1〜20の炭化水素基、リンを含む炭素数1〜20の炭化水素基から選択される置換基を有する化合物が更に好ましく、加えて該4位の位置に上述のハロゲン、炭素数1〜20の炭化水素基、ケイ素数1〜6を含む炭素数1〜18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又は炭素数1〜20の炭化水素基置換シリル基、酸素を含む炭素数1〜20の炭化水素基(酸素原子で直接該環に結合するアルコキシ基等も含む。以下、硫黄、窒素、リンも同様)、硫黄を含む炭素数1〜20の炭化水素基、窒素を含む炭素数1〜20の炭化水素基、リンを含む炭素数1〜20の炭化水素基から選択される置換基を有する化合物が特に好ましく、該2位及び4位の置換基が、炭素数1〜20の炭化水素基、ケイ素数1〜6を含む炭素数1〜18のケイ素含有炭化水素基、酸素を含む炭素数1〜20の炭化水素基から選択される置換基を有する化合物が最も好ましい。
成分(b)、成分(c)については、オレフィン重合用触媒の製造方法と併せて、特開2011−137146号公報(段落[0068]〜[0069])に記載の方法を始め、公知の技術を適用可能である。
本発明のエチレン系重合体(C)がその改質性能を発揮するための好適な製造方法として、オレフィン重合用触媒当りのエチレン系重合体の生成量が十分高いことが望まれる。該重量比(エチレン系重合体重量(g)/オレフィン重合用触媒の重量(g))のより好ましい範囲は5000〜30000であり、更に好ましい範囲は7000〜25000である。該重量比が3000より低いと触媒そのものが外観不良の原因となったり、成分(A)の混ざりを妨げたりするので好ましくない。また、該重量比が50000より高いと成分(A)と成分(B)の生成比率の制御が困難となったり、成分(A)と成分(B)の混ざりに偏りが生じたりして好ましくない。
成分(A)及び成分(B)は、複数の成分により構成することが可能である。成分(A)及び成分(B)は、1種類の触媒を用いて多段重合反応器にて連続的に重合された重合体でもよく、複数種類の触媒を用いて多段重合反応器にて製造された重合体でもよい。
成分(A)及び成分(B)は、直列に接続した複数の反応器で連続して重合するいわゆる多段重合方法を用いることが好ましく、本願発明特定のものが得られる限り、連続的であっても、連続していなくてもよいが、使用する触媒の安定性や活性持続性の理由により、連続多段重合が好ましい。
多段重合では、成分(A)及び成分(B)の順番は特に限定されないが、その順番を成分(A)及び成分(B)の順、すなわち、成分(A)を重合する工程の後、成分(A)を含む反応系をそのまま成分(B)の反応条件へ移行して成分(B)を重合する工程を行なうと、触媒の被毒防止や、溶媒・原料の拡散防止の点で、より好ましい。
また、成分(A)及び/又は成分(B)は、本発明のエチレン系重合体(C)がより優れた樹脂改質性能を発揮するように、成分(A)をより高分子量の成分を含むエチレン系重合体として設計することを目的として、あるいは本発明のエチレン系重合体(C)がより優れた樹脂改質性能を維持しつつ溶融流動性を高くするために、成分(B)をより低分子量の成分を含むエチレン系重合体として設計することを目的として、それぞれ2段以上の多段重合により得ることができる。
具体的な好ましい重合方法は、以下の方法である。すなわち、メタロセン触媒及び二器の反応器を使用し、第1段目の反応器にエチレン及びα−オレフィンを導入し、低密度の高分子量成分の重合体を製造し、第1段目の反応器から抜き出された重合体を第2段目の反応器に移送し、第2段目の反応器にエチレン及び水素を導入し、高密度の低分子量成分の重合体を製造する方法である。
なお、多段重合の場合、第2段目以降の重合域で生成するエチレン系重合体の量とその性状については、各段における重合体生成量(未反応ガス分析等により把握できる)を求め、各段の後でそれぞれ抜出した重合体の物性を測定し、加成性に基づいて各段で生成した重合体の物性を求めることができる。
(4)樹脂用改質材
本発明に用いられるエチレン系重合体(C)は、被改質材料との相溶性に優れるエチレン系重合体であって、高分子量成分を高度に分散し、外観を損なうことなく成形品の物性を高度に改質することができるものであり、樹脂用改質材として好適に使用することができる。エチレン系重合体(C)は、樹脂用改質材として、流動特性、押出性、ブロー成形時の肉厚均一性、ドローダウン性等の、成形性、成形体の衝撃強度、剛性等の機械的強度及び外観の平滑性の発現を目的として使用することができる。
樹脂用改質材とする際には、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、滑剤、帯電防止剤、防曇剤、ブロッキング防止剤、加工助剤、着色含量、架橋剤、発泡剤、無機又は有機充填剤、難燃剤、等の通常の添加剤等の成分を添加することができる。
本発明の樹脂用改質材は、他のオレフィン重合体やゴム等の各種の樹脂に適用可能であるが、中でも、エチレン系重合体に適用することが好ましく、本発明においては、以下に説明する、特定のエチレン系重合体(D)及び(E)に適用して、本発明のエチレン系重合体組成物を形成することが必要である。
2.エチレン系重合体(D)
本発明のエチレン系重合体(D)は、前述した特性(i)〜(iii)を満足することを必要とする。以下に、特性(i)〜(iii)およびその製造方法について説明する。
(1)特性(i)
本発明のエチレン系重合体(D)は、メタロセン触媒又はチーグラー触媒により製造されたものである。メタロセン触媒又はチーグラー触媒としては、上述したとおりであって、エチレン系重合体(C)の製造に使用するものと同様のものが使用できる。
エチレン系重合体(D)は、メタロセン触媒により製造されたポリエチレンとしては、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定される分子量分布(Mw/Mn)が通常2〜25であり、チーグラー触媒により製造されたポリエチレンとしては、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定される分子量分布(Mw/Mn)が通常6〜25であり、上記メタロセン触媒により製造されたポリエチレンおよびチーグラー触媒により製造されたポリエチレンは、温度170℃、伸長歪速度0.1(単位1/秒)で測定される伸長粘度η(t)(単位:Pa・秒)と伸長時間t(単位:秒)の両対数プロットにおいて、歪硬化に起因する伸長粘度の変曲点が観測されないポリエチレンが好ましい。
エチレン系重合体(D)の製造方法については、以下に詳述する。
(2)特性(ii)
本発明のエチレン系重合体(D)の密度(D)は、0.900〜0.975g/cmであることが必要であり、好ましくは0.920〜0.975g/cm、さらに好ましくは0.940〜0.975g/cmである。密度(D)が0.900g/cm未満では、剛性が不十分となり好ましくない。一方、密度(D)が0.975g/cmより大きいと耐久性が不十分となり好ましくない。
密度(D)は、主に成分(D)の製造時のα−オレフィン量により調整することができる。
(3)特性(iii)
本発明のエチレン系重合体(D)のメルトフローレート(MFR(D))が、0.05〜1000g/10分である。好ましくは1〜500g/10分、さらに好ましくは10〜200g/10分である。MFR(D)が0.05g/10分未満では、流動性が低下し、押出特性が不十分となるため好ましくない。一方、MFR(D)が1000g/10分より大きいと、耐久性が不十分となるため好ましくない。
MFR(D)は、主に成分(D)の製造時の水素量により調整することができる。
(4)エチレン系重合体(D)の製造方法
エチレン系重合体(D)は、エチレンの単独重合又はエチレンと炭素数3〜12のα−オレフィン、例えば、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテン、1−オクテン等との共重合により得られる。また、改質を目的とする場合のジエンとの共重合も可能である。このとき使用されるジエン化合物の例としては、ブタジエン、1,4−ヘキサジエン、エチリデンノルボルネン、ジシクロペンタジエン等を挙げることができる。
なお、エチレン系重合体(D)の重合の際のコモノマー含有率は、任意に選択することができるが、例えば、エチレン系重合体中のα−オレフィン含有量は、0〜40モル%、好ましくは0〜30モル%である。
エチレン系重合体(D)の重合触媒は、上述したとおり、メタロセン触媒又はチーグラー系触媒が用いられる。
製造プロセスとしては、エチレン系重合体(D)は、気相重合法、溶液重合法、スラリー重合法などの製造プロセスにより製造することができ、なかでも、気相重合法又はスラリー重合法が望ましい。該エチレン系重合体の重合条件のうち、重合温度としては、0〜300℃の範囲から選択することができる。スラリー重合においては、生成ポリマーの融点より低い温度で重合を行なう。重合圧力は、大気圧〜約10MPaの範囲から選択することができる。実質的に酸素、水等を断った状態で、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、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の脂環族炭化水素等から選ばれる不活性炭化水素溶媒の存在下でエチレン及びα−オレフィンのスラリー重合を行なうことにより製造することができる。
スラリー重合において重合器に供給される水素は、連鎖移動剤として消費され、生成するエチレン系重合体の平均分子量を決定するほか、一部は溶媒に溶解して重合器から排出される。溶媒中への水素の溶解度は小さく、重合器内に大量の気相部が存在しない限り、触媒の重合活性点付近の水素濃度は低い。そのため、水素供給量を変化させれば、触媒の重合活性点における水素濃度が速やかに変化し、生成するエチレン系重合体の分子量は、短時間の間に水素供給量に追随して変化する。従って、短い周期で水素供給量を変化させれば、より均質な製品を製造することができる。このような理由から、重合法としてスラリー重合法を採用することが好ましい。また、水素供給量の変化の態様は、連続的に変化させるよりも不連続的に変化させる方が、分子量分布を広げる効果が得られるので好ましい。
本発明のエチレン系重合体(D)においては、上記の通り、水素供給量を変化させることは重要であるが、その他の重合条件、例えば重合温度、触媒供給量、エチレンなどのオレフィンの供給量、1−ヘキセンなどのコモノマーの供給量、溶媒の供給量等を、適宜に水素の変化と同時に又は別個に変化させることも、重要である。
エチレン系重合体(D)は、複数の成分により構成することが可能である。エチレン系重合体(D)は、1種類の触媒を用いて多段重合反応器にて順次連続的に重合された重合体でもよく、複数種類の触媒を用いて多段重合反応器にて製造された重合体でもよい。
また、エチレン系重合体(D)の別の具体的な好ましい重合方法は、以下の方法である。すなわち、チタン系遷移金属化合物及び有機アルミニウム化合物を含むチーグラー触媒及び一器の反応器を使用し、反応器にエチレン、水素及び必要に応じてα−オレフィンを導入し、所定の密度とMFRを有する重合体を製造する方法である。
なお、多段重合の場合、第2段目以降の重合域で生成するエチレン系重合体の量とその性状については、各段における重合体生成量(未反応ガス分析等により把握できる)を求め、各段の後でそれぞれ抜出した重合体の物性を測定し、加成性に基づいて各段で生成した重合体の物性を求めることができる。
3.エチレン系重合体(E)
本発明のエチレン系重合体(E)は、前述した特性(1)〜(3)を満足するものであることが必要である。以下に、特性(1)〜(3)およびその製造方法について説明する。
(1)特性(1)
本発明のエチレン系重合体(E)は、クロム触媒により製造されたものである。クロム触媒としては、無機酸化物担体にクロム化合物を担持し、少なくとも一部のクロム元素を6価とした触媒が使用される。クロム触媒の詳細な説明は例えば公開特許2011−190437号公報等をはじめとする公知の文献に記載の通りである。
エチレン系重合体(E)は、いわゆる長鎖分岐を有するポリエチレンであって、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定される分子量分布(Mw/Mn)が通常7を超え50以下であり、温度170℃、伸長歪速度0.1(単位1/秒)で測定される伸長粘度η(t)(単位:Pa・秒)と伸長時間t(単位:秒)の両対数プロットにおいて、歪硬化に起因する伸長粘度の変曲点が観測され、歪硬化度(λmax)が通常1.05〜5.00であるポリエチレンが好ましい。
歪硬化に起因する伸長粘度の変曲点及び歪硬化度(λmax)は、以下のように求めることができる。即ち、170℃、歪み速度0.1/秒における伸長粘度を、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、歪硬化後、歪量が4.0となるまでの最大伸長粘度をηMax(t1)(t1は最大伸長粘度を示す時の時間)とし、歪硬化前の伸長粘度の近似直線をηLinear(t)としたとき、ηMax(t1)/ηLinear(t1)として算出される値を歪硬化度(λmax)と定義する。なお、歪硬化の有無は、時間の経過と共に伸長粘度が上に凸の曲線から下に凸の曲線へと変わる変曲点を有するか、否かによって、判断される。
図1、図2は典型的な伸長粘度のプロット図である。図1は伸長粘度の変曲点が観測される場合であり、図中にηMax(t1)、ηLinear(t1)を示した。図2は伸長粘度の変曲点が観測されない場合である。
エチレン系重合体(E)の製造方法については、以下に詳述する。
(2)特性(2)
本発明のエチレン系重合体(E)の密度(E)は、0.920〜0.965g/cmであることが必要であり、好ましくは0.920〜0.964g/cm、さらに好ましくは0.920〜0.963g/cmである。密度(E)が0.920g/cm未満では、剛性が不十分となり好ましくない。一方、密度(E)が0.965g/cmより大きいと耐久性が不十分となり好ましくない。
密度(E)は、主に成分(E)のα−オレフィン含有量を変えることにより制御することが可能であり、該α−オレフィン含有量は、成分(E)製造時の重合反応器内のα−オレフィン量とエチレン量との比率を変更することにより制御することができる。
(3)特性(3)
本発明のエチレン系重合体(E)のハイロードメルトフローレート(HLMFR(E))が、1〜100g/10分である。好ましくは1〜75g/10分、さらに好ましくは1〜50g/10分である。HLMFR(E)が1g/10分未満では、流動性が低下し、押出特性が不十分となるため好ましくない。一方、HLMFR(E)が100g/10分より大きいと、耐久性が不十分となるため好ましくない。
HLMFR(E)は、主に成分(E)の製造時の水素量により調整することができる。
(4)エチレン系重合体(E)の製造方法
エチレン系重合体(E)は、エチレンの単独重合又はエチレンと炭素数3〜12のα−オレフィン、例えば、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテン、1−オクテン等との共重合により得られる。また、改質を目的とする場合のジエンとの共重合も可能である。このとき使用されるジエン化合物の例としては、ブタジエン、1,4−ヘキサジエン、エチリデンノルボルネン、ジシクロペンタジエン等を挙げることができる。
なお、エチレン系重合体(E)の重合の際のコモノマー含有率は、任意に選択することができるが、例えば、エチレン系重合体中のα−オレフィン含有量は、0〜20モル%、好ましくは0〜10モル%である。
エチレン系重合体(E)の重合触媒は、上述したとおり、クロム触媒が用いられる。
製造プロセスとしては、エチレン系重合体(E)は、気相重合法、溶液重合法、スラリー重合法などの製造プロセスにより製造することができ、なかでも、気相重合法又はスラリー重合法が望ましい。該エチレン系重合体の重合条件のうち、重合温度としては、0〜300℃の範囲から選択することができる。スラリー重合においては、生成ポリマーの融点より低い温度で重合を行なう。重合圧力は、大気圧〜約10MPaの範囲から選択することができる。実質的に酸素、水等を断った状態で、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、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の脂環族炭化水素等から選ばれる不活性炭化水素溶媒の存在下でエチレン及びα−オレフィンのスラリー重合を行なうことにより製造することができる。
スラリー重合において重合器に供給される水素は、連鎖移動剤として消費され、生成するエチレン系重合体の平均分子量を決定するほか、一部は溶媒に溶解して重合器から排出される。溶媒中への水素の溶解度は小さく、重合器内に大量の気相部が存在しない限り、触媒の重合活性点付近の水素濃度は低い。そのため、水素供給量を変化させれば、触媒の重合活性点における水素濃度が速やかに変化し、生成するエチレン系重合体の分子量は、短時間の間に水素供給量に追随して変化する。従って、短い周期で水素供給量を変化させれば、より均質な製品を製造することができる。このような理由から、重合法としてスラリー重合法を採用することが好ましい。また、水素供給量の変化の態様は、連続的に変化させるよりも不連続的に変化させる方が、分子量分布を広げる効果が得られるので好ましい。
本発明のエチレン系重合体(E)においては、上記の通り、水素供給量を変化させることは重要であるが、その他の重合条件、例えば重合温度、触媒供給量、エチレンなどのオレフィンの供給量、1−ヘキセンなどのコモノマーの供給量、溶媒の供給量等を、適宜に水素の変化と同時に又は別個に変化させることも、重要である。
エチレン系重合体(E)は、複数の成分により構成することが可能である。エチレン系重合体(E)は、1種類の触媒を用いて多段重合反応器にて順次連続的に重合された重合体でもよく、複数種類の触媒を用いて多段重合反応器にて製造された重合体でもよい。
エチレン系重合体(E)の具体的な好ましい重合方法は、以下の方法である。すなわちクロム触媒及び単槽または多槽の反応器を使用し、反応器にエチレン及びα−オレフィンを導入し、重合体を製造する方法である。
なお、多段重合の場合、第2段目以降の重合域で生成するエチレン系重合体の量とその性状については、各段における重合体生成量(未反応ガス分析等により把握できる)を求め、各段の後でそれぞれ抜出した重合体の物性を測定し、加成性に基づいて各段で生成した重合体の物性を求めることができる。
3.エチレン系重合体組成物
(1)配合量比
本発明のエチレン系重合体組成物は、上記したとおり、エチレン系重合体(C)と、エチレン系重合体(D)及び(E)とを含有することが必要である。
エチレン系重合体(C)とエチレン系重合体(D)及びエチレン系重合体(E)との配合量比は、エチレン系重合体(C)とエチレン系重合体(D)及びエチレン系重合体(E)との合計量を基準として、(C)が10〜90重量%に対し、(D)が5〜85重量%、(E)が5〜85重量%であることが必要である。好ましくは、(C)が20〜80重量%に対し、(D)が10〜70重量%、(E)が10〜70重量%、さらに好ましくは、(C)が30〜70重量%に対し、(D)が15〜55重量%、(E)が15〜55重量%である。(C)が10重量%未満であると、エチレン系重合体組成物中の高分子量成分の含有量が低下し、機械強度が不十分となるため好ましくない。一方、(C)が90重量%より多いと、流動性が低下し、押出性が不十分となるため好ましくない。
(2)特性
本発明のエチレン系重合体組成物は、以下の特性を有することが好ましい。
(W−i)密度(W)が、0.910〜0.965g/cmであることが好ましい。さらに好ましくは、0.920〜0.962g/cm、特に好ましくは、0.925〜0.960g/cmである。密度(W)が0.910g/cm未満であると、剛性が不十分となり好ましくない。一方、0.965g/cmより大きいと、耐久性が不十分となり好ましくない。なお、エチレン系重合体組成物の密度(W)は、成分(C)、(D)及び(E)製造時のそれぞれのα−オレフィン量及び、成分(C)、(D)及び(E)の配合量により調整することができる。
(W−ii)メルトフローレート(MFR(W))が、0.02〜2g/10分であることが好ましい。さらに好ましくは、0.05〜1.5g/10分、特に好ましくは、0.1〜1g/10分である。MFR(W)が0.02g/10分未満であると、流動性が低下し、押出性が不十分となるため好ましくない。一方、2g/10分より大きいと、耐久性が不十分となり好ましくない。なお、エチレン系重合体組成物のMFR(W)は、成分(C)、(D)及び(E)製造時のそれぞれの水素量及び、成分(C)、(D)及び(E)の配合量により調整することができる。
(W−iii)メルトフローレート(MFR(W))とハイロードメルトフローレート(HLMFR(W))の比であるHLMFR(W)/MFR(W)が50〜150であることが好ましい。さらに好ましくは、60〜140、特に好ましくは、60〜120である。HLMFR(W)/MFR(W)が50より小さいと、溶融張力が低下し、また押出し時のスウェルが小さくなるために易成形性が不十分となり、好ましくない。一方、150より大きいと、メルトフラクチャーと呼ばれるような押出し時の不安定流動を起こしやすくなり、成形品表面が肌荒れするため好ましくない。なお、エチレン系重合体組成物のHLMFR(W)/MFR(W)は、成分(C)、(D)及び(E)製造時のそれぞれの水素量及び、成分(C)、(D)及び(E)の配合量により調整することができる。
(3)他の成分
本発明のエチレン系重合体(C)、エチレン系重合体(D)、エチレン系重合体(E)又はエチレン系重合体組成物は、本発明の目的を損なわない範囲において、必要に応じて、通常のポリオレフィンに添加される添加剤を含有していても良い。これらの添加剤は1種類、又は2種類以上組み合わせて用いることができる。
該添加剤としては、例えば、耐熱安定剤、耐候安定剤などの安定剤、架橋剤、架橋助剤、帯電防止剤、スリップ剤、アンチブロッキング剤、防曇剤、滑剤、染料、顔料、フィラー、鉱物油系軟化剤、石油樹脂、ワックスなどが挙げられる。
(4)製造方法
本発明のエチレン系重合体組成物の製造方法としては、特に制限はなく、公知の方法が適用できる。例えば、エチレン系重合体(C)とエチレン系重合体(D)、エチレン系重合体(E)とをそれぞれ個別に製造し、これらを上記の割合で、押出機、バンバリーミキサー、ロール、ブラベンダープラストグラフ、ニーダー等、通常の混練機を用いて、溶融混練して製造することができる。溶融混練する温度は、エチレン系重合体(C)、エチレン系重合体(D)及び(E)が溶融する範囲内であれば特に限定されないが、通常180〜350℃の範囲にて混練することにより製造できる。これらの混練機の中でも、単軸又は二軸の押出機又は連続式混練機を用いることができ、特に二軸押出機を用いて製造することが好ましく、常法に従い、ペレタイザーやホモジナイザー等による機械的な溶融混合によりペレット化した後、各種成形機により成形を行なって所望の成形品とすることができる。
本発明のエチレン系重合体組成物は、成形品を製造することから、本発明の目的を損なわない範囲において、必要に応じて、通常のポリオレフィンからなる成形品に含有される他のオレフィン系重合体やゴム等のほか、酸化防止剤(フェノール系、リン系、イオウ系)、紫外線吸収剤、光安定剤、滑剤、帯電防止剤、防曇剤、ブロッキング防止剤、加工助剤、着色顔料、パール顔料、偏光パール顔料、架橋剤、発泡剤、中和剤、熱安定剤、結晶核剤、無機又は有機充填材、難燃剤等の公知の添加剤を1種又は2種以上配合することができる。
有機充填剤としては、例えば、カーボンファイバー、カーボンブラック、カーボンナノチューブなどが挙げられ、無機充填材としては、例えば、シリカ、ケイ藻土、アルミナ、酸化チタン、酸化マグネシウム、軽石粉、軽石バルーン、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、ドロマイト、硫酸カルシウム、チタン酸カリウム、硫酸バリウム、タルク、クレー、マイカ、ガラスフレーク、ガラスビーズ、ガラス繊維、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸カルシウム、モンモリロナイト、ベントナイト、硫化モリブデン、グラファイト、炭酸カルシウム、金属粉(アルミニウム、銅、鉄、鉛など)、珪石等などが挙げられる。
いずれの場合でも、上記エチレン系重合体に、必要に応じ各種添加剤を配合し、混練押出機、バンバリーミキサー等にて混練し、成形用材料とすることができる。
4.成形体
本発明の成形体は、本発明のエチレン系重合体組成物を成形してなることを特徴とする。本発明においては、上記のエチレン系重合体組成物を公知の成形方法にて成形することにより任意の成形体を得ることができる。
成形方法としては、特に限定されるものではなく、目的に応じて各種の成形方法で成形できるが、例えば、射出成形法、押出成形法、中空成形法、パイプ成形法、チューブ成形法、異種成形体の被覆成形法、インジェクションブロー成形法、ダイレクトブロー成形法、Tダイシートまたフィルム成形法、インフレーション成形法、プレス成形法などが挙げられる。これらの成形方法により、容器状、トレー状、シート状、棒状、フィルム状、各種機械要素形状又は各種成形体の被覆などに成形することができる。
特に、本発明の樹脂用改質材を用いて改質された樹脂組成物は、機械的特性が改良され、高分子ゲルの発生が少ないという特徴があることから、シート成形により成形されることが好ましい。具体的には、食品トレイ、医療トレイ用などの各種トレイ型容器、またヨーグルト、ゼリー、豆腐といった深絞りシート容器などに成形した際に、フィッシュアイが抑えられ、外観が優れた成形品を製造することができる。
本発明のエチレン系重合体組成物は、成形性、耐久性及び衝撃強度に優れるうえに、高分子量ゲルに由来する凹凸が生じにくく、外観に優れた成形品を製造することができるエチレン系重合体組成物であることから、特に、製品の内外両表面の平滑性が要求されるシート成形体であることが好ましい。
本発明のシート成形体は、好ましくは、通常、ポリオレフィンの成形で使用される単層、多層押出しシート成形法により得ることができる。単層押出しシート成形法は、単軸又は二軸のスクリュー押出機からコートハンガーダイ等のTダイからシート状に押出す方法、丸型のサキュラーダイから円筒状に押出し、シート状に分割する方法である。多層押出しシート成形法は、2台以上の単軸又は二軸のスクリュー押出機からフィードブロックやマルチマニホールドを通して押出す方法である。押出されたシートは(内部で冷却水や油が循環している)金属ロール表面にエアーナイフ、エアーチャンバー、硬質ゴムロール、スチールベルト、金属ロールにて押さえつけ冷却固化されてシートに製造される。又、シート両面をスチールベルトで挟んで冷却固化することもできる。
多層シートは、本発明の効果を損なわない範囲で、華燭、ガスバリアー、酸素吸着、光遮断、再生処理等の別の層を加えることもできる。
さらに、押出しシート成形されたシートは、熱盤圧空成形、真空成形、真空圧空成形、固相圧空成形等の熱成形により各種の熱成形体に加工される。
本発明のシート成形体は、押出しシート成形性、熱成形加工性に極めて優れているので、形状保持や表面平滑性の特に必要な食品トレイ、医療トレイ用などの各種トレイ型容器、またヨーグルト、ゼリー、豆腐といった深絞りシート容器等の包装容器に最適である。
包装用容器としては、形状や大きさは特に限定されず、平面形状が四辺形、円形、楕円形などの種々の形状が可能であり、立体形状も、箱形(特に弁当箱状)、トレー状、丼状などの種々の形状とすることができる。
また、本発明のシートプラスチック成形品には、必要に応じて目的を損なわない範囲で、帯電防止剤、酸化防止剤、中和剤、滑剤、抗ブロッキング剤、防曇剤、有機あるいは無機系顔料、充填剤、無機フィラー、紫外線防止剤、分散剤、耐候剤、架橋剤、発泡剤、難燃剤などの公知の添加剤を添加することができる。
以下に、実施例を挙げて、本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、その要旨を越えない限り、これらの実施例に制約されるものではない。
1.測定方法
実施例で用いた測定方法は以下の通りである。
(1)温度190℃、荷重21.60kgにおけるメルトフローレート(HLMFR):
JIS K7210:1999に準拠して測定した。
なお、成分(A)又は成分(B)のHLMFRは、少量バッチ重合の場合、エチレン系重合体製造中の水素濃度が、エチレン系重合体のHLMFRに相関することにより求めた。
一方、大量に重合する場合、第1反応工程の反応容器からエチレン系重合体を抜き出し、成分(A)のエチレン系重合体のHLMFRを測定した。ついで、第2反応工程の反応容器からエチレン系重合体を抜き出し、成分(C)のエチレン系重合体のHLMFRを測定し、第2反応工程後のHLMFRと第1反応工程後のHLMFRの間に重量%に関する加成性が成り立つことを使い求めた。
(2)温度190℃、荷重2.16kgにおけるメルトフローレート(MFR):
JIS K7210:1999に準拠して測定した。
(3)密度:
JIS K7112(1999):A法(水中置換法)により測定した。
なお、成分(A)又は成分(B)の密度は、少量バッチ重合の場合、エチレン系重合体製造中のα−オレフィン濃度が、エチレン系重合体の密度に相関することにより求めた。
一方、大量に重合する場合、第1反応工程の反応容器からエチレン系重合体を抜き出し、成分(A)のエチレン系重合体の密度を測定した。ついで、第2反応工程の反応容器からエチレン系重合体を抜き出し、成分(C)のエチレン系重合体の密度を測定し、第2反応工程後の密度と第1反応工程後の密度の間に重量%に関する加成性が成り立つことを使い求めた。
(4)フルノッチクリープ試験(FNCT)(80℃、3.7MPaで測定)における破断時間:
JIS K6774(1995)付属書1の全周ノッチ式引張クリープ試験に準拠し、80℃、3.7MPaで測定を行なった。試験片は、JIS K6922−2(1997)表2の条件で作成した厚さ6mmの圧縮成形シートから切出し、全周にノッチを入れたもの(試験片厚み6mm、ノッチ深さ1mm、全周)を使用した。サンプルを浸漬する試験溶液はアルキル硫酸ナトリウム1%水溶液を用いた。
(5)ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)による分子量の測定(重量平均分子量Mw、数平均分子量Mn):
下記条件のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した。
装置:WATERS社製150C
カラム:昭和電工社製AD80M/Sを3本
測定温度:140℃
濃度:1mg/1ml
溶媒:o−ジクロロベンゼン
なお、分子量の計算及びカラムの較正は、以下の方法に準拠して行なった。
GPCクロマトデータは、1点/秒の頻度でコンピュータに取り込み、森定雄著・共立出版社発行の「サイズ排除クロマトグラフィー」第4章の記載に従ってデータ処理を行ない、Mw、Mn値を計算した。
(6)引張衝撃強さ:
JIS K7160−1996「プラスチック−引張衝撃強さの試験方法」に従って、試験片厚さ1.0mm、温度23℃の条件にて試験を行なった。
(7)混ざり性評価(混ざり評価レート):
前述の<混ざり性評価法>にて記載した方法により、混ざり性を評価した。
その際、スキャナーの解像度は、4800dpi、画像中に占めるフィッシュアイの面積率により、1〜6の点数付けを行なった。
2.使用した材料
(1)メタロセン触媒の合成
十分に窒素置換した、誘導撹拌機を装着した円筒状フラスコに、平均粒径11μmのシリカ(平均粒径11μm、表面積313m/g、細孔容積1.6cm/g)を3g充填し、トルエンを75ml添加し、オイルバスにより75℃に加熱した。別のフラスコにメチルアルミノキサンのトルエン溶液(アルベマール社製、3.0mol−Al/L)を8.0ml分取した。ジメチルシリレンビス[1,1’−{2−(2−(5−メチル)フリル)−4−(p−イソプロピルフェニル)−インデニル}]ジルコニウムジクロリド(63.4mg、75μmol)のトルエン溶液(15ml)をメチルアルモキサンのトルエン溶液に室温で添加し、75℃に昇温した後、1時間撹拌した。次いで、75℃に加熱したシリカのトルエンスラリーに、このトルエン溶液を、撹拌しながら添加し1時間保持した。その後、23℃において攪拌しながらn−ヘキサンを175ml添加し、10分後、攪拌を停止し静置した。触媒を十分沈降させた後、上澄みを除去し、n−ヘキサンを200ml添加した。一旦攪拌した後、再度、静置し上澄みを除去した。この操作を3回繰り返して、n−ヘキサンに遊離してくる成分を除去した。更に、40℃加熱した状態で、減圧により溶媒を留去した。減圧度が0.8mmHg以下となってから、さらに15分間減圧乾燥を継続しシリカ担持メタロセン触媒Aを得た。
(2)チーグラー触媒の合成
直径が10mmの磁性ボール約700個を入れた内容積が1Lのポット(粉砕用容器)に窒素雰囲気で市販のマグネシウムエチラート(平均粒径860μm)20g(17.8mmol)、粒状の三塩化アルミニウム1.64g(12.3mmol)及びジフェニルジエトキシシラン2.40g(8.81mmol)を入れた。次いで、振動ボールミルを用い、振幅が6mm及び振動数が30Hzの条件で3時間共粉砕を行なった。共粉砕後、内容物を窒素雰囲気下で磁性ボールと分離した。
以上のようにして得られた共粉砕生成物10.0g及び40mlのヘプタンを200mlの三つ口フラスコに加えた。撹拌しながら室温において10.0g(52.7mmol)の四塩化チタンを滴下し、90℃まで昇温し、90分間撹拌を続けた。次いで、反応系を冷却した後、上澄み液を抜き取り、ヘキサンを加えた。この操作を3回繰り返した。得られた淡黄色の固体を50℃にて減圧下で6時間乾燥を行なって、固体触媒15.6gを得た。
この固体触媒のヘキサンスラリー溶液を誘導攪拌装置付き重合反応器に入れ、温度を40℃に維持し、0.27mmolのトリイソブチルアルミニウムを加えて水素分圧0.074MPa、エチレン分圧0.20MPaにて予備重合を実施し、固体触媒1gあたりポリマー生成量0.46gの予備重合チーグラー触媒Dを得た。
(3)成分(D)の製造
2つの重合液体充填ループ型反応器が直列に連結された二槽連続重合装置に、脱水精製イソブタン、トリイソブチルアルミニウム、上記(2)で得られた予備重合チーグラー触媒D、エチレンを連続的に供給し、95℃でエチレンを重合することにより成分(D)((D−1)〜(D−5)及び(CD−1)〜(CD−3))の製造を実施した。なお成分(D)のHLMFRの調節は水素を適量供給することにより実施した。
(4)クロム触媒の合成
クロム触媒の合成については、例えば公開特許2011−190437号公報等をはじめとする公知の文献に詳細な記載が見られる。
例えば、その一例を次に示す。すなわち、撹拌装置付き1Lフラスコにシリカゲル(例えばグレース社製;商品名C−952)50gとイオン交換水200mLを加え、更に酢酸クロム(III)2.2gをイオン交換水70mLに溶解した水溶液を添加してクロム化合物をシリカゲルによく含浸させた。次に、加温して水を全量留去して緑白色の流動性の良いクロム触媒前駆体粒子を得た。このクロム触媒前駆体粒子を乾燥空気気流による流動状態で焼成電気炉にて焼成活性化(賦活)を行うことにより、6価のクロムを含有することを示すオレンジ色のクロム触媒を得ることができる。賦活の焼成温度は一般的に350℃〜850℃で行われる。
(5)成分(E)の製造
重合液体充填ループ型反応器を有する重合装置に、脱水精製イソブタン、上記(4)で得られたクロム触媒、エチレンを連続的に供給し、105℃でエチレンを重合することにより成分(E)((E−1)〜(E−5)及び(CE−1)〜(CE−3))の製造を実施した。なお成分(E)のHLMFRの調節は水素を適量供給することにより実施した。
(6)成分(A)及び成分(B)の製造条件
成分(A)、成分(B)を製造した際の重合条件を表3に示した。
[実施例1]
次のようにして成分(A−1)と成分(B−1)の製造を行ない、連続重合することにより、二段重合品であるエチレン系重合体(C−1)247gを製造した。該重合体(C−1)のHLMFRは2.3g/10分であり、密度は0.944g/cmであった。
成分(A−1)の製造;
上記シリカ担持メタロセン触媒Aによるエチレン・1−ヘキセン共重合を行なうことにより、成分(A−1)を製造した。すなわち、誘導撹拌装置付き2Lオートクレーブにイソブタン800mL、1−ヘキセン1.0mL、トリイソブチルアルミニウム0.10mmol、Stadis450(The Associated Octel社製、ポリスルホンコポリマー、高分子ポリアミン、及び油溶性スルホン酸の混合物)のトルエン希釈液(2g/L)0.8mlを加え、80℃に昇温し、水素を50mL添加し、更にエチレンを導入してエチレン分圧を1.0MPaに保った。次いで、該触媒A 24mgを窒素で圧入し、エチレン分圧1.0MPa、温度80℃を保って32分間重合を継続した。なお、重合反応中、エチレン消費速度に比例した供給速度にてH及び1−ヘキセンの追加供給を実施した。その結果、エチレンは96gが反応により消費され、重合開始10分後と重合終了時のオートクレーブ気相部のH/C(水素/エチレン)モル比はそれぞれ0.132%、0.187%であり、追加供給した1−ヘキセン量は1.0mLであった。この時得られた成分(A−1)のHLMFRは0.78g/10分であり、密度は0.936g/cmであった。
成分(B−1)の製造;
上記のように成分(A−1)を製造した後、温度と圧力を維持したまま水素130mLを速やかに追加してエチレン・1−ヘキセン共重合を更に88分継続して成分(B−1)を製造した。なお、重合反応中、エチレン消費速度に比例した供給速度にてH及び1−ヘキセンの追加供給を実施した。その結果、エチレンは124gが反応により消費され、水素を追加して10分後と重合終了時のH/Cモル比はそれぞれ0.617%、0.244%であり、追加供給した1−ヘキセン量は1.5mLであった。この時得られた成分(B−1)のHLMFRは18g/10分であった。
成分(C−1)、表1に記載の成分(D−1)及び(E−1)の三成分を溶融混練によりブレンドすることによりエチレン系重合体組成物を製造した。該組成物のHLMFRは28.5g/10分であり、密度は0.958g/cmであり、混ざり評価の結果は良好であった。
[実施例2]
次のようにして成分(A−2)と成分(B−2)の製造を行ない、連続重合することにより、二段重合品であるエチレン系重合体(C−2)303gを製造した。該重合体(C−2)のHLMFRは1.9g/10分であり、密度は0.932g/cmであった。
成分(A−2)の製造;
上記実施例1の成分(A−1)と同様にして、成分(A−2)を製造した。ただし、水素は45mLであり、触媒量は23mgであり、重合時間は50分であった。その結果、エチレンは144gが反応により消費され、重合開始10分後と重合終了時のH/C比はそれぞれ0.135%、0.180%であり、追加供給した1−ヘキセン量は6.1mLであった。この時得られた成分(A−2)のHLMFRは0.77g/10分であり、密度は0.930g/cmであった。
成分(B−2)の製造;
成分(A−2)を製造した後、上記実施例1の成分(B−1)と同様にして、成分(B−2)を製造した。ただし、追加した水素は135mLであり、重合時間は130分であった。その結果、エチレンは120gが反応により消費され、水素を追加して10分後と重合終了時のH/Cモル比はそれぞれ0.191%、0.272%であり、追加供給した1−ヘキセン量は5.1mLであった。この時得られた成分(B−2)のHLMFRは3.2g/10分であった。
成分(C−2)、表1に記載の成分(D−2)及び(E−2)の三成分を溶融混練によりブレンドすることによりエチレン系重合体組成物を製造した。該組成物のHLMFRは30.5g/10分であり、密度は0.953g/cmであり、混ざり評価の結果は良好であった。
[実施例3]
次のようにして成分(A−3)と成分(B−3)の製造を行ない、連続重合することにより、二段重合品であるエチレン系重合体(C−3)212gを製造した。該重合体(C−3)のHLMFRは6.2g/10分であり、密度は0.939g/cmであった。
成分(A−3)の製造;
上記実施例1の成分(A−1)と同様にして、成分(A−3)を製造した。ただし、水素は45mLであり、触媒量は23mgであり、重合時間は30分であった。その結果、エチレンは66gが反応により消費され、重合開始10分後と重合終了時のH/C比はそれぞれ0.104%、0.146%であり、追加供給した1−ヘキセン量は2.7mLであった。この時得られた成分(A−3)のHLMFRは0.46g/10分であり、密度は0.934g/cmであった。
成分(B−3)の製造;
成分(A−3)を製造した後、上記実施例1の成分(B−1)と同様にして、成分(B−3)を製造した。ただし、追加した水素は200mLであり、重合時間は91分であった。その結果、エチレンは101gが反応により消費され、水素を追加して10分後と重合終了時のH/Cモル比はそれぞれ0.991%、0.268%であり、追加供給した1−ヘキセン量は4.5mLであった。この時得られた成分(B−3)のHLMFRは90g/10分であった。
成分(C−3)、表1に記載の成分(D−3)及び(E−3)の三成分を溶融混練によりブレンドすることによりエチレン系重合体組成物を製造した。該組成物のHLMFRは37.2g/10分であり、密度は0.952g/cmであり、混ざり評価の結果は良好であった。
[実施例4]
次のようにして成分(A−4)と成分(B−4)の製造を行ない、連続重合することにより、二段重合品であるエチレン系重合体(C−4)242gを製造した。該重合体(C−4)のHLMFRは1.3g/10分であり、密度は0.934g/cmであった。
成分(A−4)の製造;
上記実施例1の成分(A−1)と同様にして、成分(A−4)を製造した。ただし、水素は40mLであり、触媒量は24mgであり、重合時間は50分であった。その結果、エチレンは148gが反応により消費され、重合開始10分後と重合終了時のH/C比はそれぞれ0.117%、0.228%であり、追加供給した1−ヘキセン量は6.3mLであった。この時得られた成分(A−4)のHLMFRは0.93g/10分であり、密度は0.932g/cmであった。
成分(B−4)の製造;
成分(A−4)を製造した後、上記実施例1の成分(B−1)と同様にして、成分(B−4)を製造した。ただし、追加した水素は140mLであり、重合時間は25分であった。その結果、エチレンは68gが反応により消費され、水素を追加して10分後と重合終了時のH/Cモル比はそれぞれ0.411%、0.414%であり、追加供給した1−ヘキセン量は2.9mLであった。この時得られた成分(B−4)のHLMFRは15g/10分であった。
成分(C−4)、表1に記載の成分(D−4)及び(E−4)の三成分を溶融混練によりブレンドすることによりエチレン系重合体組成物を製造した。該組成物のHLMFRは11.8g/10分であり、密度は0.950g/cmであり、混ざり評価の結果は良好であった。
[実施例5]
前述の実施例の条件に準じて、表1に記載の成分(A−5)、成分(B−5)をその順序で連続多段重合を行ない、エチレン系重合体である成分(C−5)を大量に製造した。成分(C−5)、表1に記載の成分(D−5)及び(E−5)の三成分を溶融混練によりブレンドすることによりエチレン系重合体組成物を製造した。該組成物のHLMFRは14.2g/10分であり、密度は0.953g/cmであり、混ざり評価の結果は良好であった。
[比較例1]
次のようにして成分(CA−1)と成分(CB−1)の製造を別々に行なった。これら二成分を溶融混練によりブレンドしたエチレン系重合体組成物のHLMFRは2.7g/10分であり、密度は0.939g/cmであった。
成分(CA−1)の製造;
上記実施例1の成分(A−1)と同様にして、成分(CA−1)を製造した。ただし、水素は30mLであり、触媒量は23mgであり、重合時間は120分であった。その結果、エチレンは142gが反応により消費され、重合開始10分後と重合終了時のH/C比はそれぞれ0.16%、0.16%であり、追加供給した1−ヘキセン量は2.0mLであった。この時得られた成分(CA−1)は162gであり、HLMFRは0.42g/10分であり、密度は0.932g/cmであった。
成分(CB−1)の製造;
上記実施例1の成分(A−1)と同様にして、成分(CB−1)を製造した。ただし、水素は180mLであり、触媒量は23mgであり、重合時間は30分であった。その結果、エチレンは96gが反応により消費され、重合開始10分後と重合終了時のH/C比はそれぞれ0.438%、0.415%であり、追加供給した1−ヘキセン量は1.0mLであった。この時得られた成分(CB−1)は105gであり、HLMFRは17.7g/10分であり、密度は0.947g/cmであった。
成分(CA−1)、成分(CB−1)と、表2に記載の成分(CD−1)及び(CE−1)の四成分を溶融混練によりブレンドすることによりエチレン系重合体組成物を製造した。該組成物のHLMFRは34.9g/10分であり、密度は0.957g/cmであり、混ざり評価の結果は不良であった。
[比較例2]
実施例と同様にして、成分(CA−2)と成分(CB−2)の製造を行ない、連続重合することにより、二段重合品であるエチレン系重合体(CC−2)を製造した。該重合体(CC−2)のHLMFRは3.2g/10分であり、密度は0.938g/cmであった。
この時得られた成分(CA−2)のHLMFRは0.38g/10分であり、密度は0.925g/cmであった。
また、この時得られた成分(CB−2)のHLMFRは124.3g/10分であった。
成分(CC−2)、表2に記載の成分(CD−2)及び(CE−2)の三成分を溶融混練によりブレンドすることによりエチレン系重合体組成物を製造した。該組成物のHLMFRは43.4g/10分であり、密度は0.957g/cmであり、混ざり評価の結果は不良であった。
[比較例3]
上記比較例1の条件に準じ、重合装置内の温度を70℃に維持して、エチレン系重合体である成分(CA−3)と成分(CB−3)を別々に重合した。成分(CA−3)、成分(CB−3)と、表2に記載の成分(CD−3)及び(CE−3)の四成分を溶融混練によりブレンドすることによりエチレン系重合体組成物を製造した。該組成物のHLMFRは14.0g/10分であり、密度は0.952g/cmであり、混ざり評価の結果は不良であった。
<被改質成分との混合>
上述のメタロセン触媒により製造されたエチレン系重合体、クロム触媒により製造されたエチレン系重合体、及びチーグラー触媒により製造されたエチレン系重合体の溶融混合は、株式会社東洋精機製作所製ラボプラストミルにより混練した。ローラ形ブレードR100を使用し、70gのサンプルを充填後、170℃の試験温度にて、5分間余熱後、40rpmの回転数で1分間混練を行なった。得られたサンプルについて、MFR、HLMFR、密度、混ざり性、引張衝撃試験、フルノッチクリープ試験を実施した。






















Figure 2016056360
1)少量バッチ重合の場合、成分(A)又は成分(B)のHLMFRは、エチレン系重合体製造中の水素濃度とHLMFRとの相関から求めた(実施例1〜4)。
2)少量バッチ重合の場合、成分(A)又は成分(B)の密度は、エチレン系重合体製造中のα−オレフィンコモノマー濃度と密度との相関から求めた(実施例1〜4)。
3)大量に重合した場合、成分(B)のHLMFRは、成分(A)と成分(C)のHLMFR、及び成分(A)及び成分(B)の重量割合より、加成性に基づいて求めた(実施例5)。
4)大量に重合した場合、成分(B)の密度は、成分(A)と成分(C)の密度、及び成分(A)及び成分(B)の重量割合より、加成性に基づいて求めた(実施例5)。
5)成分(A)及び成分(B)の重合割合は、各成分を重合した際に反応により消費されたエチレン量から求めた(実施例1〜5)。
















































Figure 2016056360

Figure 2016056360
[実施例6]
<シート成形体の製造>
実施例5で得られたエチレン系重合体組成物のペレット樹脂を230℃に加熱されたスクリュー径40mm押出機を持つTダイ単層押出シート成形機にて押出し、幅600mm、ダイリップ間隔0.8mmのコートハンガーダイから水平方向に押出し、40℃の水が内部で循環している鏡面加工された硬質クロムメッキの金属ロールで挟んで冷却固化し、厚み0.5mmのシートを製造した。得られたシートは、フィッシュアイが少なく、平滑であり外観において優れたシートであり、その他問題は全く見られなかった。さらに、積層シートを間接加熱式真空圧空成形機(浅野研究所社製、コスミック成形機)を使用して450℃のセラミックヒーターで上下より加熱し、シートの第1層が内側になるように、直径10cm、深さ3cmの金型を使用して丸型容器成形体を真空成形した。得られた容器成形体は、フィッシュアイが少なく、平滑であり外観において優れた容器であり、その他問題は全く見られなかった。
[評価]
以上のとおり、表1及び2に示す結果から、実施例1〜5と比較例1〜3とを対比すると、本発明のエチレン系重合体組成物の特定要件を満たさないものは、混ざり評価が実施例のポリエチレンに対して見劣りしている。
実施例1と比較例1を対比すると、ブレンド材を構成する各エチレン系重合体の成分について、配合比率、粘度がほぼ同等であるにも関わらず、多段重合により製造されたエチレン系重合体を使用した実施例1の混ざり性は、各成分を別々に重合した、比較例1よりも著しく改善されている。
実施例5と比較例3を対比すると、ブレンド材を構成する各エチレン系重合体の成分について、配合比率、粘度がほぼ同等であるにも関わらず、多段重合により製造されたエチレン系重合体を使用した実施例5の混ざり性は、各成分を別々に重合した、比較例3よりも著しく改善されている。さらに、引張衝撃強さについて、実施例5は比較例3よりも著しく改善されている。これは、実施例5の混ざり性が比較例3よりも優れるために、機械的強度が改善されたことを示している。
実施例2〜4についても、比較例1〜3に比べて、混ざり性が改善していることが分かる。
これらの実施例に示されるように、本発明によるエチレン系重合体組成物は、実施例1〜5に示すとおり、機械的強度を向上させつつ、混ざり評価が高いものであることが確認された。
本発明のエチレン系重合体組成物及びそれよりなる成形体は、高分子量成分(A)の粘度が高く、分子量分布が比較的狭い場合であっても、例えば、成分(C)の粒子の中心部分に存在する成分(B)が、被改質材料と溶融混練する際に、成分(A)の分散を促すため両者の相溶性に優れるエチレン系重合体組成物である。従って、エチレン系重合体組成物に、分子量分布の比較的狭い高分子量成分を比較的少なく、ブレンドした後の粘度さほど高くすることなく高度に分散することができ、成形性、耐久性及び衝撃強度に優れるうえに、高分子量ゲルに由来する凹凸が生じにくく、外観に優れた成形品を製造することができるため、特に、シート成形品に好適なエチレン系重合体組成物である。そして、本発明のエチレン系重合体組成物及びそれよりなる成形体は、物性及び外観が優れた成形体を得ることが可能であり、高度な物性及び外観が要求される分野での用途等に好適に使用できるため、産業上大いに有用である。

Claims (13)

  1. 下記の特性(I)〜(IV)を満足するエチレン系重合体(C)10〜90重量%と、下記の特性(i)〜(iii)を満足するエチレン系重合体(D)5〜85重量%及び下記の特性(1)〜(3)を満足するエチレン系重合体(E)5〜85重量%を含有することを特徴とするエチレン系重合体組成物。
    特性(I):下記の成分(A)及び成分(B)を多段重合してなる。
    成分(A):密度(A)が、0.900〜0.950g/cmであり、ハイロードメルトフローレート(HLMFR(A)、JIS K7210に準じて、温度190℃、荷重21.60kgにて測定される)が、0.1〜10g/10分であるエチレン系重合体。
    成分(B):密度(B)が、0.900〜0.970g/cmであり、ハイロードメルトフローレート(HLMFR(B))が、0.5〜100g/10分であるエチレン系重合体。
    特性(II):密度(C)が、0.900〜0.968g/cmである。
    特性(III):ハイロードメルトフローレート(HLMFR(C))が、0.14〜70g/10分である。
    特性(IV):HLMFR(A)に対するHLMFR(B)の割合(HLMFR(B)/HLMFR(A))が、1.5〜200である。
    特性(i):メタロセン触媒又はチーグラー触媒により製造されたものである。
    特性(ii):密度(D)が、0.900〜0.975g/cmである。
    特性(iii):メルトフローレート(MFR(D)、JIS K7210に準じて、温度190℃、荷重2.16kgにて測定される)が、0.05〜1000g/10分である。
    特性(1):クロム触媒により製造されたものである。
    特性(2):密度(E)が、0.920〜0.965g/cmである。
    特性(3):ハイロードメルトフローレート(HLMFR(E))が、1〜100g/10分である。
  2. 成分(A)及び成分(B)をこの順で多段重合してなる、請求項1に記載のエチレン系重合体組成物。
  3. 成分(A)及び成分(B)が、下記の特性(V)を満足することを特徴とする請求項1又は2に記載のエチレン系重合体組成物。
    特性(V):成分(A)と成分(B)との合計を基準として、成分(B)の含有重量比(X(B))に対する成分(A)の含有重量比(X(A))の割合(X(A)/X(B))が、0.11〜4である。
  4. 密度(W)が、0.910〜0.965g/cmであり、メルトフローレート(MFR(W))が、0.02〜2g/10分であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のエチレン系重合体組成物。
  5. メルトフローレート(MFR(W))とハイロードメルトフローレート(HLMFR(W))の比であるHLMFR(W)/MFR(W)が50〜150であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のエチレン系重合体組成物。
  6. 成分(A)のゲルパーミエーション・クロマトグラフィー(GPC)で測定される重量平均分子量Mwと数平均分子量Mnとの比(Mw/Mn)が、2以上5未満であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のエチレン系重合体組成物。
  7. 成分(A)及び成分(B)が、メタロセン触媒により重合されたエチレン系重合体であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のエチレン系重合体組成物。
  8. 成分(A)及び成分(B)が、チーグラー触媒により重合されたエチレン系重合体であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のエチレン系重合体組成物。
  9. 成分(A)及び成分(B)が、気相重合法又はスラリー重合法により重合されたものであることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載のエチレン系重合体組成物。
  10. 成分(A)及び/又は成分(B)が、2段以上の多段重合により得られたものであることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載のエチレン系重合体組成物。
  11. 請求項1〜10のいずれか1項に記載のエチレン系重合体組成物を成形してなることを特徴とする成形体。
  12. シート成形してなることを特徴とする請求項11に記載の成形体。
  13. 下記の特性(I)〜(IV)を満足するエチレン系重合体(C)10〜90重量%と、下記の特性(i)〜(iii)を満足するエチレン系重合体(D)5〜85重量%及び下記の特性(1)〜(3)を満足するエチレン系重合体(E)5〜85重量%を溶融混合することを特徴とするエチレン系重合体組成物の製造方法。
    特性(I):下記の成分(A)及び成分(B)を多段重合してなる。
    成分(A):密度(A)が、0.900〜0.950g/cmであり、ハイロードメルトフローレート(HLMFR(A)、JIS K7210に準じて、温度190℃、荷重21.60kgにて測定される)が、0.1〜10g/10分であるエチレン系重合体。
    成分(B):密度(B)が、0.900〜0.970g/cmであり、ハイロードメルトフローレート(HLMFR(B))が、0.5〜100g/10分であるエチレン系重合体。
    特性(II):密度(C)が、0.900〜0.968g/cmである。
    特性(III):ハイロードメルトフローレート(HLMFR(C))が、0.14〜70g/10分である。
    特性(IV):HLMFR(A)に対するHLMFR(B)の割合(HLMFR(B)/HLMFR(A))が、1.5〜200である。
    特性(i):メタロセン触媒又はチーグラー触媒により製造されたものである。
    特性(ii):密度(D)が、0.900〜0.975g/cmである。
    特性(iii):メルトフローレート(MFR(D)、JIS K7210に準じて、温度190℃、荷重2.16kgにて測定される)が、0.05〜1000g/10分である。
    特性(1):クロム触媒により製造されたものである。
    特性(2):密度(E)が、0.920〜0.965g/cmである。
    特性(3):ハイロードメルトフローレート(HLMFR(E))が、1〜100g/10分である。

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