JP2022142724A - ポリエチレン樹脂組成物 - Google Patents
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Abstract
【課題】成形処理が容易になる程度の高い溶融流動性と、アブレシブ摩耗に対しても耐摩耗性を有する程度の高い耐摩耗性とを、兼ね備えたポリエチレン樹脂組成物を提供する。【解決手段】(a-1)を満たす超高分子量ポリエチレン(A)5~40質量部と、(b-1)と(b-2)とを満たす低分子量ないし高分子量ポリエチレン(B)95~60質量部((A)、(B)の合計量を100質量部とする)を含み、135℃のデカリン溶媒中での極限粘度[η]が1.5~15dl/gであり、135℃のデカリン溶媒中での超高分子量ポリエチレン(A)の極限粘度[η]とポリエチレン(B)の極限粘度[η]の差が7~16dl/gであるポリエチレン樹脂組成物。(a-1)135℃のデカリン溶媒中での極限粘度[η]が8~40dl/g;(b-1)135℃のデカリン溶媒中での極限粘度[η]が0.1~5dl/g;(b-2)密度が950~985kg/m3。【選択図】なし
Description
本発明は、ポリエチレン樹脂組成物、該組成物を用いた成形体、および該組成物の製造方法に関する。
超高分子量ポリエチレンは、一般的なポリエチレンのような汎用樹脂に比べて、分子間凝集力が弱く、分子構造が対称的であり、結晶化度が高いので摺動性に優れ、かつ、耐衝撃性、耐摩耗性、引張強度などにも優れているため、摺動材などとして好適に用いることができる。しかしながら、超高分子量ポリエチレンは、分子量が高いため成形体を製造しにくく、汎用のポリエチレンの成形に採用されている方法をそのまま利用することは困難であることが多い。
そこで、超高分子量ポリエチレンの優れた特性を損なうことなく、超高分子量ポリエチレンの成形性を改良する方法として、超高分子量ポリエチレンと極限粘度[η]の低いポリエチレンとをブレンドするなど、種々の方法が提案されている。
例えば、特許文献1には、極限粘度[η]が10~40dl/gの超高分子量ポリオレフィン15~40重量%と、極限粘度[η]が0.1~5dl/gの低分子量ないし高分子量ポリオレフィン85~60重量%とからなる射出成形用ポリオレフィン組成物が開示されている。この組成物は、超高分子量ポリオレフィンを含有しているにもかかわらず、射出成形できるという利点を有しており、さらに射出成形で得られる成形品は超高分子量ポリオレフィンの優れた摺動性および耐摩耗性を有する点において優れている。
特許文献2には、極限粘度[η]が10~40dl/gの超高分子量ポリエチレン35重量%を超えて90重量%以下と、極限粘度[η]が0.1~5dl/gの低分子量ないし高分子量ポリエチレン10重量%以上65重量%未満とを含むポリエチレン樹脂組成物に、特定のポリオレフィン系樹脂組成物をブレンドした組成物とが開示されている。この組成物からは、耐摩耗性、外観および成形性のバランスに優れた成形体が得られる。
また、特許文献3には、極限粘度[η]が10~40dl/gの超高分子量ポリエチレン5~18重量%と、極限粘度[η]が0.1~5dl/gの低分子量ないし高分子量ポリエチレン82~95重量%とを含み、密度が955~970kg/m3であるポリエチレン樹脂組成物が開示されている。
さらに、特許文献4には、極限粘度[η]が10~40dl/gの超高分子量ポリエチレン5~25質量%と、極限粘度[η]が0.1~5dl/gの低分子量ないし高分子量ポリエチレン75~95質量%とを含むポリエチレン樹脂100質量部に、極限粘度[η]が0.1~10dl/gのポリオルガノシロキサン0.1~10質量部を配合した組成物が開示されている。
特許文献1~4に開示されている組成物は、いずれも成形性と耐摩耗性とに優れているものの、近年では、これらの組成物よりもさらに高い耐摩耗特性を有するポリエチレン樹脂が求められており、特に、アブレシブ摩耗と呼ばれる硬い粒子または突起などにより摺動面が削られる摩耗形態に対しても耐摩耗性を発揮する樹脂が求められている。しかしながら、ポリエチレン樹脂組成物は耐摩耗性を向上させると、溶融流動性が失われて成形性が悪くなる傾向があるため、アブレシブ摩耗に対する耐摩耗性と成形性とを両立した樹脂組成物は知られていない。
本発明は、成形処理が容易になる程度の高い溶融流動性と、アブレシブ摩耗に対しても耐摩耗性を有する程度の高い耐摩耗性とを、バランスよく兼ね備えたポリエチレン樹脂組成物を提供することを目的とする。
本発明者が研究を進めた結果、下記構成例によれば、前記課題を解決できることを見出した。本発明の構成例は、以下の通りである。
なお、本明細書では、数値範囲を示す「A~B」は、A以上B以下を示す。
なお、本明細書では、数値範囲を示す「A~B」は、A以上B以下を示す。
[1] 下記要件(a-1)を満たす超高分子量ポリエチレン(A)5~40質量部と、下記要件(b-1)および(b-2)を満たす低分子量ないし高分子量ポリエチレン(B)95~60質量部(ただし、超高分子量ポリエチレン(A)とポリエチレン(B)の合計量を100質量部とする)を含んでなるポリエチレン樹脂組成物であって、
該ポリエチレン樹脂組成物の135℃のデカリン溶媒中で測定した極限粘度[η]が1.5~15dl/gの範囲であり、
135℃のデカリン溶媒中で、前記超高分子量ポリエチレン(A)の極限粘度[η]と前記ポリエチレン(B)の極限粘度[η]の差が7~16dl/gの範囲である
ポリエチレン樹脂組成物。
(a-1)135℃のデカリン溶媒中で測定した極限粘度[η]が8~40dl/gである;
(b-1)135℃のデカリン溶媒中で測定した極限粘度[η]が0.1~5dl/gである;
(b-2)密度が950~985kg/m3である。
該ポリエチレン樹脂組成物の135℃のデカリン溶媒中で測定した極限粘度[η]が1.5~15dl/gの範囲であり、
135℃のデカリン溶媒中で、前記超高分子量ポリエチレン(A)の極限粘度[η]と前記ポリエチレン(B)の極限粘度[η]の差が7~16dl/gの範囲である
ポリエチレン樹脂組成物。
(a-1)135℃のデカリン溶媒中で測定した極限粘度[η]が8~40dl/gである;
(b-1)135℃のデカリン溶媒中で測定した極限粘度[η]が0.1~5dl/gである;
(b-2)密度が950~985kg/m3である。
[2] [1]に記載のポリエチレン樹脂組成物の成形体。
[3] 135℃のデカリン溶媒中で測定した極限粘度[η]が8~40dl/gである超高分子量ポリエチレン(A)を生成させる第1工程、および、
135℃のデカリン溶媒中で測定した極限粘度[η]が0.1~5dl/gの範囲、かつ前記超高分子量ポリエチレン(A)の135℃のデカリン溶媒中で測定した極限粘度[η]との差が7~16dl/gの範囲であり、密度が950~985kg/m3である、低分子量ないし高分子量ポリエチレン(B)を生成させる第2工程、
の少なくとも2段階の工程を含んで構成される多段重合法により、
135℃のデカリン溶媒中で測定した極限粘度[η]が1.5~15dl/gの範囲であるポリエチレン樹脂組成物を生成する、ポリエチレン樹脂組成物の製造方法。
135℃のデカリン溶媒中で測定した極限粘度[η]が0.1~5dl/gの範囲、かつ前記超高分子量ポリエチレン(A)の135℃のデカリン溶媒中で測定した極限粘度[η]との差が7~16dl/gの範囲であり、密度が950~985kg/m3である、低分子量ないし高分子量ポリエチレン(B)を生成させる第2工程、
の少なくとも2段階の工程を含んで構成される多段重合法により、
135℃のデカリン溶媒中で測定した極限粘度[η]が1.5~15dl/gの範囲であるポリエチレン樹脂組成物を生成する、ポリエチレン樹脂組成物の製造方法。
本発明によれば、成形処理が容易になる程度の高い溶融流動性と、アブレシブ摩耗に対しても耐摩耗性を有する程度の高い耐摩耗性とを、バランスよく兼ね備えたポリエチレン樹脂組成物を提供できる。
≪ポリエチレン樹脂組成物≫
本発明に係るポリエチレン樹脂組成物(以下「本組成物」ともいう。)は、特定の超高分子量ポリエチレン(A)および特定の低分子量ないし高分子量ポリエチレン(B)(以下「ポリエチレン(B)」ともいう)を含み、下記要件(x)および(y)を満たす。
本発明に係るポリエチレン樹脂組成物(以下「本組成物」ともいう。)は、特定の超高分子量ポリエチレン(A)および特定の低分子量ないし高分子量ポリエチレン(B)(以下「ポリエチレン(B)」ともいう)を含み、下記要件(x)および(y)を満たす。
要件(x):本組成物の135℃のデカリン溶媒中で測定した極限粘度[η]は、1.5~15dl/gの範囲であり、好ましくは1.5~10dl/gの範囲、より好ましくは2.0~8.0dl/gの範囲、さらに好ましくは2.0~7.0dl/gの範囲である。本組成物の135℃のデカリン溶媒中での極限粘度[η]が上記範囲を満たすと、本組成物は、成形処理が容易になる程度の高い溶融流動性と、アブレシブ摩耗に対しても耐摩耗性を有する程度の高い耐摩耗性とを有するので、耐摩耗性と成形性とを両立できる。
なお、135℃のデカリン溶媒中での極限粘度[η]が1.5dl/gに満たない場合には組成物の耐摩耗性が損なわれる。一方、135℃のデカリン溶媒中での極限粘度[η]が15dl/gを超えると組成物の流動性が低下することにより成形性が損なわれる。
なお、135℃のデカリン溶媒中での極限粘度[η]が1.5dl/gに満たない場合には組成物の耐摩耗性が損なわれる。一方、135℃のデカリン溶媒中での極限粘度[η]が15dl/gを超えると組成物の流動性が低下することにより成形性が損なわれる。
要件(y):135℃のデカリン溶媒中で測定した超高分子量ポリエチレン(A)の極限粘度[η]と、135℃のデカリン溶媒中で測定したポリエチレン(B)の極限粘度[η]との差は、7~16dl/gの範囲であり、好ましくは8~16dl/gの範囲である。超高分子量ポリエチレン(A)とポリエチレン(B)との極限粘度[η]の差が16dl/g以下であると、本組成物は耐摩耗性に優れる。これは、超高分子量ポリエチレン(A)の分子量とポリエチレン(B)の分子量とがある程度近いことにより、超高分子量ポリエチレン(A)とポリエチレン(B)とが適度に相容して、本組成物の表面が削り取られにくくなることによる、と推測される。さらに、超高分子量ポリエチレン(A)とポリエチレン(B)との極限粘度[η]の差が7dl/g以上であると、超高分子量ポリエチレン(A)に由来する耐摩耗性を確保しつつ、ポリエチレン(B)に由来する溶融流動性を発現させることができるため、本組成物の成形性が良好になる、と推察される。
なお、超高分子量ポリエチレン(A)とポリエチレン(B)との極限粘度[η]の差が7dl/gに満たない場合には、それぞれのポリエチレン成分に由来する特徴が十分に発揮されず、耐摩耗性と成形性を両立できない。一方、極限粘度[η]の差が16dl/gを超える場合には、超高分子量ポリエチレン(A)とポリエチレン(B)の相容性が不十分であることから、組成物の耐摩耗性が損なわれる、と推察される。
本組成物中の超高分子量ポリエチレン(A)の含有量は5~40質量部であり、好ましくは8~30質量部、より好ましくは10~25質量部、さらに好ましくは12~20質量部である(ただし、超高分子量ポリエチレン(A)とポリエチレン(B)の合計量を100質量部とする)。
本組成物中のポリエチレン(B)の含有量は60~95質量部であり、好ましくは70~92質量部、より好ましくは75~90質量部、さらに好ましくは80~88質量部である(ただし、超高分子量ポリエチレン(A)とポリエチレン(B)の合計量を100質量部とする)。
超高分子量ポリエチレン(A)およびポリエチレン(B)の含有量が上記範囲にあると、組成物の成形性と耐摩耗性とが良好になる。
本組成物中のポリエチレン(B)の含有量は60~95質量部であり、好ましくは70~92質量部、より好ましくは75~90質量部、さらに好ましくは80~88質量部である(ただし、超高分子量ポリエチレン(A)とポリエチレン(B)の合計量を100質量部とする)。
超高分子量ポリエチレン(A)およびポリエチレン(B)の含有量が上記範囲にあると、組成物の成形性と耐摩耗性とが良好になる。
組成物中の超高分子量ポリエチレン(A)の含有量が40質量部を超え、ポリエチレン(B)の含有量が60質量部を下回ると、組成物の溶融流動性が低くなるので、組成物の成形性が悪くなる。一方、超高分子量ポリエチレン(A)の含有量が5質量部を下回り、ポリエチレン(B)の含有量が95質量部を超えると、超高分子量ポリエチレン(A)に由来する耐摩耗性が充分ではないため、得られる組成物の耐摩耗性が悪くなる。
本組成物は、ASTM D-1238Eの測定方法に準拠して、190℃、10kg荷重で測定したメルトフローレート(以下「MFR」ともいう。)が、好ましくは0.01~500g/10分であり、より好ましくは0.2~100g/10分であり、さらに好ましくは0.5~50g/10分である。組成物のMFRが上記範囲であると、成形性が良好であるため好ましい。
<超高分子量ポリエチレン(A)>
本組成物に配合される超高分子量ポリエチレン(A)は、135℃のデカリン溶媒中で測定した極限粘度[η]が8~40dl/g、好ましくは8~30dl/g、より好ましくは8~20dl/g、さらに好ましくは9~18dl/gである。超高分子量ポリエチレン(A)の極限粘度[η]が上記範囲にあると、組成物が耐摩耗性と成形性とを両立できるので好ましい。
本組成物に配合される超高分子量ポリエチレン(A)は、135℃のデカリン溶媒中で測定した極限粘度[η]が8~40dl/g、好ましくは8~30dl/g、より好ましくは8~20dl/g、さらに好ましくは9~18dl/gである。超高分子量ポリエチレン(A)の極限粘度[η]が上記範囲にあると、組成物が耐摩耗性と成形性とを両立できるので好ましい。
超高分子量ポリエチレン(A)の代わりに135℃のデカリン溶媒中で測定した極限粘度[η]が8dl/g未満の超高分子量ポリエチレンを用いた場合、組成物の耐摩耗性が悪化し、得られる成形品の耐摩耗性が劣るため、好ましくない。一方、前記超高分子量ポリエチレン(A)の代わりに、135℃のデカリン溶媒中で測定した極限粘度[η]が40dl/gを超える超高分子量ポリエチレンを用いた場合、組成物の溶融流動性が低くなるため、組成物の成形性が低下するため好ましくない。
超高分子量ポリエチレン(A)は、エチレンの単独重合体、または、エチレンとプロピレン、1-ブテン、1-ペンテン、1-ヘキセン、1-オクテン、1-デセン、1-ドデセン、4-メチル-1-ペンテンもしくは3-メチル-1-ペンテンなどのα-オレフィンとの共重合体である。超高分子量ポリエチレン(A)は、好ましくは、エチレンの単独重合体、またはエチレンと上記のα-オレフィンとの共重合体であって、エチレンを主成分として構成される共重合体であり、より好ましくはエチレンの単独重合体である。
<低分子量ないし高分子量ポリエチレン(B)>
ポリエチレン(B)の135℃のデカリン溶媒中で測定した極限粘度[η]は、0.1~5dl/gであり、好ましくは0.5~3dl/gであり、より好ましくは0.7~2.5dl/gであり、さらに好ましくは0.8~2.2dl/gである。ポリエチレン(B)の135℃のデカリン溶媒中で測定した極限粘度[η]が上記範囲にあると、耐摩耗性と成形性の両方に優れた組成物が得られる。
ポリエチレン(B)の135℃のデカリン溶媒中で測定した極限粘度[η]は、0.1~5dl/gであり、好ましくは0.5~3dl/gであり、より好ましくは0.7~2.5dl/gであり、さらに好ましくは0.8~2.2dl/gである。ポリエチレン(B)の135℃のデカリン溶媒中で測定した極限粘度[η]が上記範囲にあると、耐摩耗性と成形性の両方に優れた組成物が得られる。
ポリエチレン(B)の代わりに135℃のデカリン溶媒中で測定した極限粘度[η]が0.1dl/g未満である低分子量ないし高分子量ポリエチレンを用いた場合、組成物の耐摩耗性が悪化し、得られる成形品の耐摩耗性が劣るため、好ましくない。一方、ポリエチレン(B)の代わりに、135℃のデカリン溶媒中で測定した極限粘度[η]が5dl/gを超える低分子量ないし高分子量ポリエチレンを用いた場合、組成物の溶融流動性が低くなることから、組成物の成形性が低下するため好ましくない。
ポリエチレン(B)は、密度が950~985kg/m3であり、好ましくは960~980kg/m3であり、より好ましくは960~975kg/m3であり、さらに好ましくは965~975kg/m3である。ポリエチレン(B)の密度が上記範囲にあると、
耐摩耗性と成形性の両方に優れた組成物が得られる。
耐摩耗性と成形性の両方に優れた組成物が得られる。
ポリエチレン(B)の代わりに密度が950kg/m3未満である低分子量ないし高分子量ポリエチレンを用いた場合、低分子量ないし高分子量ポリエチレンの結晶化度が低く、削れやすい性質を有するので、結果として、組成物の耐摩耗性が悪化し、得られる成形品の耐摩耗性が劣るため、好ましくない。また、低分子量ないし高分子量ポリエチレンの密度は、通常985kg/m3以下であるので、本組成物には、985kg/m3以下の密度の低分子量ないし高分子量ポリエチレンが用いられる。
ポリエチレン(B)は、エチレンの単独重合体、または、エチレンとα-オレフィンの共重合体である。好ましくはエチレンの単独重合体である。
前記共重合体を構成するα-オレフィンとしては、炭素原子数3~20の直鎖状または分岐状のα-オレフィンが挙げられ、具体的にはプロピレン、1-ブテン、1-ペンテン、3-メチル-1-ブテン、1-ヘキセン、4-メチル-1-ペンテン、3-メチル-1-ペンテン、3,4-ジメチル-1-ペンテン、4-メチル-1-ヘキセン、3-エチル-1-ペンテン、3-エチル-4-メチル-1-ペンテン、3,4-ジメチル-1-ヘキセン、4-メチル-1-ヘプテン、3,4-ジメチル-1-ヘプテン、1-オクテン、1-デセン、1-ドデセン、1-テトラデセン、1-ヘキサデセン、1-オクタデセン、もしくは、1-エイコセンなどが挙げられる。これらのうち、プロピレンおよび1-ブテンが、ポリエチレン(B)の密度範囲との関係から好ましく用いられる。
前記共重合体を構成するα-オレフィンとしては、炭素原子数3~20の直鎖状または分岐状のα-オレフィンが挙げられ、具体的にはプロピレン、1-ブテン、1-ペンテン、3-メチル-1-ブテン、1-ヘキセン、4-メチル-1-ペンテン、3-メチル-1-ペンテン、3,4-ジメチル-1-ペンテン、4-メチル-1-ヘキセン、3-エチル-1-ペンテン、3-エチル-4-メチル-1-ペンテン、3,4-ジメチル-1-ヘキセン、4-メチル-1-ヘプテン、3,4-ジメチル-1-ヘプテン、1-オクテン、1-デセン、1-ドデセン、1-テトラデセン、1-ヘキサデセン、1-オクタデセン、もしくは、1-エイコセンなどが挙げられる。これらのうち、プロピレンおよび1-ブテンが、ポリエチレン(B)の密度範囲との関係から好ましく用いられる。
なお、上記エチレンとα-オレフィンの共重合体は、エチレン含量が90mol%以上であることがより好ましく、エチレン含量が95mol%以上であることがさらに好ましい。ポリエチレン(B)がエチレンとα-オレフィンの共重合体である場合、エチレン含量が多いほど好ましい。
<その他の成分>
本組成物は、本発明の目的を損ねない範囲であれば、他のポリオレフィン系樹脂などの熱可塑性樹脂や、樹脂用添加剤(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)を含有してもよい。
上記その他の成分が含まれる場合、本組成物中の上記その他の成分の合計量は、通常5質量%以下であり、好ましくは2質量%以下であり、より好ましくは1質量%以下である。換言すると、本組成物中の超高分子量ポリエチレン(A)の質量とポリエチレン(B)の質量との合計が本組成物の質量に占める割合は、通常95質量%以上であり、好ましくは98質量%以上であり、より好ましくは99質量%以上である。
本組成物は、本発明の目的を損ねない範囲であれば、他のポリオレフィン系樹脂などの熱可塑性樹脂や、樹脂用添加剤(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)を含有してもよい。
上記その他の成分が含まれる場合、本組成物中の上記その他の成分の合計量は、通常5質量%以下であり、好ましくは2質量%以下であり、より好ましくは1質量%以下である。換言すると、本組成物中の超高分子量ポリエチレン(A)の質量とポリエチレン(B)の質量との合計が本組成物の質量に占める割合は、通常95質量%以上であり、好ましくは98質量%以上であり、より好ましくは99質量%以上である。
<ポリエチレン樹脂組成物の製造方法>
本組成物の製造方法は、超高分子量ポリエチレン(A)とポリエチレン(B)とを所定の割合で含有させることができる製造方法であれば特に制限はないが、好ましい方法として、以下の方法(M-1)~(M-3)が挙げられる。
本組成物の製造方法は、超高分子量ポリエチレン(A)とポリエチレン(B)とを所定の割合で含有させることができる製造方法であれば特に制限はないが、好ましい方法として、以下の方法(M-1)~(M-3)が挙げられる。
方法(M-1):超高分子量ポリエチレン(A)およびポリエチレン(B)を、それぞれ予め公知のオレフィン重合用触媒の存在下で製造した後、ブレンドすることにより製造する方法。
方法(M-2):公知のオレフィン重合用触媒の存在下、第1工程として超高分子量ポリエチレン(A)を生成させる工程と、第2工程としてポリエチレン(B)を生成させる工程との少なくとも2段階の工程を含む多段重合法により製造する方法。なお、第2工程は、第1工程で生成された超高分子量ポリエチレン(A)の存在下で行われる。
方法(M-3):公知のオレフィン重合用触媒の存在下、第1工程としてポリエチレン(B)を生成させる工程と、第2工程として超高分子量ポリエチレン(A)を生成させる工程との少なくとも2段階の工程を含む多段重合法により製造する方法。なお、第2工程は、第1工程で生成されたポリエチレン(B)の存在下で行われる。
方法(M-2):公知のオレフィン重合用触媒の存在下、第1工程として超高分子量ポリエチレン(A)を生成させる工程と、第2工程としてポリエチレン(B)を生成させる工程との少なくとも2段階の工程を含む多段重合法により製造する方法。なお、第2工程は、第1工程で生成された超高分子量ポリエチレン(A)の存在下で行われる。
方法(M-3):公知のオレフィン重合用触媒の存在下、第1工程としてポリエチレン(B)を生成させる工程と、第2工程として超高分子量ポリエチレン(A)を生成させる工程との少なくとも2段階の工程を含む多段重合法により製造する方法。なお、第2工程は、第1工程で生成されたポリエチレン(B)の存在下で行われる。
方法(M-1)~(M-3)のうち、多段重合法を用いる方法(M-2)および(M-3)がより好ましく、第1工程で超高分子量ポリエチレン(A)を生成させる方法(M-2)がさらに好ましい。多段重合法を用いると、ポリエチレン樹脂組成物に含まれる超高分子量ポリエチレン(A)とポリエチレン(B)とを相容させやすいことから、耐摩耗性と成形性を両立させやすいため、好ましい。また、方法(M-2)を用いて本組成物を製造すると、連鎖移動反応を生じさせる連鎖移動剤の添加、重合温度の上昇などを第2工程において行うことにより、第2工程で得られるポリエチレン(ポリエチレン(B))の分子量を、第1工程で得られるポリエチレン(超高分子量ポリエチレン(A))の分子量よりも低く調整しやすいことから、製造効率に優れる点で好ましい。
なお、この際、重合に用いるエチレンなどのオレフィンは、超高分子量ポリエチレン(A)およびポリエチレン(B)の項目において記載した各種オレフィンを制限無く用いることができる。
≪成形体≫
本組成物は、従来公知の方法、具体的には、例えば、射出成形法、異形押出成形法、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ダイシートまたはフィルム成形法、インフレーションフィルム成形法、プレス成形法などの成形方法により、容器状、トレー状、シート状、棒状、フィルム状または各種成形体の被覆などに成形することができる。
本組成物は、従来公知の方法、具体的には、例えば、射出成形法、異形押出成形法、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ダイシートまたはフィルム成形法、インフレーションフィルム成形法、プレス成形法などの成形方法により、容器状、トレー状、シート状、棒状、フィルム状または各種成形体の被覆などに成形することができる。
上記成形方法で得られた成形体は、従来公知のポリエチレン用途に広く使用できるが、特に耐摩耗性に優れているので、これらが要求される用途として、例えば、鋼管、電線、自動車スライドレールなどの金属の被覆、耐圧ゴムホース、自動車ドア用ガスケット、クリーンルームドア用ガスケット、自動車グラスランチャンネル、自動車ウエザストリップなどの各種ゴムのリール、各種ガイドレールやエレベーターレールガイド、各種保護ライナー材などの摺動材などになどに使用される。
本組成物から得られる成形体に対してテーバー摩耗試験(試験温度23℃、研磨砥石H22、荷重1000g、回転速度60rpm、試験回転数10800回(3時間))を行った場合、摩耗量は、好ましくは100mg以下である。摩耗量は小さいほど好ましいが、下限は通常0.1mg以上である。テーバー摩耗試験による摩耗量が前記範囲であると、本組成物から得られる成形体の使用環境下において、耐摩耗性が充分であるため、好ましい。なお、上記テーバー摩耗試験では、使用されている研磨砥石(H22)の表面に小さな突起があるため、上記テーバー摩耗試験はアブレシブ摩耗に関する試験となっている。
以下、本発明を実施例に基づいて更に具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されない。
[測定条件等]
各物性の測定条件等は、以下のとおりである。
各物性の測定条件等は、以下のとおりである。
〔極限粘度[η]〕
実施例および比較例で得られた各種ポリマーおよび樹脂組成物の極限粘度[η]は、135℃、デカリン溶媒中で測定した。なお、以下では、超高分子量ポリエチレン(A)の極限粘度を「極限粘度[η]u」と記載することがある。同様に、ポリエチレン(B)の極限粘度を「極限粘度[η]h」と記載することがある。
実施例および比較例で得られた各種ポリマーおよび樹脂組成物の極限粘度[η]は、135℃、デカリン溶媒中で測定した。なお、以下では、超高分子量ポリエチレン(A)の極限粘度を「極限粘度[η]u」と記載することがある。同様に、ポリエチレン(B)の極限粘度を「極限粘度[η]h」と記載することがある。
〔密度〕
ポリエチレン(B)の密度は、ASTM D1505に準拠して測定した。
ポリエチレン(B)の密度は、ASTM D1505に準拠して測定した。
〔MFR〕
実施例または比較例で得られた組成物のMFRを、ASTM D1238Eに準拠して、10kg荷重で測定した。測定温度は190℃とした。
実施例または比較例で得られた組成物のMFRを、ASTM D1238Eに準拠して、10kg荷重で測定した。測定温度は190℃とした。
〔成形体の摩耗量〕
実施例または比較例で得られた組成物を、10cm角2mm厚みの角板に成形し、得られた成形体を秤量した。得られた成形体に対して、JIS K7204に準拠してテーバー摩耗試験を行った。試験条件は以下の通りであった。
研磨砥石 :H22
試験時の荷重:1000g
回転速度 :60rpm
試験回転数 :10800回(3時間)
試験温度 :23℃
試験後の成形体を再度秤量し、試験の前後での成形体の質量の差分を、テーバー摩耗試験による成形体の摩耗量とした。
実施例または比較例で得られた組成物を、10cm角2mm厚みの角板に成形し、得られた成形体を秤量した。得られた成形体に対して、JIS K7204に準拠してテーバー摩耗試験を行った。試験条件は以下の通りであった。
研磨砥石 :H22
試験時の荷重:1000g
回転速度 :60rpm
試験回転数 :10800回(3時間)
試験温度 :23℃
試験後の成形体を再度秤量し、試験の前後での成形体の質量の差分を、テーバー摩耗試験による成形体の摩耗量とした。
[実施例1]
〔固体状チタン触媒成分[C1]の調製〕
無水塩化マグネシウム95.2g、デカン398.1gおよび2-エチルヘキシルアルコール306gを反応容器に仕込み、140℃で6時間加熱した。反応容器中の溶液を50℃まで冷却してから安息香酸エチル17.6gを添加し、130℃にて1時間攪拌混合を行なって均一溶液とした。
このようにして得られた均一溶液を室温まで冷却した後、均一溶液50mlの全量を、0℃に保持した四塩化チタン200ml中に、攪拌しながら60分間かけて滴下し、混合液とした。滴下終了後、得られた混合液を1時間にわたって0℃で保持した後に、この混合液の温度を1時間かけて20℃に昇温し、さらに30分かけて80℃まで昇温したが、混合液の温度が78℃になったときに、混合液中に安息香酸エチル2.35gを添加し、温度を80℃に保ったまま2時間の反応を行った。2時間の反応終了後、熱濾過にて固体部を採取し、この固体部を200mlの四塩化チタンにて再懸濁させた後、90℃で2時間にわたって、再度の加熱反応を行った。再度の加熱反応終了後、再び熱濾過にて固体部を採取し、洗液中に遊離のチタン化合物が検出されなくなるまで、90℃のデカンで洗浄後、室温のヘキサンで充分洗浄した。
〔固体状チタン触媒成分[C1]の調製〕
無水塩化マグネシウム95.2g、デカン398.1gおよび2-エチルヘキシルアルコール306gを反応容器に仕込み、140℃で6時間加熱した。反応容器中の溶液を50℃まで冷却してから安息香酸エチル17.6gを添加し、130℃にて1時間攪拌混合を行なって均一溶液とした。
このようにして得られた均一溶液を室温まで冷却した後、均一溶液50mlの全量を、0℃に保持した四塩化チタン200ml中に、攪拌しながら60分間かけて滴下し、混合液とした。滴下終了後、得られた混合液を1時間にわたって0℃で保持した後に、この混合液の温度を1時間かけて20℃に昇温し、さらに30分かけて80℃まで昇温したが、混合液の温度が78℃になったときに、混合液中に安息香酸エチル2.35gを添加し、温度を80℃に保ったまま2時間の反応を行った。2時間の反応終了後、熱濾過にて固体部を採取し、この固体部を200mlの四塩化チタンにて再懸濁させた後、90℃で2時間にわたって、再度の加熱反応を行った。再度の加熱反応終了後、再び熱濾過にて固体部を採取し、洗液中に遊離のチタン化合物が検出されなくなるまで、90℃のデカンで洗浄後、室温のヘキサンで充分洗浄した。
以上の操作によって調製した固体状チタン触媒成分はデカンスラリーとして保存したが、触媒組成を調べる目的でこの内の一部を乾燥した。乾燥後の固体状チタン触媒成分[C1]の組成は、チタン3.1質量%、マグネシウム18質量%、塩素60質量%、安息香酸エチル15.4質量%および2-エチルヘキシルアルコール残基1.5質量%であった。
〔ポリエチレン樹脂組成物の製造〕
充分に窒素置換した内容積1リットルの重合器に、室温で500mlの精製デカンを装入し、温度75℃で、トリイソブチルアルミニウム0.5ミリモルと、固体状チタン触媒成分[C1](チタン原子換算で0.01ミリモル)とを加えた。次いで、重合器内の圧力がゲージ圧で0.6MPaGになるまでエチレンをフィードし、温度80℃で第1段目のエチレン重合を行った。エチレンを21リットルフィードした時点でエチレンのフィードを止め、温度を45℃まで急冷したのちに脱圧、窒素パージを行った。なお、以上の条件で第1段目のエチレン重合を行うことにより、超高分子量ポリエチレン(A1)が得られる。
次いで、重合器に、重合器内の圧力がゲージ圧で0.46MPaGになるまで水素をフィードし、さらに重合器内の圧力がゲージ圧で0.66MPaGになるまでエチレンをフィードし、温度85℃で第二段目のエチレン重合を行った。エチレンを119リットルフィードした時点でエチレンのフィードを止め、温度を40℃まで急冷したのちに脱圧、パージを行った。なお、以上の条件で第2段目のエチレン重合を行うことにより、ポリエチレン(B1)が得られる。
生成した固体を含むスラリーを濾過し、温度80℃で一晩減圧乾燥した。得られたエチレン樹脂組成物は177g、極限粘度[η]は2.6dl/gであった。
充分に窒素置換した内容積1リットルの重合器に、室温で500mlの精製デカンを装入し、温度75℃で、トリイソブチルアルミニウム0.5ミリモルと、固体状チタン触媒成分[C1](チタン原子換算で0.01ミリモル)とを加えた。次いで、重合器内の圧力がゲージ圧で0.6MPaGになるまでエチレンをフィードし、温度80℃で第1段目のエチレン重合を行った。エチレンを21リットルフィードした時点でエチレンのフィードを止め、温度を45℃まで急冷したのちに脱圧、窒素パージを行った。なお、以上の条件で第1段目のエチレン重合を行うことにより、超高分子量ポリエチレン(A1)が得られる。
次いで、重合器に、重合器内の圧力がゲージ圧で0.46MPaGになるまで水素をフィードし、さらに重合器内の圧力がゲージ圧で0.66MPaGになるまでエチレンをフィードし、温度85℃で第二段目のエチレン重合を行った。エチレンを119リットルフィードした時点でエチレンのフィードを止め、温度を40℃まで急冷したのちに脱圧、パージを行った。なお、以上の条件で第2段目のエチレン重合を行うことにより、ポリエチレン(B1)が得られる。
生成した固体を含むスラリーを濾過し、温度80℃で一晩減圧乾燥した。得られたエチレン樹脂組成物は177g、極限粘度[η]は2.6dl/gであった。
〔ポリエチレン樹脂組成物中の各成分の分析〕
・超高分子量ポリエチレン(A1)の含有量および極限粘度[η]
ポリエチレン樹脂組成物を製造した際に行った第1段目の重合のみを、ポリエチレン樹脂組成物の製造時と同一の条件で別途行ったところ、得られたエチレン重合体の収量は26.6gであった。この重合により、超高分子量ポリエチレン(A1)が製造されているので、ポリエチレン樹脂組成物(収量177g)に占める超高分子量ポリエチレン(A1)の含有量は15.0質量%であると計算した。さらに、ポリエチレン樹脂組成物に含まれている超高分子量ポリエチレン(A1)の極限粘度[η]を測定したところ、13.0dl/gであった。
・超高分子量ポリエチレン(A1)の含有量および極限粘度[η]
ポリエチレン樹脂組成物を製造した際に行った第1段目の重合のみを、ポリエチレン樹脂組成物の製造時と同一の条件で別途行ったところ、得られたエチレン重合体の収量は26.6gであった。この重合により、超高分子量ポリエチレン(A1)が製造されているので、ポリエチレン樹脂組成物(収量177g)に占める超高分子量ポリエチレン(A1)の含有量は15.0質量%であると計算した。さらに、ポリエチレン樹脂組成物に含まれている超高分子量ポリエチレン(A1)の極限粘度[η]を測定したところ、13.0dl/gであった。
・ポリエチレン(B1)の含有量および物性
ポリエチレン樹脂組成物を製造した際に行った重合のうちの第1段目の重合を省略し、第2段目重合のみをポリエチレン樹脂組成物の製造時と同一の条件で別途行うことにより、ポリエチレン(B2)を製造した。ポリエチレン(B2)の極限粘度[η]は1.0dl/gであり、密度は971kg/m3であった。
次に、ポリエチレン(B2)について、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)による分子量分布の測定を行い、ポリエチレン樹脂組成物についてのGPCによる分子量分布の測定結果と比較したところ、クロマトグラムのピーク位置と形状は、ポリエチレン樹脂組成物に含まれる低分子量側の成分(ポリエチレン(B1))と一致していた。この結果に基づき、ポリエチレン(B1)の物性を、ポリエチレン(B2)の物性と同じとみなした。すなわち、ポリエチレン(B1)の極限粘度[η]を1.0dl/gとし、ポリエチレン(B1)の密度を971kg/m3とした。
ポリエチレン樹脂組成物を製造した際に行った重合のうちの第1段目の重合を省略し、第2段目重合のみをポリエチレン樹脂組成物の製造時と同一の条件で別途行うことにより、ポリエチレン(B2)を製造した。ポリエチレン(B2)の極限粘度[η]は1.0dl/gであり、密度は971kg/m3であった。
次に、ポリエチレン(B2)について、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)による分子量分布の測定を行い、ポリエチレン樹脂組成物についてのGPCによる分子量分布の測定結果と比較したところ、クロマトグラムのピーク位置と形状は、ポリエチレン樹脂組成物に含まれる低分子量側の成分(ポリエチレン(B1))と一致していた。この結果に基づき、ポリエチレン(B1)の物性を、ポリエチレン(B2)の物性と同じとみなした。すなわち、ポリエチレン(B1)の極限粘度[η]を1.0dl/gとし、ポリエチレン(B1)の密度を971kg/m3とした。
〔ポリエチレン樹脂組成物の造粒〕
得られたポリエチレン樹脂組成物に、イルガノックス1010(BASF社製)、イルガフォス168(BASF社製)、およびステアリン酸カルシウム(日油社製)をドライブレンドした。各物質のブレンド量は、ドライブレンド後の組成物を100質量%とすると、イルガノックス1010が0.1質量%、イルガフォス168が0.2質量%、ステアリン酸カルシウムが0.12質量%であった。ドライブレンド後の組成物を、2軸押出機(テクノベル社製、φ=15mm、L/D=30、シリンダ温度:200℃)を用いて溶融混練し、その後、ペレット状に造粒にした。得られたペレットを用いて、ポリエチレン樹脂組成物の各物性を測定した。結果を表1に示す。
得られたポリエチレン樹脂組成物に、イルガノックス1010(BASF社製)、イルガフォス168(BASF社製)、およびステアリン酸カルシウム(日油社製)をドライブレンドした。各物質のブレンド量は、ドライブレンド後の組成物を100質量%とすると、イルガノックス1010が0.1質量%、イルガフォス168が0.2質量%、ステアリン酸カルシウムが0.12質量%であった。ドライブレンド後の組成物を、2軸押出機(テクノベル社製、φ=15mm、L/D=30、シリンダ温度:200℃)を用いて溶融混練し、その後、ペレット状に造粒にした。得られたペレットを用いて、ポリエチレン樹脂組成物の各物性を測定した。結果を表1に示す。
[実施例2]
ポリエチレン樹脂組成物の製造時の第1段目の重合において、エチレンフィードの前に水素10ミリリットルをフィードした以外は、実施例1と同様に重合および分析、造粒を行い、各物性の測定を行った。結果を表1に示す。
ポリエチレン樹脂組成物の製造時の第1段目の重合において、エチレンフィードの前に水素10ミリリットルをフィードした以外は、実施例1と同様に重合および分析、造粒を行い、各物性の測定を行った。結果を表1に示す。
[実施例3]
ポリエチレン樹脂組成物の製造時の第1段目の重合において、固体状チタン触媒成分[C1]の投入時の温度を75℃から67℃、エチレン重合温度を80℃から72℃に変え、第2段目の重合において、重合器内の圧力がゲージ圧で0.46MPaGになるまで水素をフィードした点を0.24MPaGに変更したこと、ゲージ圧が0.66MPaGになるまでエチレンをフィードした点を0.44MPaGに変更したこと以外は、実施例1と同様に重合および分析、造粒を行い、各物性の測定を行った。結果を表1に示す。
ポリエチレン樹脂組成物の製造時の第1段目の重合において、固体状チタン触媒成分[C1]の投入時の温度を75℃から67℃、エチレン重合温度を80℃から72℃に変え、第2段目の重合において、重合器内の圧力がゲージ圧で0.46MPaGになるまで水素をフィードした点を0.24MPaGに変更したこと、ゲージ圧が0.66MPaGになるまでエチレンをフィードした点を0.44MPaGに変更したこと以外は、実施例1と同様に重合および分析、造粒を行い、各物性の測定を行った。結果を表1に示す。
[実施例4]
ポリエチレン樹脂組成物の製造時の第1段目の重合において、固体状チタン触媒成分[C1]の投入時の温度を75℃から67℃、エチレン重合温度を80℃から72℃に変え、第2段目の重合において、重合器内の圧力がゲージ圧で0.46MPaGになるまで水素をフィードした点を0.12MPaGに変更したこと、ゲージ圧が0.66MPaGになるまでエチレンをフィードした点を0.32MPaGに変更したこと以外は、実施例1と同様に重合および分析、造粒を行い、各物性の測定を行った。結果を表1に示す。
ポリエチレン樹脂組成物の製造時の第1段目の重合において、固体状チタン触媒成分[C1]の投入時の温度を75℃から67℃、エチレン重合温度を80℃から72℃に変え、第2段目の重合において、重合器内の圧力がゲージ圧で0.46MPaGになるまで水素をフィードした点を0.12MPaGに変更したこと、ゲージ圧が0.66MPaGになるまでエチレンをフィードした点を0.32MPaGに変更したこと以外は、実施例1と同様に重合および分析、造粒を行い、各物性の測定を行った。結果を表1に示す。
[比較例1]
触媒成分投入温度を75℃から48℃に変更し、第1段目の重合におけるエチレン重合温度を80℃から53℃に変更し、第2段目の重合において、重合器内の圧力がゲージ圧で0.46MPaGになるまで水素をフィードした点を0.40MPaGに変更したこと、ゲージ圧が0.66MPaGになるまでエチレンをフィードした点を0.60MPaGに変更したこと以外は実施例1と同様に重合を実施し、次いで分析、造粒を行い、各物性の測定を行った。結果を表1に示す。
触媒成分投入温度を75℃から48℃に変更し、第1段目の重合におけるエチレン重合温度を80℃から53℃に変更し、第2段目の重合において、重合器内の圧力がゲージ圧で0.46MPaGになるまで水素をフィードした点を0.40MPaGに変更したこと、ゲージ圧が0.66MPaGになるまでエチレンをフィードした点を0.60MPaGに変更したこと以外は実施例1と同様に重合を実施し、次いで分析、造粒を行い、各物性の測定を行った。結果を表1に示す。
[比較例2]
第1段目の重合におけるエチレンのフィード量を21リットルから33.6リットルに、第2段目の重合におけるエチレンのフィード量を119リットルから106.4リットルに変更した以外は、比較例1と同様に重合を実施し、次いで分析、造粒を行い、各物性の測定を行った。結果を表1に示す。
第1段目の重合におけるエチレンのフィード量を21リットルから33.6リットルに、第2段目の重合におけるエチレンのフィード量を119リットルから106.4リットルに変更した以外は、比較例1と同様に重合を実施し、次いで分析、造粒を行い、各物性の測定を行った。結果を表1に示す。
[比較例3]
ポリエチレン樹脂組成物の製造時の第1段目の重合において、エチレンフィードの前に水素50ミリリットルをフィードした以外は、実施例1と同様に重合および分析、造粒を行い、各物性の測定を行った。結果を表1に示す。
ポリエチレン樹脂組成物の製造時の第1段目の重合において、エチレンフィードの前に水素50ミリリットルをフィードした以外は、実施例1と同様に重合および分析、造粒を行い、各物性の測定を行った。結果を表1に示す。
ポリエチレン樹脂組成物から得られた成形体のテーバー試験での摩耗量は、実施例1~4のいずれでも比較例1~3よりも小さく、実施例1~4のポリエチレン樹脂組成物が高い耐摩耗性を有することが示された。
図1は、テーバー摩耗試験での摩耗量とポリエチレン樹脂組成物のMFRとの関係の例を示す図である。ポリエチレン樹脂組成物では、成形性を向上させるために超高分子量成分の含有量を減らすと耐摩耗性は低下し、逆に耐摩耗性を向上させるため超高分子量成分の含有量を増やすと成形性は低下するので、従来のポリエチレン樹脂組成物では、比較例1~3のように、成形性と耐摩耗性とを両立できなかった。
一方、実施例1~4のプロットは、比較例1~3のプロットと比較して、MFRの値に対する摩耗量が小さい位置にある。すなわち、MFRの値から予測される摩耗量は、実施例では比較例よりも小さくなっている。このことから、実施例1~4の組成物では、従来のポリエチレン樹脂組成物に比べて、流動性と耐摩耗性とのバランスが改善していることがわかる。すなわち、実施例1~4の組成物は、成形処理が容易になる程度の高い溶融流動性と、高い耐摩耗性とを、兼ね備えている。
一方、実施例1~4のプロットは、比較例1~3のプロットと比較して、MFRの値に対する摩耗量が小さい位置にある。すなわち、MFRの値から予測される摩耗量は、実施例では比較例よりも小さくなっている。このことから、実施例1~4の組成物では、従来のポリエチレン樹脂組成物に比べて、流動性と耐摩耗性とのバランスが改善していることがわかる。すなわち、実施例1~4の組成物は、成形処理が容易になる程度の高い溶融流動性と、高い耐摩耗性とを、兼ね備えている。
Claims (3)
- 下記要件(a-1)を満たす超高分子量ポリエチレン(A)5~40質量部と、下記要件(b-1)および(b-2)を満たす低分子量ないし高分子量ポリエチレン(B)95~60質量部(ただし、超高分子量ポリエチレン(A)とポリエチレン(B)の合計量を100質量部とする)を含んでなるポリエチレン樹脂組成物であって、
該ポリエチレン樹脂組成物の135℃のデカリン溶媒中で測定した極限粘度[η]が1.5~15dl/gの範囲であり、
135℃のデカリン溶媒中で、前記超高分子量ポリエチレン(A)の極限粘度[η]と前記ポリエチレン(B)の極限粘度[η]の差が7~16dl/gの範囲である
ポリエチレン樹脂組成物。
(a-1)135℃のデカリン溶媒中で測定した極限粘度[η]が8~40dl/gである;
(b-1)135℃のデカリン溶媒中で測定した極限粘度[η]が0.1~5dl/gである;
(b-2)密度が950~985kg/m3である。 - 請求項1に記載のポリエチレン樹脂組成物の成形体。
- 135℃のデカリン溶媒中で測定した極限粘度[η]が8~40dl/gである超高分子量ポリエチレン(A)を生成させる第1工程、および、
135℃のデカリン溶媒中で測定した極限粘度[η]が0.1~5dl/gの範囲、かつ前記超高分子量ポリエチレン(A)の135℃のデカリン溶媒中で測定した極限粘度[η]との差が7~16dl/gの範囲であり、密度が950~985kg/m3である、低分子量ないし高分子量ポリエチレン(B)を生成させる第2工程、
の少なくとも2段階の工程を含んで構成される多段重合法により、
135℃のデカリン溶媒中で測定した極限粘度[η]が1.5~15dl/gの範囲であるポリエチレン樹脂組成物を生成する、ポリエチレン樹脂組成物の製造方法。
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