JP2018502968A - 二峰性ポリプロピレンと、その製造方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は第2ポリプロピレンのコモノマー含有量より低いコモノマー含有量を有する第1ポリプロピレンのホモポリマーまたはランダム共重合体(PPR1)と、プロピレンとコモノマーとのランダム共重合体である第2ポリプロピレン(PPR2)とを含むポリプロピレン組成物に関し、コモノマーはプロピレンではないアルファ−オレフィンで、ポリプロピレン組成物の溶融温度(Tm(PPR))はTm(PPR)>165−6.9*[全コモノマー含有量]−8.4*[第1ポリプロピレンのコモノマー含有量]で定義され、ポリプロピレン組成物の溶融温度と結晶化温度との差は27〜33の範囲にあり、23℃でのキシレン可溶性画分(XS)は1.5重量%以下である。本発明はさらに上記ポリプロピレン組成物の製造方法と、フィルムまたは成形品の製造での上記ポリプロピレン組成物の使用にも関する。

Description

本発明は、二峰性(bimodal)ポリプロピレン、特に二峰性ポリプロピレンランダム共重合体と、その製造方法に関するものである。本発明はさらに、上記二峰性ポリプロピレンランダムコポリマーを含む物品にも関するものである。
ポリプロピレンは機械的特性と化学的特性のユニークな組み合わせを与える。そのため多くの用途で広く使用されている。一般には、加工性に優れ、しかも優れた機械的特性、例えば高い曲げ弾性率および/または衝撃強度を有する材料であることが非常に重要である。十分な熱的特性とともに優れた流動性を有することが優れた加工性を達成し、大量生産に必要な高い生産速度を可能にするので、これらが種々の物品の製造方法で必要とされている。
ポリプロピレン製物品の保管中、ハンドリング中または落下による損傷を避けるためには機械特性も重要である。さらに、光学特性も許容範囲内になければならない。光学性質は主として材料のヘイズ(曇り度)および光沢で定義される。ヘイズはポリプロピレンの種類と結晶性との影響を受け、固有結晶性が低下するとヘイズも下がるが、剛性も低下する。従って、剛性とヘイズのバランスが非常に重要である。
[特許文献1](国際公開第WO2012/072776号公報)には、曲げ弾性率が改良された単峰性ポリプロピレンランダム共重合体(PPRと表記する)からなるキャップおよび密封具の製造方法が開示されている。この曲げ弾性率の向上は、チーグラー・ナッタ触媒の代わりにメタロセン触媒を用いると同時にコモノマーの含有量を低下させ、得られるポリプロピレンランダムコポリマーのメルトフローインデックスを増加させることによって得られる。上記条件でメタロセン触媒を使用するとPPR共重合体のヘイズ値がわずかに低下する。
種々の物品の製造で使用されるポリプロピレンの特性を改善するために、ポリプロピレンメーカーは常に研究を続けているが、増大するニーズに合わせるためにポリプロピレンのさらなる開発が求められている。
国際公開第WO2012/072776号公報
従って、本発明の目的は、優れた機械特性と、優れた光学特性と、優れた加工性とを備えたポリプロピレン、特にポリプロピレンのランダムコポリマーを提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、優れた感覚受容(官能特性、organoleptics)と、低揮発またはその両方を有するポリプロピレン、特にポリプロピレンのランダムコポリマーを提供することにある。
本発明は独立請求項によって定義される。従属請求項は有利な実施形態を定義したものである。
本発明は下記(A)と(B)を含むポリプロピレン組成物を提供する:
(A)第2ポリプロピレンのコモノマー含有量よりもコモノマー含有量が低い第1ポリプロピレンのホモポリマーまたはランダム共重合体(PPR1)、
(B)プロピレンとコモノマーとのランダム共重合体である第2ポリプロピレン(PPR2)、
(ここで、
(1)上記ポリプロピレン組成物はポリプロピレン組成物の総重量に対して0.25〜4.5重量%の総コモノマー含有量を有し、
(2)上記コモノマーはプロピレンとは異なるアルファ−オレフィンであり、
(3)ISO3146に従ったDSCで測定したポリプロピレン組成物の溶融温度(TM(PPR))はTM(PPR)>165−6.9*[全コモノマー含有量〕−8.4*[第1ポリプロピレンPPR1のコモノマー含有量]で定義され、
(4)DSCによって測定したポリプロピレン組成物の溶融温度と結晶化温度との差は27〜33の範囲にあり、
(5)[0088]に記載の方法で測定したキシレン可溶性画分(XS)は1.5重量%未満である。
従って、本発明のポリプロピレン組成物は、上記定義の各画分(A)と(B)が異なるコモノマー含有量を有するので、コモノマー分布に関して二峰性(bimodal)である。この二峰性ポリプロピレン組成物は、エチレン分布に関して単峰性(monomodal)であるポリプロピレンのランダムコポリマーと比較してより良好な機械的性質を示す。本発明のポリプロピレン組成物は結晶化と溶融温度も上昇することが観察されている。
コモノマーはプロピレンとは異なるアルファ−オレフィンである。コモノマーは下記からなる群の中から選択するのが好ましい:エチレン、ブテン−1、ペンテン−1、ヘキセン−1および4−メチル−1−ペンテン。より好ましくは、コモノマーはエチレン、ブテン−1およびヘキセン−1からなる群から選択される。さらにより好ましくはコモノマーはエチレンである。第1ポリプロピレンのコモノマーは第2ポリプロピレンのコモノマーと同一でもよい。
好ましくは、本発明は下記(A)と(B)からなるポリプロピレン組成物を提供する:
(A)第2ポリプロピレンのエチレン含有量より低いエチレン含有量を有する第1ポリプロピレンのホモポリマーまたはランダム共重合体(PPR1)、
(B)プロピレンとエチレンのランダム共重合体である第2ポリプロピレン(PPR2)、
(ここで,
(1)ポリプロピレン組成物はポリプロピレン組成物の総重量に対して0.25〜4.5重量%の範囲の全エチレン含有量有し、
(2)ISO規格3146に従ってDSCで測定したポリプロピレン組成物の溶融温度(TM(PPR))はTM(PPR)>165−6.9*[全エチレン含有量〕−8.4*[第1ポリプロピレンPPR1のエチレン含有量]で定義され、
(3)ポリプロピレン組成範囲の溶融温度と結晶化温度(両方ともDSCで測定)との差が27〜33であり、
(4)[0088]に記載の方法で測定したキシレン可溶性画分(XS)は1.5重量%未満である。
従って、この好ましい実施形態の本発明に係るポリプロピレン組成物は二峰性エチレン分布を有するポリプロピレンのランダムコポリマーである。
本発明の別の観点から、本発明は本発明のポリプロピレン組成物の製造方法を提供する。本発明の製造方法は以下の(i)〜(iii)の工程を含む:
(i)コモノマー含有量が第2ポリプロピレンのコモノマー含有量よりも低い第1ポリプロピレンを用意し、
(ii)プロピレンとコモノマーとのランダムコポリマーである第2ポリプロピレンを用意し、
(iii)ポリプロピレン組成物の総重量に対して総コモノマー含有量が0.25〜4.5重量%の範囲にあるポリプロピレン組成物を回収する。
(ここで、工程(i)と(ii)はプロピレンを(必要に応じてコモノマーと一緒に)をメタロセン系重合触媒、好ましくは同じメタロセン系重合触媒の存在下で重合して実行する)
本発明のさらなる他の態様では、本発明のポリプロピレン組成物はフィルムまたは成形品の製造で使用できる。本発明はさらに、本発明に係るポリプロピレン組成物からなる物品も提供する。
以下、本発明を特定の実施形態に関して説明するが、それは本発明の例示であって、本発明を限定するものと解釈してはならない。より一般的には、本発明は上記で説明および/または記載したものに限定されるものではないということは当業者には理解できよう。
「含む」「から成る」「から構成する」という用語またはその任意の変形例並びにそれらの組み合わせは記載した要素以外の存在を排除するものではない。単数(「a」、「an」または「the」)で記載したものは複数の要素の存在を排除するものではない。本明細書で用語「ポリプロピレンランダムコポリマー」という用語は上記の「プロピロピレンとコモノマーとのランダム共重合体」を示すために使用する。
本発明は下記(A)と(B)から成るポリプロピレン組成物に関するものである:
(A)第2ポリプロピレンのコモノマー含有量より低いコモノマー含有量を有する第1ポリプロピレンのホモポリマーまたはランダム共重合体(PPR1)、
(B)プロピレンとコモノマーとのランダム共重合体である第2ポリプロピレン(PPR2)。
従って、本発明は二峰性コモノマー分布を有するポリプロピレン組成物、すなわち、所定のコモノマー含有量を有する第1画分Aと、第1画分Aのコモノマー含有量とは異なり且つそれより大きなコモノマー含有量を有する所定の画分Βを有する第2画分Bとから成るポリプロピレン組成物を提供する。既に述べたように、両方の画分AとBの間にコモノマー分布にスプリット(差)があるので、本発明のポリプロピレン組成物の機械的特性は両方の画分のコモノマー含有量が同じである、すなわち、単峰性コモノマー分布を有するポリプロピレン組成物と比較して改善される。また、本発明のポリプロピレン組成物の熱的特性および光学的特性も総コモノマー含有量が同じである場合で比較して単峰性コモノマー分布を有するポリプロピレンに比べても優れている。なお、第1ポリプロピレンがプロピレンの単独重合体である場合にはそのコモノマー含有量は0である。
好ましい実施形態では、ポリプロピレン組成物の総コモノマー含有量はポリプロピレン組成物の総重量に対して0.25〜4.5重量%の範囲である。
好ましくは、ポリプロピレン組成物の溶融温度(TM(PPR))は下記で定義される:
M(PPR)>165−6.9*[全コモノマー含有量〕−8.4*[第1ポリプロピレンのコモノマー含有量]。
ここで、総コモノマー含有量とはポリプロピレン組成物中の全コモノマー含有量を意味する。
ポリプロピレン組成物の溶融温度と結晶化温度との差は27〜33の範囲であるのが好ましい。
さらに、本発明のポリプロピレン組成物のキシレン可溶画分(XS)は1.5重量%以下である。このキシレン可溶画分(XS)%は[0088]に記載の方法で測定する。
コモノマーがプロピレンではないα−オレフィンである。コモノマーはエチレン、ブテン−1、ペンテン−1、ヘキセン−1および4−メチル−1−ペンテンからなる群から選択するのが好ましい。より好ましくは、コモノマーはエチレン、ブテン−1およびヘキセン−1からなる群から選択され、さらにより好ましくは、コモノマーはエチレンである。
好ましくは、本発明は下記(A)と(B)から成るポリプロピレン組成物を提供する:
(A)第2ポリプロピレンのエチレン含有量より低いエチレン含有量を有する第1ポリプロピレンホモポリマーまたはランダム共重合体(PPR1)、
(B)第2のエチレン含有量を有するランダムコポリマーである第2ポリプロピレン(PPR2)、
(ここで、
(1)ポリプロピレン組成物はポリプロピレン組成物の総重量に対して0.25〜4.5重量%の範囲の全エチレン含有量を有し、
(2)ポリプロピレン組成物の溶融温度(TM(PPR))は下記で定義され:
M(PPR)>165−6.9*[全エチレン含有量〕−8.4*[第1ポリプロピレンのエチレン含有量]
(3)ポリプロピレン組成物の溶融温度と結晶化温度との差は27〜33の範囲であり、
(4)[0088]に記載の方法で測定したキシレン可溶性画分(XS)は1.5重量%未満である。
本発明ポリプロピレン組成物のレギオ欠陥(位置欠点、regiodefect)含有量は、ポリプロピレン組成物の総重量に対して0.1重量%〜5重量%の範囲である。好ましくは、本発明ポリプロピレン組成物のレギオ欠陥含有量は0.1%〜4.5%の範囲、より好ましくは0.1%〜4.0%、より好ましくは0.1%〜3.5%、さらに好ましくは0.1〜3.0重量%、より好ましくは0.1〜2.5%重量%、特に0.1%〜2.0重量%である。レギオ欠陥(regiodefect) 含有量という用語はポリマー鎖中のプロピレン分子の総数に対する2,1−挿入の百分率を意味する。この2,1−挿入のパーセンテージを求める方法は試験方法に記載した。
既に述したように、本発明のポリプロピレン組成物はポリプロピレン組成物の総重量に対して0.25〜4.5重量%の範囲の総コモノマー含有量を有する。この総コモノマー含有量は少なくとも0.25重量%、より好ましくは少なくとも1.0重量%、より好ましくは少なくとも1.5重量%であるのが好ましい。また、コモノマー含有量は4.5重量%以下、より好ましくは3.5重量%以下、より好ましくは3.0重量%以下、最も好ましくは2.5重量%以下であるのが好ましい。コモノマー含有量は実施例に詳細に記載のように13C NMR分光法で求めるのが好ましい。
第1ポリプロピレンはポリプロピレンのホモポリマーまたはポリプロピレンのランダムコポリマーにすることができる。第1ポリプロピレンのコモノマー含有量は0であるか、第2ポリプロピレンのコモノマー含有量よりも低い。第2ポリプロピレンのコモノマー含有量は(第1ポリプロピレンのコモノマー含有量+少なくとも0.5且つ好ましくは8.0以下)に等しくなるように決定することができる。好ましくは、第2ポリプロピレンのコモノマー含有量=第1ポリプロピレンのコモノマー含有量+少なくとも0.75、好ましくは少なくとも1.4、より好ましくは少なくとも2.0、より好ましくは少なくとも2.5、最も好ましくは少なくとも3.0且つ8.0以下にする。
従って、第2ポリプロピレンは第2ポリプロピレンの総重量に対して1.5重量%以上のコモノマー含有量を有する。第1ポリプロピレンのコモノマー含有量よりも大きい第2ポリプロピレンのコモノマー含有量は第2ポリプロピレンの総重量に対して少なくとも1.5重量%、より好ましくは少なくとも2.0重量%、最も好ましくは少なくとも2.5重量%且つ8.0重量%以下、好ましくは7.0重量%以下、より好ましくは6.0重量%以下、最も好ましくは5.5重量%以下であるのが好ましい。特に、コモノマーがエチレンである場合には、第2ポリプロピレンのエチレン含有量は第2ポリプロピレンの総重量に対して1.5重量%以上にすることができる。この第2ポリプロピレンのエチレン含有量は第2ポリプロピレンの総重量に対して少なくとも1.5重量%、より好ましくは少なくとも2.0重量%、最も好ましくは少なくとも2.5重量%且つ8.0重量%以下、より好ましくは7.0重量%以下、より好ましくは6.0重量%以下、そして最も好ましくは5.5重量%以下であるのが好ましい。
特に、第1ポリプロピレンのコモノマー含有量は第1ポリプロピレンの総重量に対して0〜3.5%、より好ましくは0.5〜3%、より好ましくは0.5〜2.0%の範囲であるのが好ましく、第2ポリプロピレンのコモノマー含有量は第2ポリプロピレンの総重量に対して1〜5%、好ましくは1.5〜4.5%、より好ましくは2.0〜4.0%の範囲にすることができる。第2ポリプロピレンの上記範囲はコモノマーがエチレンである場合に特に適している。
本発明に係るポリプロピレン組成物では、第1ポリプロピレンは第1および第2ポリプロピレンの重量に対して25〜75重量%を占めるのが好ましい。本発明に係るポリプロピレン組成物では、第2ポリプロピレンランダムコポリマーは第1および第2ポリプロピレンの重量に対して25〜75重量%を占めのるが好ましい。
上記ポリプロピレン組成物は、ポリプロピレン組成物の総重量に対して第1および第2ポリプロピレンが少なくとも70重量%、好ましくは少なくとも80重量%、より好ましくは少なくとも85重量%または90重量%、さらにより好ましくは少なくとも95または97重量%であり、最も好ましくはポリプロピレン組成物の総重量に対して少なくとも99重量%である。
本発明に係るポリプロピレン組成物は重量平均分子量Mwと数平均分子量Mnとの比として定義された分子量分布すなわちMw/Mnが4.0以下、より好ましくは3.5以下、さらにより好ましくは3.0以下、最も好ましくは2.8以下であるのが好ましい。この分子量分布は少なくとも2.0、より好ましくは少なくとも2.5である。分子量は実施例において詳細に記載するようにサイズ排除クロマトグラフィー(SEC)(ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)ともよばれる)によって求めることができる。
本発明に係るポリプロピレン組成物の溶融温度は130℃〜170℃の範囲であるのが好ましい。この溶融温度はDSCによって20℃/分の加熱速度で測定する。
本発明ポリプロピレン組成物は溶融温度をDSCによって10℃/分の加熱速度で測定した時に少なくとも2つの溶融温度のピークを有するのが好ましい。この少なくとも2つのピークは110℃〜170℃の間に含まれているのが好ましい。第1ポリプロピレンと第2ポリプロピレンのそれぞれのコモノマー含有量に起因する異なる溶融温度を有するので、DSC測定の通常の加熱速度20℃/分を下けることによって、第1ポリプロピレンと第2ポリプロピレンの寄与度を分離することができる。すなわち、加熱速度を低くし、例えば10℃/分にすることで、ポリプロピレン組成物の溶融温度は第1ポリプロピレンおよび第2ポリプロピレンの溶融温度を含むことができる。
本発明のポリプロピレン組成物は1〜200g/10分、好ましくは1〜100g/10分、より好ましくは10〜50g/10分の範囲、より好ましくは20〜40g/10分の範囲のメルトフローインデックスを有しているのが好ましい。メルトフローインデックスの値はISO規格1133(230℃、2.16kg荷重)に従って測定する。
第1ポリプロピレンのメルトフローインデックスは1〜1000g/10分、より好ましくは1〜800g/10分、より好ましくは1〜500g/10分、さらに好ましくは1〜200g/10分、最も好ましくは1〜100g/10分の範囲であるのが好ましい。メルトフローインデックスの値はISO規格1133(230℃、2.16kg荷重)に従って測定する。
第2ポリプロピレンのメルトフローインデックスは1〜500g/10分、より好ましくは1〜200g/10分、より好ましくは1〜100g/10分、最も好ましくは8〜45g/10分の範囲であるのが好まし。メルトフローインデックスの値はISO規格1133(230℃、2.16kg荷重)に従って測定する。
第2ポリプロピレンを単離せずに製造する場合には、メルトフローインデックスは下記の式(I)によって決定することができる:
Log(MFIR2)=(Log(MFI)−%Rilog(MFIR1))/(1−%R1) (I)
(ここで、MFIR2は第2ポリプロピレンのメルトフローインデックスを表し、MFIはポリプロピレン組成物のメルトフローインデックスを表し、MFIR1は第1ポリプロピレンのメルトフローインデックスを表し、%R1はポリプロピレン組成物中の第1ポリプロピレンのパーセントを表す)
本発明のポリプロピレン組成物のキシレン可溶画分は本発明ポリプロピレン組成物の総重量に対して5重量%以下、好ましくは3重量%以下、より好ましくは2重量%以下であるのが好ましい。
本発明のポリプロピレン組成物のノッチ付きアイゾット衝撃強度は10kJ/m2以下、より好ましくは5kJ/m2以下、最も好ましくは3.0〜4.0kJ/m2の間であるのが好ましい。
本発明に係るポリプロピレン組成物のヘイズ値は厚さ1mmの板で20%以下、好ましくは15%以下、より好ましくは5〜15%の間であるのが好ましい。ヘイズ値は透明化剤(clarifying agent)を含有するポリプロピレン組成物で得られる。
本発明のポリプロピレン組成物のISO規格527に従って測定した破断伸びは500%以上であるのが好ましい。
本発明のポリプロピレン組成物のISO規格527に従って測定し降伏時コンストレイント(constraint at yield)は30.3MPa以上であるのが好ましい。
本発明に係るポリプロピレン組成物のISO規格178に従って23℃で測定した曲げ弾性率(flexural modulus)は少なくとも1000MPa、好ましくは少なくとも1100MPaであるのが好ましい。
本発明に係るポリプロピレン組成物はプロピレンと少なくとも一種のコモノマー、好ましくはエチレンとをメタロセン重合触媒を用いて重合することで得ることができる。本発明のポリプロピレン組成物は、第1と第2のポリプロピレンランダム共重合体を2つの分離した反応領域で重合、好ましくは同じメタロセン重合触媒を用いて、重合してえるのが好ましい。
メタロセン重合触媒は、ブリッジしたメタロセン成分と、アルキル化および/またはイオン化作用を有する活性化剤を含み、必要に応じてさらにタンタイを含む。このようなメタロセン重合触媒は当技術分野で公知である。本発明で使用するメタロセン重合触媒によってポリプロピレン組成物は上記のレギオ欠陥(regiodefect) 含有量を有することになる。
上記メタロセンポリプロピレンを製造するのに使用するメタロセン成分は当該分野で公知の任意のブリッジしたメタロセンにすることができる。好ましくは、下記一般式で表されるメタロセンにする:
μ−R1(C52345)(C56789)MX12 (I)
(ここで、
(1)ブリッジR1は−(CR1011P−または−(SiR1011P−で、p=1または2であり、好ましくは−(SiR1011)−であり、
(2)MはTi、ZrおよびHfから選択される金属、好ましくはZrであり、
(3)X1およびX2は互いに独立してハロゲン、水素、C1〜C10アルキル、C6〜C15アリール、C1〜C10アルキルとC6〜C15アリールのアルキルアリールからなる群から選択され、
(4)R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10およびR11はそれぞれ独立して水素、C1〜C10アルキル、C5〜C7シクロアルキル、C6〜C15アリール、C1〜C10アルキルとC6〜C15アリールのアルキルアリールからなる群から選択されるか、隣接する任意の2つのRが環状の飽和または不飽和のC4−C10環を形成していてもよく、各R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10およびR11は同じように置換されていてもよい)
好ましいメタロセン成分は下記一般式(I)で表されるものである:
(1)ブリッジしたR1がSiR1011であり、
(2)MはZrであり、
(3)X1およびX2は互いに独立してハロゲン、水素およびC1−C10アルキルからなる群から選択され、
(4)(C52345)および(C56789)は一般式:C91213141516171819のインデニルであり、ここで、R12、R13、R14、R15、R16、R17およびR18はそれぞれ独立して水素、C1〜C10アルキル、C5〜C7シクロアルキル、C6−C15アリールおよびC1〜C10アルキルとC6−C15アリールとのアルキルアリールからなる群から選択されるか、隣接する任意の2つのRがアルキルアリールからなる群から選択されるか、隣接する任意の2つのRが環状の飽和または不飽和のC4−C10環を形成していてもよく、
(5)R10およびR11はそれぞれ独立してC1〜C10アルキル、C5〜C7シクロアルキルおよびC6−C15アリールからなる群から選択されるか、R10とR11が飽和または非飽和の環を形成していてもよく、
(6)各R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17およびR18同じように置換されていてもよい)
好ましいメタロセン化合物を用いて製造したポリプロピレンは、驚くべきことに、非常に低粘度でも揮発性有機化合物(VOC)の含有量が非常に低いという特性を有する。
特に好ましいメタロセンはC2−対称性(symmetry)を有するものである。
特に適したメタロセンの例は下記である:
ジメチルシランジイルビス(シクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド、
ジメチルシランジイルビス(2−メチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド、
ジメチルシランジイル−ビス(3−メチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド、
ジメチルシランジイル−ビス(3−tert−ブチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド、
ジメチルシランジイル−ビス(3−tert−ブチル−5−メチル−シクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド、
ジメチルシランジイルビス(2,4−ジメチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド、
ジメチルシランジイルビス(インデニル)ジルコニウムジクロリド、
ジメチルシランジイルビス(2−メチル−インデニル)ジルコニウムジクロリド、
ジメチルシランジイル−ビス(3−メチルインデニル)ジルコニウムジクロリド、
ジメチルシランジイル−ビス(3−tert−ブチル−インデニル)ジルコニウムジクロリド、
ジメチルシランジイルビス(4,7−ジメチルインデニル)ジルコニウムジクロリド、
ジメチルシランジイル−ビス(テトラヒドロインデニル)ジルコニウムジクロリド、
ジメチルシランジイルビス(ベンゾインデニル)ジルコニウムジクロリド、
ジメチルシランジイル−ビス(3,3'−2−メチル−ベンゾインデニル)ジルコニウムジクロリド、
ジメチルシランジイルビス(4−フェニル−インデニル)ジルコニウムジクロリド、
エチレン−ビス(インデニル)ジルコニウムジクロリド、
エチレン−ビス(テトラヒドロインデニル)ジルコニウムジクロリド、

イソプロピリデン(3−tert−ブチル−5−メチル−シクロペンタジエニル)(フルオレニル)ジルコニウムジクロリド。
メタロセンは当技術分野で公知の任意の方法で担持されていてもよい。担持触媒の場合、本発明に用いられる担体は任意の有機または無機の固体、特に多孔性支持体、例えばタルク、無機酸化物、粘土および粘土鉱物、イオン交換層状化合物、珪藻土化合物、ゼオライト、樹脂状担体材料、例えばポリオレフィンにすることができる。担体材料は微細形態の無機酸化物であるが好ましい。具体的な無機酸化物としては例えばシリカ、アルミナ、マグネシア、チタニアおよびジルコニアが含まれる。無機担体はシリカおよび/またはアルミナを含むことができる。無機担体は10〜100重量%のシリカおよび/または好ましくは10〜100重量%のアルミナを含むことができる。
好ましい実施形態ではメタロセン系重合触媒はアルキルアルミニウム、アルモキサンおよびホウ素含有化合物から選択される活性化剤を含むことができる。この活性化剤は式:AlR* n3-nで表されるアルキルアルミニウムにすることができる。ここで、R*は1〜20個の炭素原子を有するアルキルであり、nは0〜3の整数であり、Xはハロゲンである。好ましいアルキルアルミニウムはトリイソブチルアルミニウム(TIBAL)またはトリエチルアルミニウム(TEAL)にすることができる。このアルキルアルミニウムはパーフルオロボレート、例えば〔Ph3C][B(C654]または[Me2NPhH][B(C654]と組み合わせて使用することができる。例えば、[Ph3C][B(C654]/TIBALまたは[Me2NPhH][B(C654]/TIBALの組み合わせで使用できる。
メタロセン系重合触媒を形成するためにブリッジしたメタロセン成分を活性化するのに適したホウ素含有剤を使用することもできる。その例にはトリフェニルカルベニウムボロネート、例えば、欧州特許第EP−A−0427696号に記載のテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート−トリフェニルカルベニウムや、欧州特許第EP−A−02−77004](第6頁、第30行〜第7頁第7行)に記載の一般式:[L'−HH]+[BAr1Ar234-で表されるものがある。ホウ素含有活性化剤の量はB/M比が約1、5〜0.5、好ましくは1になるように選択するのが好ましい。
活性化剤はアルミノキサンにすることができ、オリゴマーの直鎖および/または環状アルキルアルミノキサンにすることができる。
下記一般式で表されるオリゴマーの直鎖アルキルアルミノキサン:
Figure 2018502968
下記一般式で表されるオリゴマーの環状アルミノキサン:

Figure 2018502968
(ここで、nは1〜40、好ましくは1〜20、Mは3〜40、好ましくは3〜20、R*はC1−Cで8アルキル基、好ましくはメチルまたはイソブチルである)
活性化剤はメチルアルミノキサン(MAO)およびエチルアルミノキサンから選択するのが好ましい。より好ましい活性化剤はMAOである。活性化剤の量はAl/Mの比が10〜10,000、好ましくは100〜10,000、より好ましくは200〜4,000、さらに好ましくは500〜3000、最も好ましくは1、000〜3,000となるように選択する。活性化剤の量はその種類に依存する。
メタロセン系重合触媒はAlR* n3-nで表されるアルキルアルミニウム(ここで、R*は1〜20個の炭素原子を有するアルキル基、nは0〜3の間の整数、Xはハロゲンである)またはアルモキサンからなる群から選択することができるスカベンジャー含んでいてもよい。スカベンジャーの例はトリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリス−n−オクチルアルミニウム、テトライソブチルジアルミノキサン、ジエチル亜鉛、トリス−n−ヘキシルアルミニウム、ジエチルクロロアルミニウムまたはMAOである。捕捉剤は一般に活性化剤でメタロセン成分を活性化した後に添加される。スカベンジャーは活性化剤とは異なるのが好ましい。
本発明のポリプロピレン組成物は核剤、帯電防止剤、加工助剤およびこれらのブレンド、例えば核剤と帯電防止剤とのブレンド、核剤と加工助剤のブレンドまたは帯電防止剤と加工助剤とのブレンドおよびこれら3つ全てのブレンドからなる群から選択される少なくとも一つの添加剤を含むのが好ましい。核剤、帯電防止剤および加工助剤の例は国際公開第WO2012/072776号公報(第11頁第4行目〜第16頁第16行目)に記載されている。
本発明の一つの実施形態では、本発明のポリプロピレンはさらに添加剤、例えば酸化防止剤、光安定剤、酸捕捉剤、潤滑剤および着色剤を含んでいてもよい。このような添加剤の概要は「Plastics Additives Handbook, H. Zweifel編, 第5版, 2001, Hanser Publishers」を参照されたい。
本発明の第二の観点から、本発明はポリプロピレン組成物の製造方法を提供する。本発明方法は以下の工程を含む:
(I)コモノマー含有量が0か、第2ポリプロピレンのコモノマー含有量よりも低いコモノマー含有量を有する第1ポリプロピレンを用意し、
(ii)プロピレンと上記コモノマーとのランダムコポリマーである第2ポリプロピレンを用意し、
(iii)ポリプロピレン組成物の総重量に対して0.25〜4.5重量%の範囲の総コモノマー含有量を有するポリプロピレン組成物を回収する。
第1および第2ポリプロピレンの各々のレギオ欠陥(regiodefect) 含有量は少なくとも0.1%である。第1および第2ポリプロピレンの各々はメタロセン触媒の存在下で製造される。工程(iii)で得られるポリプロピレン組成物はポリプロピレン組成物の総重量に対して0.1重量%〜5重量%の範囲のレギオ欠陥含有量を有するのが好ましい。このポリプロピレン組成物のレギオ欠陥含有量は0.1%〜4.5%、より好ましくは0.1%〜4.0%、より好ましくは0.1%〜3.5%、最も好ましくは0.1%〜3.0%、さらに好ましくは0.1%〜2.5%、特に0.1%〜2.0%である。
本発明方法の工程(i)および(ii)の第1ポリプロピレンおよび第2ポリプロピレンはメタロセン重合触媒の存在下でプロピレン(必要な場合にはさらにコモノマーとを)を重合することによって製造できる。
メタロセン系重合触媒の存在下でのプロピレとコモノマーとの重合は一つ以上の重合反応器で公知の技術を用いて行うことができる。1つの以上の重合反応器に注入するコモノマーの量は第1ポリプロピレンおよび第2ポリプロピレンで必要なコモノマー含有量が得られるように決定される。
ポリプロピレン組成物を調製するために重合媒体中へ水素を添加することもできる。添加される水素の量は必要なメルトフローインデックス値が得られるように決定する。
本発明の重合プロセスは溶液中、スラリー中または気相中で行うことができる。スラリープロセスはその処理に適した反応器、例えば連続攪拌槽型反応器(CSTR)またはスラリーループ反応器(特に液体充填ループ反応器中)中で行うことができる。反応器内の圧力は0.5〜50バール、好ましくは5〜40バールで変化する。
二峰性コモノマー分布を有する本発明のポリプロピレン組成物を製造するためには、2つの以上の反応器または同じ反応器の2つの以上の反応ゾーンを直列または並列、より好ましくは直列に接続するのが好ましい。各反応器で使用するメタロセン重合触媒は同じにすることができる。
既に述べたように、本発明方法で使用するコモノマーはプロピレンとは異なるアルファ−オレフィンである。コモノマーはエチレン、ブテン−1、ペンテン−1、ヘキセン−1および4−メチル−1−ペンテンからなる群から選択するのが好ましい。より好ましくは、コモノマーはエチレン、ブテン−1およびヘキセン−1からなる群から選択する。さらにより好ましくは、コモノマーはエチレンである。
本発明の第3の観点から、本発明のポリプロピレン組成物を含む物品が提供される。
本発明の第4のから、本発明のポリプロピレン組成物はフィルムまたは成形品の製造に適している。
試験方法
第1および第2ポリプロピレンランダムコポリマーおよびポリプロピレン組成物のメルトフローインデックス(MFI)はIS0規格1133、条件Lに従って230℃、2.16kgで測定する。
分子量はサイズ排除クロマトグラフィー(SEC)によって高温(145℃)で決定する。10mgのポリプロピレンサンプルを10mlのクロロベンゼン(テクニカルグレード)中に160℃で1時間かけて溶解する。WATERS社のGPCV2000の分析条件は以下のとおり:
− 注入量:+/−400μl、
− 自動サンプル調製、インジェクター温度:160℃、
− カラム温度:145℃、
− 検出器温度:160℃、
− カラムセット:2ShodexAT−806MSと1Styragel HT6E、
− 流速:1ml/分、
− 検出器:赤外線検出器(2800〜3000cm-1
− 較正:ポリスチレンの狭標準(市販品)
− ポリプロピレンの計算:Mark-Houwink 関係式:(log10(MPP)=log10(MPS)−0.25323)に基づく。MPP=1000で低分子量側をカット。
それから分子量分布(MWD)をMw/Mnはとして計算した。
13C−NMR分析は400MHz Bruker NMR分光計を用いてスペクトル信号強度が試料中の寄与炭素原子の合計数に正比例するような条件下で行った。この条件は当業者に周知のもので、例えば十分な緩和時間等を含んでいる。実際には信号強度がその積分すなわち対応領域から得られる。データはプロトンデカップリング、スペクトル当たり4000スキャン、パルス繰返し遅延 20秒、スペクトル幅 26000ヘルツを用いて取得する。試料は1,2,4−トリクロロベンゼン(TCB、99%、分光グレード)に130℃で十分な量のポリマーを溶解して調製した。サンプルを時々攪拌して均質化する。その後、ヘキサジュウテロベンゼン(C66、分光グレード)と少量のヘキサメチルジシロキサン(HMDS、99.5+%)とを添加した。HMDSは内部標準の役目をする。例えば、約200mgのポリマーを2.0mlのTCB中に溶解した後、0.5mlのC66、と2〜3滴のHMDSを添加する。
データ収集後に内部標準HMDSの信号(2.03ppmの値が割り当てられる)を基準にして化学シフトを求める。
アイソタクティシティは総ポリマーで13C−NMR分析によって決定した。メチル基のスペクトル領域でのペンタッドmmmm、mmmr、mmrrおよびmrrmに対応する信号を公表データ、例えばA. Razavi, Macromol. Symp., vol. 89, 第345-367頁のデータを使用して割り当てた。残りのペンタッドに対応する信号は強度が弱いので、ペンタッドmmmm、mmmr、mmrrおよびmrrmのみを考慮した。mmrrペンタッドに関する信号に対して2,1−挿入に関係するメチル信号とのオーバーラップを補正した。その後、mmmmペンタッドの割合を下記で計算した:
%mmmm=AREAmmmm/(AREAmmmm+AREAmmmr+ AREAmmrr+AREAmrrm)×100
ポリプロピレン組成物中のレジオ欠陥含有量(regiodefects content)はポリプロピレン組成物中の2,1−挿入の割合である。ここではコモノマーとしてのエチレンに関して2、1−挿入のパーセンテージを求めたが、他のコモノマーにも適用できる。
プロピレンとエチレンとのメタロセンランダムコポリマーの2、1−挿入の割合は下記の2つの寄与によって決定される:
(I)プロピレンホモポリマーに対する上記定義の2、1−挿入のパーセンテージと、
(II)2、1−挿入プロピレンがエチレンに隣接する2,1−挿入のパーセンテージ。
すなわち、2,1−挿入の合計パーセンテージはこれら2つの寄与の和に対応する。メタロセンプロピレンホモポリマーの場合には、2,1−挿入に対応する信号は公表されたデータ、例えばH.N. Cheng, J. Ewen, Makromol. Chem., vol. 190 (1989), 第1931 -1940を用いて同定できる。第1領域AREA1は2,1−挿入に対応する信号の平均面積として定義される。第2領域AREA2は1、2−挿入に対応する信号の平均面積として定義される。1、2−挿入に関連する信号の割り当ては当業者に周知であるのでさらなる説明はしない。2,1−挿入はの割合は下記の式に従って計算される:
2,1−挿入(%)=AREA1/(AREA1+AREA2)*100
この2,1−挿入のパーセンテージは全プロピレンに対する2,1−挿入プロピレンのモル百分率を与える。
(ii)の場合での信号の割り当ては基準スペクトルを使用するか、公表された文献を参照すしで行うことができる。
プロピレンポリマーの全重量に対する全エチレン含有量(重量%C2)はG.J. Ray et al. in Macromolecules, vol. 10, no 4, 1977, 第773-778頁等に記載された方法に従ってペレットのNMR分析によって決定される。
溶融温度および結晶化温度(TmとTc)はISO規格3146に基づいたTA Instruments社のDSC Q2000機器で測定した。熱履歴を消去するに最初にサンプルを200℃に加熱し、3分間、200℃に維持した。次いで20℃/分または10℃/分の加熱速度と20℃/分の冷却速度で溶融温度Tmを求めた。次いで20℃/分の加熱および冷却速度を用いて結晶化温度Tcを求めた。
曲げ弾性率はISO規格178:2001に従って測定した。
ノッチ付きアイゾット衝撃強度はISO規格180/A:2000に従って23℃で測定した。
ヘイズはISO規格14782:1999に従って1mm厚さを有する射出成形プラークで上測定した。
降伏コンストレイント(Constraint at yield)はISO規格527に従って測定しました。
破断伸びはISO規格527に従って決定した。
キシレン可溶分(XS)すなわちキシレン可溶性画分は次のようにして求めた。4.5〜5.5gのプロピレンポリマーをフラスコに入れ、秤量し、300mlのキシレンを添加する。還流撹拌下にキシレンを45分間加熱する。加熱せずに攪拌を15分間継続する。次いで、フラスコを25℃+/−1℃に設定した恒温槽内に1時間配置する。溶液をワットマンN°4濾紙を通して濾過し、100mlの溶媒を回収する。次いで、溶媒を蒸発させ、残渣を乾燥し、秤量する。キシレン可溶分(「XS」)の割合(%)すなわちキシレン可溶性画分の量は下記に従って計算した:
XS(重量%)=(残渣重量/PPの初期総重量)*100
(ここで、全ての重量は同じ単位、例えばgである)
以下、コモノマーとしてエチレンを用いた実施例を示すが、本発明がこれに限定されるものではない。
実施例1〜3のポリプロピレン組成物はメタロセン成分としてジメチルシリル−ブリッビしたビス(インデニル)ジルコニウムジクロライドを有するメタロセン触媒を用いて、互いに接続された2つの反応ゾーンを有する反応器中で標準的な重合方法で製造した。各ポリプロピレンランダム共重合体中のコモノマー含有量は各実施例で変えた。すなわち、第1ポリプロピレンランダムコポリマーのコモノマー含有量と第2ポリプロピレンランダムコポリマーのコモノマー含有量の間の絶対差が大きくなる、従って、製造したポリプロピレン組成物中のエチレン分布のスプリットが増加するように変えた。所望のメルトフローインデックスを得るために各反応器中に導入する水素含有量を変えた。実施例1〜3のポリプロピレン組成物はポリプロピレン組成物の総重量に対して0.5〜1.5%の範囲のレジオ欠陥含有量有している。
比較例4は、同一のコモノマー含有量を有する第1および第2のポリプロピレンランダムコポリマーが得られるようにした点以外は、上記と同じ重合条件下で作った。
ポリプロピレン組成物の結果および特性を以下の[表1]にまとめた。
Figure 2018502968
各ポリプロピレン中のエチレン含有量が同じである場合(比較例4参照)とは違って、本発明に係るポリプロピレン組成物(実施例1〜3)は各ポリプロピレン中のエチレン含有量が異なっている時に機械的性質が改善している。さらに、曲げ弾性率、降伏点コンストレイントおよび破断伸びも比較例4のポリプロピレン組成物と比較して本発明に係るポリプロピレン組成物では向上している。
さらに、本発明に係るポリプロピレン組成物のヘイズ値は13%以下であり、本発明に係るポリプロピレン組成物のアイゾット衝撃強度値は3.6〜3.9kj/m2の範囲である。
また、TmおよびTcはポリプロピレン組成物のエチレン分布のスプリット(差)の増加に伴って増加することが観察される。本発明に係るポリプロピレン組成物および比較例4のポリプロピレン組成物の溶融温度と結晶化温度は[表2]には記載した。本発明に係る実施例5−6は上記実施例1〜3と同じ重合手順に従って調製したものである。
Figure 2018502968
射出成形用ポリプロピレン樹脂のサイクル時間を短縮する上で最も重要なことは結晶化温度を上げることである。事実、実施例6(エチレン分布のスプリットが+4.4である)の結晶化温度は比較例4の結晶化温度よりも12℃高い。射出成形機ではポリプロピレン樹脂は250℃付近の温度で溶融され、機械からエジェクトされる前に結晶化温度よりも低い温度まで冷却される。従って、結晶化温度がより高いポリプロピレン系樹脂を用いることによって、射出後の樹脂の冷却に必要な時間が短くなり、生産性が上がる。すなわち、結晶化温度が高いことは加工性、主として押出量(throughput)の点で有利であり、衝撃強度とヘイズ特性に大きな影響を与えずにポリプロピレン組成物の剛性も向上させることができる。実施例1〜6と比較例4は添加剤パッケージが同じで、ポリプロピレン組成のみが違っている。これらの実施例は清澄剤であるDMDBS(Millad(登録商標)3988i)を1850ppmの存在下で実施したものである。

Claims (15)

  1. 下記(A)と(B)とからなるポリプロピレン組成物(PPR):
    (A)コモノマー含有量がゼロか、第2ポリプロピレンのコモノマー含有量よりもコモノマー含有量が低い第1ポリプロピレンのホモポリマーまたはランダム共重合体(PPR1)、
    (B)プロピレンとコモノマーとのランダム共重合体である第2ポリプロピレン(PPR2)、
    (ここで、
    (1)上記ポリプロピレン組成物はポリプロピレン組成物の総重量に対して0.25〜4.5重量%の総コモノマー含有量を有し、
    (2)コモノマーはプロピレンではないアルファ−オレフィンであり、
    (3)ISO規格3146に基づいたDSCにより測定したポリプロピレン組成物の溶融温度(TM(PPR))はTM(PPR)>165−6.9×[全コモノマー含有量〕−8.4×[第1ポリプロピレンのコモノマー含有量]で定義さ、
    (4)DSCで測定したポリプロピレン組成の溶融温度と結晶化温度との差は27〜33の範囲にあり、
    (5)キシレン可溶性画分(XS)は1.5重量%以下である)
  2. レギオ欠陥(regiodefect)含有量が0.1%〜5%の範囲にある請求項1に記載のポリプロピレン組成物。
  3. 前請求項のいずれかに記載のポリプロピレン組成物であって、前記コモノマーがエチレンであることを特徴とします。
  4. ISO規格1133(230℃、2.16kg荷重)に従って測定したメルトフローインデックスの値が1〜200g/10分、好ましくは1〜100g/10分、より好ましくは1〜50g/10分である請求項1〜3のいずれか一項に記載のポリプロピレン組成物。
  5. ISO規格1133(230℃、2.16kg荷重)に従って測定した第1ポリプロピレンのメルトフローインデックスが第2ポリプロピレンのメルトフローインデックスよりも大きい請求項1〜4のいずれか一項に記載のポリプロピレン組成物。
  6. 第1ポリプロピレンのメルトフローインデックスが1〜200g/10分の範囲で、第2ポリプロピレンのメルトフローインデックスが1〜200g/10分の範囲である請求項1〜5のいずれか一項に記載のポリプロピレン組成物。
  7. ISO規格178に従って23℃で測定した曲げ弾性率が1000MPaいじょうである請求項1〜6のいずれか一項に記載のポリプロピレン組成物。
  8. ノッチ付きアイゾット衝撃強度が3.0〜4.0kj/m2の間にある請求項1〜7のいずれか一項に記載のポリプロピレン組成物。
  9. 下記(i)〜(iii)工程を含む請求項1〜8のいずれか一項に記載のポリプロピレン組成物の製造方法:
    (i)コモノマー含有量がゼロか、コモノマー含有量が第2ポリプロピレンのコモノマー含有量よりも低い第1ポリプロピレンを用意し、
    (ii)プロピレンとコモノマーとのランダムコポリマーである第2ポリプロピレンを用意し、
    (iii)総コモノマー含有量がポリプロピレン組成物の総重量に対して0.25〜4.5重量%の範囲にあるポリプロピレン組成物を回収し、
    (ここで、上記工程(i)および(ii)はメタロセン重合触媒の存在下でプロピレン(存在する場合にはさらにコモノマーと)を重合させることによって行う)
  10. 第1ポリプロピレンのコモノマー含有量をポリプロピレンの総重量に対して3.5重量%以下にする請求項9に記載の方法。
  11. 第2ポリプロピレンのコモノマー含有量を第2ポリプロピレンの総重量に対して1.5重量%以上且つ8.0重量%以下にし、好ましくは1.5〜6.0重量%の範囲にする請求項9または10に記載の方法。
  12. 第1ポリプロピレンと第2ポリプロピレンとを混合するか、第2ポリプロピレンの製造時に第1ポリプロピレンを混合することによって工程(iii)を実施する請求項9〜11のいずれか一項に記載の方法。
  13. 請求項9〜12のいずれかに記載の方法により得られる請求項1〜8のいずれか一項に記載のポリプロピレン。
  14. 請求項1〜8のいずれか一項に記載のポリプロピレン組成物からなる物品。
  15. 請求項1〜8のいずれか一項に記載のポリプロピレン組成物のフィルムまたは成形品製造での使用。
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