JP2018165356A - ポリエチレン樹脂用改質材、並びにそれを用いたポリエチレン樹脂組成物及び成形体 - Google Patents
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Abstract
Description
近年では、生産性向上のための成形サイクル短縮や、低コスト、環境負荷低減などのための薄肉軽量化の動きが顕著であり、材料の成形性、剛性、耐久性及び衝撃強度をより高度にバランス良くさせることが求められている。
しかし、一般に、ポリエチレン材料の粘度は温度の低下に伴い大きくなり、成形温度を低下させていくと、混練、押出、射出等の工程において成形機への負荷が大きくなる可能性がある。また、射出成形では、材料の流動性が低下することにより、キャビティー内への樹脂の充填が不十分となる、いわゆるショートショットと呼ばれる成形不良現象を生じ易くなる。
これらのことから、成形温度を下げるための検討を行う場合には、材料の溶融粘度が大きくなることを考慮し、使用するポリエチレン材料には、より流動性の高い材料が求められる。即ち、成形サイクルの短縮化を達成するためには、ポリエチレン材料の流動性を高く、即ち、分子量を低くする必要が生じ、耐環境応力亀裂性の維持とは相反するため、流動性と耐環境応力亀裂性のバランスに優れ、成形サイクルの短縮化に対応できる材料が求められている。
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。
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。
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ているため、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、被改質材料に添加される該エチレン・α−オレフィン共重合体の質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り、特に、容器蓋部のような高い流動性が求められる製品の材料としては不十分となる。
また、特許文献2及び3に示される樹脂組成物は、他の特定の樹脂(被改質材)に改質材としてブレンドすることで、容器蓋用樹脂材料に求められる剛性、高流動性、耐久性、耐衝撃性等の高度な機械物性に対応する材料に改良できることについて何ら開示されていない。
また、特許文献4に示されるポリエチレン系樹脂成形材料は、炭酸飲料の容器蓋部材として必要な耐ストレスクラック性能や衝撃性を維持するために、さらなる高速成形性を達成するには流動性が不十分であるという問題点を抱えている。
特性(I):下記のポリエチレン(A)及びポリエチレン(B)を含む。
ポリエチレン(A):密度(A)が、0.900〜0.950g/cm3であり、ハイロードメルトフローレート(HLMFR(A)、JIS K7210、温度190℃、荷重21.60kg)が、0.1〜10g/10分である。
ポリエチレン(B):密度(B)が、0.900〜0.970g/cm3であり、ハイロードメルトフローレート(HLMFR(B)、JIS K7210、温度190℃、荷重21.60kg)が、0.5〜100g/10分である。
特性(II):密度(C)が、0.900〜0.968g/cm3である。
特性(III):ハイロードメルトフローレート(HLMFR(C)、JIS K7210、温度190℃、荷重21.60kg)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、1.5〜1000である。
特性(i):密度(D)が、0.900〜0.975g/cm3である。
特性(ii):メルトフローレート(MFR(D)、JIS K7210、温度190℃、荷重2.16kg)が、0.05〜1000g/10分である。
特性(1):HLMFRが5〜30g/10分以下である。
特性(2):密度が0.930〜0.955g/cm3以下である。
特性(V):ポリエチレン(A)とポリエチレン(B)との合計を基準として、ポリエチレン(B)の含有質量比(X(B))に対するポリエチレン(A)の含有質量比(X(A))の割合(X(A)/X(B))が、0.11〜4である。
特性(f1):密度(F)が、0.900〜0.975g/cm3である。
特性(f2):メルトフローレート(MFR(F)、JIS K7210、温度190℃、荷重2.16kg)が、0.05〜1000g/10分である。
また、本発明のポリエチレン樹脂用改質材は、被改質材料にブレンドした際に容器蓋部の製造に代表される圧縮成形法への適性を示す押出特性評価や、射出成形法への適性を示すスパイラルフロー長さといった評価において、低温でも良好な流動性を有し、従って成形温度を低下させることができるため、溶融樹脂を金型内で成形した後の冷却・固化工程に要する時間を短縮化させ、成形サイクル全体の短縮化を達成することができるため、成形性、剛性、耐久性及び衝撃強度等の機械物性に優れるブレンド組成物を提供することができるポリエチレン樹脂用改質材であるという効果がある。
従って、本発明のポリエチレン樹脂用改質材、それを用いたポリエチレン樹脂組成物、及び成形体は、物性及び成形性が優れた成形体を得ることができるため、高度な物性及び成形性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。
特性(I):下記のポリエチレン(A)及びポリエチレン(B)を含む。
ポリエチレン(A):密度(A)が、0.900〜0.950g/cm3であり、ハイロードメルトフローレート(HLMFR(A)、JIS K7210、温度190℃、荷重21.60kg)が、0.1〜10g/10分である。
ポリエチレン(B):密度(B)が、0.900〜0.970g/cm3であり、ハイロードメルトフローレート(HLMFR(B)、JIS K7210、温度190℃、荷重21.60kg)が、0.5〜100g/10分である。
特性(II):密度(C)が、0.900〜0.968g/cm3である。
特性(III):ハイロードメルトフローレート(HLMFR(C)、JIS K7210、温度190℃、荷重21.60kg)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、1.5〜1000である。
特性(i):密度(D)が、0.900〜0.975g/cm3である。
特性(ii):メルトフローレート(MFR(D)、JIS K7210、温度190℃、荷重2.16kg)が、0.05〜1000g/10分である。
特性(1):HLMFRが5〜30g/10分以下である。
特性(2):密度が0.930〜0.955g/cm3以下である。
以下、本発明に用いられるポリエチレン(C)、特にそれを特徴付ける特性(I)〜(IV)、好ましくは特性(I)〜(V)、及びそのポリエチレン(C)の製造方法、並びにポリエチレン(D)、特にそれを特徴付ける特性(i)〜(ii)、及びそのポリエチレン(D)の製造方法、更にはポリエチレン樹脂用改質材、並びにポリエチレン樹脂用改質材を用いたポリエチレン樹脂組成物及び成形体等について、項目毎に、詳細に説明する。
本発明のポリエチレン樹脂用改質材に用いられるポリエチレン(C)は、下記の特性(I)〜(IV)を満足し、さらに特性(V)を満足することが好ましい。
ポリエチレン(A):密度(A)が、0.900〜0.950g/cm3であり、ハイロードメルトフローレート(HLMFR(A)、JIS K7210、温度190℃、荷重21.60kg)が、0.1〜10g/10分である。
ポリエチレン(B):密度(B)が、0.900〜0.970g/cm3であり、ハイロードメルトフローレート(HLMFR(B)、JIS K7210、温度190℃、荷重21.60kg)が、0.5〜100g/10分である。
ポリエチレン(A)は、エチレン系重合体であって、密度(A)が、0.900〜0.950g/cm3であり、HLMFR(A)が、0.1〜10g/10分であることが必要である。
なお、本明細書において、ポリエチレン及びポリエチレン樹脂用改質材の密度は、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、主にポリエチレン(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。
なお、本明細書において、ポリエチレン及びポリエチレン樹脂用改質材の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、主にポリエチレン(A)の製造時の水素量により調整することができる。
なお、本明細書において、ポリエチレンの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、主にポリエチレン(A)の触媒種により調整することができる。
ポリエチレン(B)は、エチレン系重合体であって、密度(B)が、0.900〜0.970g/cm3であり、HLMFR(B)が、0.5〜100g/10分であることが必要である。
密度(B)は、主にポリエチレン(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。
HLMFR(B)は、主にポリエチレン(B)の製造時の水素量により調整することができる。
本発明に用いられるポリエチレン(C)の密度(C)は、0.900〜0.968g/cm3であることが必要であり、好ましくは0.910〜0.957g/cm3、更に好ましくは0.915〜0.951g/cm3である。密度(C)が0.900g/cm3以上では、被改質材料と改質材をブレンドした後のブレンド組成物の剛性が良好となる傾向がある。一方、密度(C)が0.968g/cm3以下であるとポリエチレン(C)中のα−オレフィンを多く含む成分の含有量が増加し、改質材の機械物性改質効果が良好となる傾向がある。
密度(C)は、主にポリエチレン(A)及び(B)それぞれの製造時のα−オレフィン量、並びにポリエチレン(A)及びポリエチレン(B)の重合比率により調整することができる。
本発明におけるポリエチレン(C)のハイロードメルトフローレート(HLMFR(C)、JIS K7210、温度190℃、荷重21.60kg)は、0.14〜70g/10分であることが必要である。好ましくは0.14〜40g/10分、更に好ましくは0.14〜15g/10分である。HLMFR(C)が0.14g/10分以上では、ポリエチレン(C)と(D)を溶融混練する際に相溶性が良好となる傾向がある。一方、HLMFR(C)が70g/10分以下であるとポリエチレン(C)中の高分子量成分の含有量が増加し、また低分子量成分の含有量が低下し、改質材の械物性改質効果が良好となる傾向がある。
HLMFR(C)は、主にポリエチレン(A)及び(B)それぞれの製造時の水素量、並びにポリエチレン(A)及びポリエチレン(B)の重合比率により調整することができる。
本発明に用いられるポリエチレン(C)において、HLMFR(A)に対するHLMFR(B)の割合(HLMFR(B)/HLMFR(A))は、1.5〜1000であることが必要である。好ましくは1.5〜500、更に好ましくは1.5〜200である。
HLMFR(B)/HLMFR(A)の値は、ポリエチレン(A)とポリエチレン(B)の分子量差を表すものと考えることができる。従って、HLMFR(B)/HLMFR(A)がこの範囲にあると、ポリエチレン(A)とポリエチレン(B)に分子量差が生じ、組成分布が生じるため、本発明におけるポリエチレン(C)の組成分布を高度に制御することが可能となり、流動性、剛性、及び耐久性改質効果のバランスに優れたポリエチレン樹脂用改質材を製造することが可能となるため、好ましい。また、HLMFR(B)/HLMFR(A)が1.5以上では、ポリエチレン(A)とポリエチレン(B)の分子量差が生じるために、ポリエチレン(B)の粘度がポリエチレン(A)に近づくことを抑制し、ポリエチレン(A)と同様の高い粘度を示すようになることを抑制し、ポリエチレン(B)自身がポリエチレン(A)と共に、ポリエチレン(C)とポリエチレン(D)を溶融混練する際に、高分子量ゲルとなるのを抑制することができる。また、ポリエチレン(C)の流動性が増加するため、ポリエチレン樹脂用改質材の流動性が増加し、造粒適性に適し、被改質材料にブレンドした際に、被改質材料中に改質材を高度に分散しやすくなり、更に被改質材料とブレンドした後のブレンド組成物の粘度を低下させ、すなわち流動性が良好となる傾向がある。一方、HLMFR(B)/HLMFR(A)が1000以下であると、上述の通り、ポリエチレン(B)の分子量の増加に伴い、改質材の耐久性改質効果が良好となるため好ましい。
HLMFR(B)/HLMFR(A)は、主にポリエチレン(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。
本発明に用いられるポリエチレン(C)において、ポリエチレン(A)とポリエチレン(B)との合計を基準として、ポリエチレン(B)の含有質量比(X(B))に対するポリエチレン(A)の含有質量比(X(A))の割合(X(A)/X(B))が、0.11〜4であることが好ましく、更に好ましくは0.33〜4、更に好適には0.80〜4である。
ポリエチレン(A)及びポリエチレン(B)をこの順で多段重合する場合、X(A)/X(B)の値は、ポリエチレン(C)の粒子の外表面に存在する、先に製造した高分子量ポリエチレン(A)が、中心部に存在する後で製造したポリエチレン(B)により、溶融混練前のポリエチレン(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、溶融混練前のポリエチレン(C)の粒子の外表面に存在する、高分子量ポリエチレン(A)の拡散が十分であるため好ましい。X(A)/X(B)が0.11以上では、実際の多段重合の場合、ポリエチレン(A)の製造で比率調整のために触媒活性を落とす必要がなくなり、ポリエチレン(C)の生産性を向上させることができるため好ましい。一方、X(A)/X(B)が4以下であると溶融混練前のポリエチレン(C)の粒子の外表面に存在する、高分子量ポリエチレン(A)の拡散が良好となり、またポリエチレン(C)の流動性が向上するため、ポリエチレン樹脂用改質材の流動性が向上し、造粒適性に適し、被改質材料にブレンドした際に、改質材を高度に分散させやすくなり、更に被改質材料とブレンドした後のブレンド組成物の粘度を低下させ、すなわち流動性が良好となる傾向がある。
X(A)/X(B)は、主にポリエチレン(A)とポリエチレン(B)の各重合量により調整することができる。
本発明のポリエチレン(C)は、ポリエチレン(A)及びポリエチレン(B)を多段重合して得たものであることが好ましい。
本発明の多段重合においては、ポリエチレン(A)及びポリエチレン(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、ポリエチレン(A)及びポリエチレン(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。
本発明のポリエチレン樹脂用改質材は、上記特定の物性を満足し、好ましくは、ポリエチレン(A)を先に重合し、その後、多段重合により、特定のポリエチレン(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、ポリエチレン(C)の粒子の外表面に存在する、先に製造した高分子量ポリエチレン(A)が、中心部に存在する後で製造したポリエチレン(B)により、溶融混練前のポリエチレン(C)の粒子の状態で押し広げられ、拡散すると推定される。
これは、多段重合を実施することで、ポリエチレンの分子量分布や組成分布を高度に制御することが可能となるためであると考えられる。すなわち、ポリエチレン中の分子量の大きな成分へのコモノマー共重合量を選択的に高くすることで、高度な耐久性改質効果が効率的に付与され、分子量の小さな成分へのコモノマー共重合量を選択的に低くすることで、高度な剛性及び流動性が付与されるため、ポリエチレンが流動性、剛性、及び耐久性改質効果のバランスに優れた樹脂組成物となると考えられる。
ポリエチレン(A)及びポリエチレン(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、ポリエチレン(A)及びポリエチレン(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・α−オレフィン共重合体中の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。
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MgCl2のテトラヒドロフラン溶液とTiCl3あるいはTiCl4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、MgCl2とTi(OnBu)4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TiCl4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。
ここで、X1はハロゲン原子、好ましくは塩素原子であり、R1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、R2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。
(1)Mg、MgO、MgF2、MgCl2、MgBr2、MgI2、MgClF、MgBrCl、MgClI等、
(2)Mg(CH3)2、Mg(C2H5)2、Mg(C3H7)2、Mg(C4H9)2、Mg(C6H13)2、Mg(C8H17)2、Mg(C10H21)2、Mg(C3H5)2、Mg(C6H11)2、Mg(C6H5)2、Mg(C6H4−CH3)2、Mg(C6H4−C2H5)2、Mg(C6H4−C4H9)2、Mg(C6H3(CH3)2)2、Mg(CH2−C6H5)2、Mg(C2H4−C6H5)2、Mg(CH3)(C2H5)、Mg(C2H5)(C4H9)、Mg(CH3)(C4H9)、Mg(C4H9)(C6H5)等、
(3)Mg(OH)2、Mg(OCH3)2、Mg(OC2H5)2、Mg(OC3H7)2、Mg(OC4H9)2、Mg(OC6H13)2、Mg(OC6H11)2、Mg(OC6H5)2、Mg(OCH2C6H5)2、Mg(OH)(OC2H5)、Mg(OC2H5)(OC4H9)、Mg(OC6H4CH3)2等、
(4)Mg(C2H5)Cl、Mg(C2H5)Br、Mg(C2H5)I、Mg(C4H9)Cl、Mg(C4H9)Br、Mg(C4H9)I等、
(5)Mg(OH)Cl、Mg(OH)Br、Mg(OH)I、Mg(OC2H5)Cl、Mg(OC2H5)Br、Mg(OC2H5)I、Mg(OC4H9)Cl、Mg(OC4H9)Br、Mg(OC4H9)I等、
(6)Mg(C2H5)(OC2H5)、Mg(C2H5)(OC3H7)、Mg(C2H5)(OC4H9)、Mg(C2H5)(OC6H13)等、
ここで、X2はハロゲン原子、好ましくは塩素原子であり、R3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、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(OR3)3、TiCl2(OR3)2、TiCl3(OR3)、TiCl4であり、更に好ましい態様の一例は、TiCl(OR3)3、TiCl4である。
ただし、R3の定義は上記の通りである。また、p=0の場合、すなわち、Ti(OR3)4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(OR3)4の1つ以上の炭化水素オキシ基(OR3)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。
(1)TiF4、TiCl4、TiBr4、TiI4、TiFCl3、TiBrCl3、TiBr2Cl2、TiBr3Cl、TiBrCl2I、等、
(2)Ti(OCH3)4、Ti(OC2H5)4、Ti(OC3H7)4、Ti(OC4H9)4、Ti(OC6H13)4、Ti(OC6H11)4、Ti(OC6H5)4、Ti(OC8H17)4、Ti(OC10H21)4、Ti(OCH2C6H5)4、Ti(OCH2C3H5)4、Ti(OCH2C6H11)4、Ti(OC3H5)4、Ti(OC2H5)(OC4H9)3、Ti(OC2H5)2(OC4H9)2、Ti(OC2H5)3(OC4H9)、Ti(OC6H4CH3)4、Ti(OC2H5)(OC4H9)(OC6H13)2等、
(3)Ti(OCH3)Cl3、Ti(OCH3)2Cl2、Ti(OCH3)3Cl、Ti(OC2H5)Cl3、Ti(OC2H5)2Cl2、Ti(OC2H5)3Cl、Ti(OC2H5)(OC4H9)Cl2、Ti(OC2H5)Br3、Ti(OC2H5)I3、Ti(OC2H5)Cl2Br、Ti(OC2H5)Cl2I、Ti(OC2H5)ClBrI、Ti(OC3H7)Cl3、Ti(OC3H7)2Cl2、Ti(OC3H7)3Cl、Ti(OC4H9)Cl3、Ti(OC4H9)2Cl2、Ti(OC4H9)3Cl、Ti(OC4H9)Br3、Ti(OC4H9)I3、Ti(OC5H11)3Cl、Ti(OC6H13)3Cl、Ti(OC6H5)3Cl、Ti(OC6H5)2Cl2、Ti(OC6H5)Cl3等、
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律表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。本発明に用いるポリエチレン(A)は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。
条件(J):ポリエチレン(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(H2/C2[気相部A])が、0.00〜0.40である。
条件(K):ポリエチレン(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モル比(H2/C2[気相部A])と、ポリエチレン(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モル比(H2/C2[気相部B])の比([H2/C2[気相部B]]/[H2/C2[気相部A]])が、1.05〜12.0である。
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質量比(エチレン系重合体質量(g)/オレフィン重合用触媒の質量(g))が、3000〜50000である。
多段重合では、ポリエチレン(A)及びポリエチレン(B)の順番は特に限定されないが、その順番をポリエチレン(A)及びポリエチレン(B)の順、すなわち、ポリエチレン(A)を重合する工程の後、ポリエチレン(A)を含む反応系をそのままポリエチレン(B)の反応条件へ移行してポリエチレン(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、ポリエチレン(A)及び/又はポリエチレン(B)は、本発明のポリエチレン樹脂用改質材がより優れた樹脂改質性能を発揮するように、ポリエチレン(A)をより高分子量の成分を含むポリエチレン樹脂として設計することを目的として、あるいは本発明のポリエチレン樹脂用改質材がより優れた被改質材料改質性能を維持しつつ、高い溶融流動性を示すように、ポリエチレン(B)をより低分子量の成分を含むポリエチレン樹脂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。
本発明に用いられるポリエチレン(D)は、前述した特性(i)〜(ii)を満足することを必要とする。以下に、特性(i)〜(ii)及びポリエチレン(D)の製造方法について説明する。
本発明のポリエチレン(D)の密度(D)は、0.900〜0.975g/cm3であることが必要であり、好ましくは0.920〜0.975g/cm3、更に好ましくは0.940〜0.975g/cm3である。密度(D)が0.900g/cm3以上では、被改質材料と改質材をブレンドした後のブレンド組成物の剛性が良好となる傾向がある。
一方、密度(D)が0.975g/cm3以下であると改質材の械物性改質効果が良好となる傾向がある。
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。
本発明のポリエチレン(D)のメルトフローレート(MFR(D)、JIS K7210、温度190℃、荷重2.16kg)が、0.05〜1000g/10分である。好ましくは1〜500g/10分、更に好ましくは10〜200g/10分である。MFR(D)が0.05g/10分以上では、改質材の流動性が向上し、改質材の造粒適性や、被改質材料とのブレンド時の改質材の分散が良好となる傾向がある。一方、MFR(D)が1000g/10分以下であると、低分子量の成分量の増加を抑制し、被改質材料と改質材をブレンドした後のブレンド組成物の耐衝撃性の低下を抑制することができる。
なお、本明細書で、ポリエチレン、ポリエチレン樹脂、及び、ポリエチレン樹脂組成物のMFR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、190℃、2.16kg荷重の条件で測定したときの値をいう。
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。
ポリエチレン(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、ポリエチレン(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・α−オレフィン共重合体中の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。
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。
本発明のポリエチレン樹脂用改質材(E)は、以下の特性(1)〜(2)を満足する。
特性(1):HLMFRが5g/10分以上30g/10分以下である。
特性(2):密度が0.930g/cm3以上0.955g/cm3以下である。
前記特性(1)〜(2)は、前記と同様にして測定することができる。
本発明のポリエチレン樹脂用改質材(E)は、上記したとおり、ポリエチレン(C)と、ポリエチレン(D)とを含有することが必要である。
ポリエチレン(C)とポリエチレン(D)との配合量比は、ポリエチレン(C)とポリエチレン(D)との合計量を基準として、(C)が10〜90質量%に対し、(D)が10〜90質量%であることが必要である。好ましくは、(C)が20〜80質量%に対し、(D)が20〜80質量%、更に好ましくは、(C)が30〜70質量%に対し、(D)が30〜70質量%である。(C)が10質量%以上であると、改質材中の高分子量成分の含有量が増加し、被改質材料に対する機械物性改質効果が良好となる傾向がある。一方、(C)が90質量%以下であると、改質材の流動性が向上し、改質材の造粒適性や、被改質材料とのブレンド時の改質材の分散が良好となる傾向がある。
(2−1)特性(1):HLMFRが5g/10分以上30g/10分以下である。
本発明のポリエチレン樹脂用改質材(E)は、ハイロードメルトフローレート(HLMFR(E)、JIS K7210、温度190℃、荷重21.60kg)が、5〜30g/10分であればよく、好ましくは、5〜25g/10分、特に好ましくは、5〜18g/10分である。HLMFR(E)が5g/10分以上であると、流動性が向上し、改質材の造粒適性、及び被改質材料とのブレンド時の改質材の分散が良好となる傾向がある。
一方、30g/10分以下であると、改質材中の高分子量成分の含有量が増加し、また低分子量成分の含有量が低下し、被改質材料に対する機械物性改質効果が良好となる傾向がある。
なお、ポリエチレン樹脂用改質材のHLMFR(E)は、ポリエチレン(C)及びポリエチレン(D)製造時のそれぞれの水素量、並びにポリエチレン(C)及びポリエチレン(D)の配合量により調整することができる。
本発明のポリエチレン樹脂用改質材(E)は、密度(E)が、0.930〜0.955g/cm3であればよく、好ましくは、0.933〜0.953g/cm3、特に好ましくは、0.935〜0.950g/cm3である。密度(E)が0.930g/cm3以上であると、被改質材料と改質材をブレンドした後のブレンド組成物の剛性が良好となる傾向がある。一方、0.955g/cm3以下であると、改質材中のα−オレフィンを多く含む成分の含有量が増加し、被改質材料に対する耐衝撃性、耐久性等の機械物性改質効果が良好となる傾向がある。
なお、ポリエチレン樹脂用改質材の密度(E)は、ポリエチレン(C)及びポリエチレン(D)製造時のそれぞれのα−オレフィン量、並びにポリエチレン(C)及びポリエチレン(D)の配合量により調整することができる。
本発明のポリエチレン(C)、ポリエチレン(D)又はポリエチレン樹脂用改質材(E)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、架橋材、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。
本発明のポリエチレン樹脂用改質材(E)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、ポリエチレン(C)とポリエチレン(D)とを個別に製造し、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、ポリエチレン(C)及びポリエチレン(D)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、被改質材とブレンドし、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。
本発明のポリエチレン樹脂用改質材(E)を、安価な汎用ポリエチレンや、使用済みの製品、製造工程で生じる廃棄物等からなる再生材に適用すれば、機械物性が良好な成形品を低コストで提供することが可能である。
また、本発明のポリエチレン樹脂用改質材(E)を、特表2010−511634号公報に記載されているような、植物由来のカーボンニュートラル(化石原料を使わず大気中の二酸化炭素の増加につながらない)な性質を持つポリマーに適用すれば、機械物性に優れ、環境に配慮した製品の提供が可能である。
本発明のポリエチレン樹脂組成物(G)は、下記特性(f1)〜(f2)を満足するポリエチレン樹脂(F)90〜40質量%と、前記ポリエチレン樹脂用改質材(E)10〜60質量%とを含む。
特性(f1):密度(F)が、0.900〜0.975g/cm3である。
特性(f2):メルトフローレート(MFR(F)、JIS K7210、温度190℃、荷重2.16kg)が、0.05〜1000g/10分である。
本発明のポリエチレン樹脂組成物(G)は、ポリエチレン樹脂(F)に対し、ポリエチレン樹脂用改質材(E)を混合(例えば、溶融混合等)することにより製造することができる。
ポリエチレン樹脂用改質材(E)とポリエチレン樹脂(F)の配合量比は、ポリエチレン樹脂用改質材(E)とポリエチレン樹脂(F)との合計量を基準として、ポリエチレン樹脂用改質材(E)が10〜60質量%に対し、ポリエチレン樹脂(F)が40〜90質量%であればよく、好ましくは、ポリエチレン樹脂用改質材(E)が15〜55質量%に対し、ポリエチレン樹脂(F)が45〜85質量%、更に好適には、ポリエチレン樹脂用改質材(E)が20〜50質量%に対し、ポリエチレン樹脂(F)が50〜80質量%である。ポリエチレン樹脂用改質材(E)が10質量%以上であると、ポリエチレン樹脂用改質材中の高分子量成分の含有量が増加し、改質材をブレンドした後のポリエチレン樹脂組成物(G)の機械強度が良好となる傾向がある。一方、ポリエチレン樹脂用改質材(E)が60質量%以下であると、改質材をブレンドした後のポリエチレン樹脂組成物(G)の流動性が向上し、押出性や成形性が良好となる傾向がある。
(2−1)特性(f1):密度(F)が、0.900〜0.975g/cm3である。
ポリエチレン樹脂(F)は、密度(F)が、0.900〜0.975g/cm3であればよく、好ましくは0.920〜0.975g/cm3、特に好ましくは0.940〜0.975g/cm3である。密度(F)が0.900g/cm3以上では、改質材をブレンドした後のポリエチレン樹脂組成物(G)の剛性が良好となる傾向がある。一方、密度(F)が0.975g/cm3以下であると、改質材をブレンドした後のポリエチレン樹脂組成物(G)の耐衝撃性が向上する。
密度(F)は、主にポリエチレン樹脂(F)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。
ポリエチレン樹脂(F)は、メルトフローレート(MFR(F)、JIS K7210、温度190℃、荷重2.16kg)が、0.05〜1000g/10分であればよく、好ましくは1〜500g/10分、特に好ましくは10〜200g/10分である。MFR(F)が0.05g/10分以上では、改質材をブレンドした後のポリエチレン樹脂組成物(G)の流動性が向上し、成形性が良好となる傾向がある。一方、MFR(F)が1000g/10分以下であると、低分子量の成分量が低下することにより、改質材をブレンドした後のポリエチレン樹脂組成物(G)の耐衝撃性が向上する。
MFR(F)は、主にポリエチレン樹脂(F)の製造時の水素量により調整することができる。
本発明のポリエチレン樹脂組成物(G)は、更に下記特性(g1)〜(g3)を満たすことが好ましい。
特性(g1):メルトフローレート(MFR(G)、JIS K7210、温度190℃、荷重2.16kg)が、0.05〜10g/10分である。
特性(g2):ハイロードメルトフローレート(HLMFR(G)、JIS K7210、温度190℃、荷重21.60kg)が10g/10分以上500g/10分以下である。
特性(g3):密度(G)が0.950g/cm3以上0.968g/cm3以下である。
ポリエチレン樹脂組成物(G)は、メルトフローレート(MFR(G)、JIS K7210、温度190℃、荷重2.16kg)が、0.05〜10g/10分であることが好ましく、更に好ましくは0.1〜8g/10分、特に好ましくは0.2〜6g/10分である。MFR(G)が0.05g/10分以上では、ポリエチレン樹脂組成物(G)の流動性が向上し、成形性が良好となる傾向がある。一方、MFR(G)が10g/10分以下であると、ポリエチレン樹脂組成物(G)の耐衝撃性、耐久性等の機械物性が良好となる傾向がある。
本発明のポリエチレン樹脂組成物(G)は、ハイロードメルトフローレート(HLMFR(G)、JIS K7210、温度190℃、荷重21.60kg)が、10〜500g/10分であることが好ましく、更に好ましくは、20〜400g/10分、特に好ましくは、30〜350g/10分である。HLMFR(G)が10g/10分以上であると、ポリエチレン樹脂組成物(G)の流動性が向上し、成形性が良好となる傾向がある。
一方、500g/10分以下であると、ポリエチレン樹脂組成物(G)の耐衝撃性、耐久性等の機械物性が良好となる傾向がある。
なお、ポリエチレン樹脂組成物(G)のHLMFR(G)は、ポリエチレン樹脂(F)及びポリエチレン樹脂用改質材(E)に含まれる各ポリエチレンの製造時のそれぞれの水素量、並びにポリエチレン樹脂(F)及びポリエチレン樹脂用改質材(E)の配合量により調整することができる。
本発明のポリエチレン樹脂組成物(G)は、密度(G)が、0.950〜0.968g/cm3であることが好ましく、更に好ましくは、0.953〜0.966g/cm3、特に好ましくは、0.955〜0.964g/cm3である。密度(G)が0.950g/cm3以上であると、ポリエチレン樹脂組成物(G)の剛性が良好となる傾向がある。
一方、0.968g/cm3以下であると、ポリエチレン樹脂組成物(G)の耐衝撃性、耐久性等の機械物性が良好となる傾向がある。
なお、ポリエチレン樹脂組成物(G)の密度(G)は、ポリエチレン樹脂(F)及びポリエチレン樹脂用改質材(E)に含まれる各ポリエチレンの製造時のそれぞれのα−オレフィン量、並びにポリエチレン樹脂(F)及びポリエチレン樹脂用改質材(E)の配合量により調整することができる。
本発明のポリエチレン樹脂組成物(G)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、炭酸カルシウム、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、アスベスト、金属粉(アルミニウム、銅、鉄、鉛など)などが挙げられる。
いずれの場合でも、上記ポリエチレン系樹脂に、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。
また、本発明のポリエチレン樹脂用改質材(E)、ポリエチレン樹脂(F)及び上述の添加剤や充填剤を高濃度に含有するマスターバッチを、本発明の目的を損なわない範囲において各種攪拌機等によりブレンドした後、各種成形機により成形を行なって所望の成形品を得ることができる。
本発明のポリエチレン樹脂組成物(G)は、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、圧縮成形法などが挙げられる。これらの成形方法により、各種形状の容器蓋などに成形することができる。
特に、本発明のポリエチレン樹脂用改質材(E)を用いて改質された樹脂組成物(G)は、高い流動性を維持したまま機械的特性が良好であるという特徴があることから、射出成形又は圧縮成形により成形されることが好ましい。具体的には、容器蓋などに成形した際に、高い流動性を維持したまま成形温度を低下させることができるため、溶融樹脂を金型内で成形した後の冷却・固化工程に要する時間を短縮することが可能となり、成形サイクルの短縮化に対応することができる。
射出成形又は圧縮成形してなる成形品の製造方法については、特に限定されず、通常、従来から公知の成形機を用いた成形法等が用いられる。
更に、本発明の組成物を用いた成形品には、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。
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2.16kgにおけるメルトフローレート(MFR):
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。
(2)温度190℃、荷重21.6kgにおけるメルトフローレート(HLMFR):
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。
(3)密度:
JIS K7112:1999に準拠して測定した。
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℃、1.9MPa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。
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。
改質材のHLMFRが5g/10分以上のものを良好「○」、5g/10分未満のものを不良「×」と評価した。
ポリエチレン樹脂組成物のFNCTが100時間以上のものを良好「○」、100時間未満のものを不良「×」と評価した。
ポリエチレン樹脂用改質材所定量と、被改質材料であるポリエチレン樹脂所定量をブレンドしてポリエチレン樹脂組成物を製造した際に、製造したポリエチレン樹脂組成物のFNCTが100時間以上となった場合は、改質材の耐久性改質性能を良好「○」、100時間未満となった場合は、改質材の耐久性改質性能を不良「×」と評価した。
東洋精機製作所社製ラボプラストミルD2020単軸押出機を用い、樹脂の流れ方向より順に80メッシュ、120メッシュ、60メッシュのステンレス製金網を装着したφ2.0mm×25穴のブレーカープレート、及び圧縮比2.6のフルフライトスクリューを使用し、150℃、170℃、190℃、210℃の各温度条件にて、吐出量1.5kg/hにおける押出トルクと、樹脂圧力を測定した。
ファナック社製ROBOSHOT S−2000i 100B射出成形機を用い、金型温度40℃、射出速度10mm/秒にて計量位置21.5mmから切替え位置10mmまで射出した後、射出圧力75MPaにて10秒射出した。ゲート幅2mm、流路幅10mm、厚み2mm、最長流路長2,000mmのアルキメデスのスパイラル流路を有する金型を用い、150℃、170℃、190℃、210℃の各温度条件におけるスパイラルフロー長さを測定した。
(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313m2/g、細孔容積1.6cm3/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、更に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。
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(Z−1)を得た。
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(Z−1)、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ポリエチレン(D)((D−1)、(D−2)、(CD−1)及び(CD−2))及び被改質材料であるポリエチレン樹脂(F)((F−5))の製造を実施した。なお、ポリエチレン(D)及びポリエチレン樹脂(F)のMFRの調節は水素を適量供給することにより実施した。
ポリエチレン(A)、ポリエチレン(B)を製造した際の重合条件を表1に示した。
次のようにしてポリエチレン(A−1)とポリエチレン(B−1)の製造を行ない、連続重合することにより、二段重合品であるポリエチレン(C−1)を製造した。ポリエチレン(C−1)のHLMFRは0.8g/10分であり、密度は0.934g/cm3であった。
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、ポリエチレン(A−1)を製造した。すなわち、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の1槽目に、脱水精製イソブタン、トリイソブチルアルミニウム、上記(1)で得られたシリカ担持メタロセン触媒A、エチレン、1−ヘキセン、水素を連続的に供給し、70℃でエチレンを重合することによりポリエチレン(A−1)の製造を実施した。この時得られたポリエチレン(A−1)のHLMFRは0.11g/10分であり、密度は0.925g/cm3であった。
上記のように1槽目にて製造されたポリエチレン(A−1)を含むスラリーの一部分を連結管にて2槽目に導いた後、2槽目に脱水精製イソブタン、エチレン、水素を追加してポリエチレン(B−1)を製造した。この時得られたポリエチレン(B−1)のHLMFRは100g/10分であった。
[混練条件]
使用機器:東洋精機製作所社製ラボプラストミル ローラミキサ(ミキサ型式:R100/ブレード形状:ローラ型R100B)
添加剤配合:BASFジャパン社製IRGANOX B225を2,000ppm及び 淡南化学工業社製ステアリン酸カルシウムを1,000ppm使用
充填量:70g/batch
混練温度:190℃
ブレード回転速度:40rpm
次のようにしてポリエチレン(A−2)とポリエチレン(B−2)の製造を行ない、連続重合することにより、二段重合品であるポリエチレン(C−2)を製造した。ポリエチレン(C−2)のHLMFRは1.7g/10分であり、密度は0.925g/cm3であった。
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、ポリエチレン(A−2)を製造した。すなわち、1−ヘキセン/エチレンのモル比と水素/エチレンのモル比を調節した以外はポリエチレン(A−1)の製造と同様に実施した。この時得られたポリエチレン(A−2)のHLMFRは0.72g/10分であり、密度は0.920g/cm3であった。
上記のように1槽目にて製造されたポリエチレン(A−2)を含むスラリーの一部分を連結管にて2槽目に導いた後、2槽目に脱水精製イソブタン、エチレン、水素を追加してポリエチレン(B−2)を製造した。この時得られたポリエチレン(B−2)のHLMFRは10g/10分であった。
改質材のHLMFRは6.2g/10分であり、密度は0.939g/cm3であった。
物性評価結果を表2に示した。
次のようにしてポリエチレン(A−3)とポリエチレン(B−3)の製造を行ない、連続重合することにより、二段重合品であるポリエチレン(C−3)を製造した。ポリエチレン(C−3)のHLMFRは2.2g/10分であり、密度は0.926g/cm3であった。
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、ポリエチレン(A−3)を製造した。すなわち、1−ヘキセン/エチレンのモル比と水素/エチレンのモル比を調節した以外はポリエチレン(A−1)の製造と同様に実施した。この時得られたポリエチレン(A−3)のHLMFRは0.73g/10分であり、密度は0.920g/cm3であった。
上記のように1槽目にて製造されたポリエチレン(A−3)を含むスラリーの一部分を連結管にて2槽目に導いた後、2槽目に脱水精製イソブタン、エチレン、水素を追加してポリエチレン(B−3)を製造した。この時得られたポリエチレン(B−3)のHLMFRは30g/10分であった。
改質材のHLMFRは8.4g/10分であり、密度は0.940g/cm3であった。
物性評価結果を表2に示した。
次のようにしてポリエチレン(A−4)とポリエチレン(B−4)の製造を行ない、連続重合することにより、二段重合品であるポリエチレン(C−4)を製造した。ポリエチレン(C−4)のHLMFRは2.0g/10分であり、密度は0.925g/cm3であった。
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、ポリエチレン(A−4)を製造した。すなわち、1−ヘキセン/エチレンのモル比と水素/エチレンのモル比を調節した以外はポリエチレン(A−1)の製造と同様に実施した。この時得られたポリエチレン(A−4)のHLMFRは0.76g/10分であり、密度は0.920g/cm3であった。
1槽目にて製造されたポリエチレン(A−4)を含むスラリーの一部分を連結管にて2槽目に導いた後、2槽目に脱水精製イソブタン、エチレン、水素を追加してポリエチレン(B−4)を製造した。この時得られたポリエチレン(B−4)のHLMFRは20g/10分であった。
改質材のHLMFRは7.1g/10分であり、密度は0.939g/cm3であった。
物性評価結果を表2に示した。
次のようにしてポリエチレン(CA−1)とポリエチレン(CB−1)の製造を行ない、連続重合することにより、二段重合品であるポリエチレン(CC−1)を製造した。ポリエチレン(CC−1)のHLMFRは1.7g/10分であり、密度は0.932g/cm3であった。
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、ポリエチレン(CA−1)を製造した。すなわち、1−ヘキセン/エチレンのモル比と水素/エチレンのモル比を調節した以外はポリエチレン(A−1)の製造と同様に実施した。この時得られたポリエチレン(CA−1)のHLMFRは0.25g/10分であり、密度は0.921g/cm3であった。
1槽目にて製造されたポリエチレン(CA−1)を含むスラリーの一部分を連結管にて2槽目に導いた後、2槽目に脱水精製イソブタン、エチレン、水素を追加してポリエチレン(CB−1)を製造した。この時得られたポリエチレン(CB−1)のHLMFRは200g/10分であった。
次のようにしてポリエチレン(CA−2)とポリエチレン(CB−2)の製造を行ない、連続重合することにより、二段重合品であるポリエチレン(CC−2)を製造した。ポリエチレン(CC−2)のHLMFRは3.1g/10分であり、密度は0.939g/cm3であった。
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、ポリエチレン(CA−2)を製造した。すなわち、1−ヘキセン/エチレンのモル比と水素/エチレンのモル比を調節した以外はポリエチレン(A−1)の製造と同様に実施した。この時得られたポリエチレン(CA−2)のHLMFRは0.75g/10分であり、密度は0.925g/cm3であった。
1槽目にて製造されたポリエチレン(CA−2)を含むスラリーの一部分を連結管にて2槽目に導いた後、2槽目に脱水精製イソブタン、エチレン、水素を追加してポリエチレン(CB−2)を製造した。この時得られたポリエチレン(CB−2)のHLMFRは1000g/10分であった。
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、ポリエチレン(CA−3)を製造した。すなわち、重合液体充填ループ型反応器に、脱水精製イソブタン、トリイソブチルアルミニウム、上記(1)で得られたシリカ担持メタロセン触媒A、エチレン、1−ヘキセン、水素を連続的に供給し、70℃でエチレンを重合することによりポリエチレン(CA−3)の製造を実施した。この時得られたポリエチレン(CA−3)のHLMFRは0.77g/10分であり、密度は0.934g/cm3であった。
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、ポリエチレン(CA−4)を製造した。すなわち、1−ヘキセン/エチレンのモル比と水素/エチレンのモル比を調節した以外はポリエチレン(CA−3)の製造と同様に実施した。この時得られたポリエチレン(CA−4)のHLMFRは1.95g/10分であり、密度は0.925g/cm3であった。
実施例1で製造したポリエチレン樹脂用改質材(E−1)37.5質量%と、被改質材料であるポリエチレン樹脂(F−5)62.5質量%を、実施例1と同様の方法でブレンドすることにより、ポリエチレン樹脂組成物(G−5)を製造した。ポリエチレン樹脂組成物(G−5)のHLMFRは200g/10分であり、密度は0.963g/cm3であった。物性評価結果を表4に示した。
実施例5と同様の方法で、表4に記載の成分をブレンドすることにより、ポリエチレン樹脂組成物(G−6)、(G−7)、(G−8)を製造した。物性評価結果を表4に示した。
比較例1で製造したポリエチレン樹脂用改質材(CE−1)37.5質量%と、被改質材料であるポリエチレン樹脂(F−5)62.5質量%を、実施例1と同様の方法でブレンドすることにより、ポリエチレン樹脂組成物(CG−5)を製造した。ポリエチレン樹脂組成物(CG−5)のHLMFRは270g/10分であり、密度は0.962g/cm3であった。物性評価結果を表5に示した。
比較例5と同様の方法で、表5に記載の成分をブレンドすることにより、ポリエチレン樹脂組成物(CG−6)、(CG−7)、(CG−8)を製造した。物性評価結果を表5に示した。
前記実施例7と同様の方法で、MFRが3.6g/10分、HLMFRが240.4g/10分、密度が0.958g/cm3のポリエチレン樹脂組成物(G−9)を得た。このポリエチレン樹脂(G−9)について、押出特性及びスパイラルフロー長さを評価した。その結果を表7に示した。
従来技術の容器蓋部材として、特開2015−151181号公報に記載のチーグラー触媒を用いた二段重合方法により、ポリエチレン(CH−9)とポリエチレン(CI−9)の製造を行ない、二段重合品であるポリエチレン(CJ−9)を製造した。具体的には、以下のように行なった。
マグネシウムエトキシド115gとトリn−ブトキシモノクロルチタン151gとn−ブタノール37gとを150℃で6時間混合して均一化した。次に60℃まで下げてn−ヘキサンを加え均一溶液とした。次いで所定温度にてエチルアルミニウムセスキクロライドを457g滴下し1時間攪拌した。生成した沈殿をn−ヘキサンで洗浄することによって触媒成分が210g得られた。得られた固体を乾燥し粉末とし、チーグラー触媒(Z−2)とした。
チーグラー触媒(Z−2)によるエチレン・1−ブテン共重合を行なうことにより、ポリエチレン(CH−9)を製造した。即ち、2つの重合液体充填反応器が直列に連結された二槽重合装置の1槽目に、n−ヘキサン、トリエチルアルミニウム、上記で得られたチーグラー触媒(Z−2)、エチレン、1−ブテン、水素を連続的に供給し、70℃でエチレンを重合することによりポリエチレン(CH−9)の製造を実施した。
1槽目にて製造されたポリエチレン(CH−9)を含むスラリーの全量を連結管にて2槽目に導いた後、2槽目にn−ヘキサン、エチレン、水素を追加して82℃でエチレンを重合することによりポリエチレン(CI−9)を製造し、二段重合品であるポリエチレン(CJ−9)を製造した。表6に、ポリエチレン(CJ−9)の物性評価結果を示した。
表2に示した結果より、ポリエチレン樹脂用改質材(E−1)〜(E−4)は、何れもHLMFRが5g/10分以上であり、造粒適性に適していた。また、表4に示した結果より、ポリエチレン樹脂用改質材(E−1)〜(E−4)を被改質材料にブレンドしたポリエチレン樹脂組成物(G−5)〜(G−8)は、何れもHLMFRが200g/10分以上、密度が0.958g/cm3以上、FNCTが100時間以上であり、流動性及び剛性が高く、耐久性が優れていた。加えて、ポリエチレン樹脂組成物(G−5)〜(G−8)のFNCTが100時間以上であったことから、ポリエチレン樹脂用改質材(E−1)〜(E−4)の耐久性改質性能は、良好であることを確認した。
ポリエチレン樹脂組成物(G−9)の150℃における押出トルクはポリエチレン(CJ−9)の170℃における押出トルクと同等であり、ポリエチレン樹脂組成物(G−9)の170℃における押出トルクはポリエチレン(CJ−9)の190℃における押出トルクと同等であり、ポリエチレン樹脂組成物(G−9)の190℃における押出トルクはポリエチレン(CJ−9)の210℃における押出トルクと同等であり、ポリエチレン樹脂組成物(G−9)は、ポリエチレン(CJ−9)よりも20℃程度低い温度において同等の押出トルクとなることが分かった。また、同様に、ポリエチレン樹脂組成物(G−9)の樹脂圧力は、ポリエチレン(CJ−9)よりも40℃低い温度で同等の樹脂圧力となっていた。
スパイラルフロー長さは、射出成形法による容器蓋部の製造において、キャビティー内の溶融樹脂の流れ性と相関性が高い。ポリエチレン樹脂組成物(G−9)は、ポリエチレン(CJ−9)よりも低い成形温度において同等の流れ性を示しており、ポリエチレン(CJ−9)と同程度の成形を行う際に、より成形温度を低下させることが可能であることが分かる。その結果、初期の樹脂温度を低下させることができるため、成形品の冷却・固化工程に要する時間を短縮化させることが可能となる。
このような状況の中で、ポリエチレン樹脂組成物(G−9)は、組成分布が狭いために機械強度に優れるポリエチレン(A−3)を含み、二段重合により組成分布が高度に制御されたポリエチレン(C−3)を用いて製造された改質剤(E−3)を使用しているため、優れた流動性と共に、高い剛性及び耐久性を有している。表7の結果からも分かるように、ポリエチレン樹脂組成物(G−9)は、ポリエチレン(CJ−9)と比較して、同等の剛性と耐久性を有しながらも、流動性が著しく良好であり、成形温度を低下させても流動性が十分であるため、成形サイクル短縮化が達成可能なポリエチレン樹脂組成物であることが分かる。
従って、本発明のポリエチレン樹脂用改質材、それを用いたポリエチレン樹脂組成物、及び成形体は、物性及び成形性が優れた成形体を得ることができるため、高度な物性及び成形性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 (5)
- 下記の特性(I)〜(IV)を満足するポリエチレン(C)10〜90質量%と、下記の特性(i)〜(ii)を満足するポリエチレン(D)10〜90質量%とを含有し、下記の特性(1)〜(2)を満足するポリエチレン樹脂用改質材。
特性(I):下記のポリエチレン(A)及びポリエチレン(B)を含む。
ポリエチレン(A):密度(A)が、0.900〜0.950g/cm3であり、ハイロードメルトフローレート(HLMFR(A)、JIS K7210、温度190℃、荷重21.60kg)が、0.1〜10g/10分である。
ポリエチレン(B):密度(B)が、0.900〜0.970g/cm3であり、ハイロードメルトフローレート(HLMFR(B)、JIS K7210、温度190℃、荷重21.60kg)が、0.5〜100g/10分である。
特性(II):密度(C)が、0.900〜0.968g/cm3である。
特性(III):ハイロードメルトフローレート(HLMFR(C)、JIS K7210、温度190℃、荷重21.60kg)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、1.5〜1000である。
特性(i):密度(D)が、0.900〜0.975g/cm3である。
特性(ii):メルトフローレート(MFR(D)、JIS K7210、温度190℃、荷重2.16kg)が、0.05〜1000g/10分である。
特性(1):HLMFRが5〜30g/10分以下である。
特性(2):密度が0.930〜0.955g/cm3以下である。 - 前記ポリエチレン(C)が下記の特性(V)を満足することを特徴とする請求項1に記載のポリエチレン樹脂用改質材。
特性(V):ポリエチレン(A)とポリエチレン(B)との合計を基準として、ポリエチレン(B)の含有質量比(X(B))に対するポリエチレン(A)の含有質量比(X(A))の割合(X(A)/X(B))が、0.11〜4である。 - 前記ポリエチレン(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又は2に記載のポリエチレン樹脂用改質材。
- 下記特性(f1)〜(f2)を満足するポリエチレン樹脂(F)90〜40質量%と、前記請求項1〜3のいずれか一項に記載のポリエチレン樹脂用改質材10〜60質量%とを含む、ポリエチレン樹脂組成物。
特性(f1):密度(F)が、0.900〜0.975g/cm3である。
特性(f2):メルトフローレート(MFR(F)、JIS K7210、温度190℃、荷重2.16kg)が、0.05〜1000g/10分である。 - 請求項4に記載のポリエチレン樹脂組成物で構成される成形体。
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