JP2022189909A - Polypropylene nanofiber and method of producing laminate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はポリプロピレンナノファイバーおよび積層体の製造方法に関する。 The present invention relates to polypropylene nanofibers and methods of making laminates.
従来、ポリプロピレン繊維は溶融紡糸法により製造されていた。しかし溶融紡糸法では極細のポリプロピレン繊維の製造は困難であり、とりわけ直径20μm(単繊維繊度で約3dtex)以下の繊維を安定して得ることは困難であった。一方、極細繊維を製造する方法としてエレクトロスピニング法が知られている。紡糸の際に溶媒を使用しない溶融エレクトロスピニング法も提案されており(特許文献1:特開2007-321246号)、プロピレン系樹脂組成物を溶融エレクトロスピニング法に適用することも試行されている(特許文献2:特開2011-162636号ならびに特許文献3:特開2009-133039号)。しかしながら、これらの方法は高電圧による電解干渉のためにポリマー融液を極細繊維にすることが困難であった。一方、特許文献4(特開2016-156114)には、電解を用いないナノファイバーシートの製造方法が開示されている。しかし、ポリプロピレン単独のナノファイバーの製造方法は具体的に開示されていない。 Traditionally, polypropylene fibers have been produced by melt spinning. However, it is difficult to produce very fine polypropylene fibers by the melt spinning method, and it is particularly difficult to stably obtain fibers with a diameter of 20 μm or less (about 3 dtex in single fiber fineness). On the other hand, an electrospinning method is known as a method for producing ultrafine fibers. A melt electrospinning method that does not use a solvent during spinning has also been proposed (Patent Document 1: JP-A-2007-321246), and attempts have also been made to apply a propylene-based resin composition to the melt electrospinning method ( Patent Document 2: JP-A-2011-162636 and Patent Document 3: JP-A-2009-133039). However, with these methods, it is difficult to form polymer melts into ultrafine fibers due to electrolytic interference caused by high voltage. On the other hand, Patent Document 4 (Japanese Patent Laid-Open No. 2016-156114) discloses a method for producing a nanofiber sheet without using electrolysis. However, there is no specific disclosure of a method for producing nanofibers made of polypropylene alone.
発明者らは、種々のポリプロピレンを用いて特許文献4に記載の方法を試験的に実施したところ、特定のポリプロピレンを用いないとナノファイバーを製造することは困難であることを見出した。かかる事情を鑑み、本発明は電界を用いず、高速高温ガスを用いてポリプロピレンナノファイバーを製造する方法を提供することを課題とする。 The inventors have experimentally implemented the method described in Patent Document 4 using various polypropylenes, and found that it is difficult to produce nanofibers without using a specific polypropylene. In view of such circumstances, an object of the present invention is to provide a method for producing polypropylene nanofibers using high-speed high-temperature gas without using an electric field.
発明者らは、特定のメルトフローレート(MFR)を有するポリプロピレンが前記課題を解決することを見出した。よって、前記課題は以下の本発明によって解決される。
[1]工程(A):吐出ノズルから溶融ポリプロピレンを吐出する工程、および
工程(B):ガスノズルから高速高温ガスを吐出して前記溶融ポリプロピレンを延伸してナノファイバーを形成する工程、
を備えるポリプロピレンナノファイバーの製造方法であって、
前記ポリプロピレンのメルトフローレート(230℃、荷重21.18N)が300~3000g/10分である、製造方法。
[2]工程(A):吐出ノズルから溶融ポリプロピレンを吐出する工程、
工程(B):ガスノズルから高速高温ガスを吐出して前記溶融ポリプロピレンを延伸してナノファイバーを形成する工程、
工程(C):前記吐出ノズルまたはガスノズルの対向する位置に配置した基材に、前記ポリプロピレンナノファイバーを付着させてポリプロピレンナノファイバー層を設ける工程、
を備える積層体の製造方法であって、
前記ポリプロピレンのメルトフローレート(230℃、荷重21.18N)が300~
3000g/10分である、製造方法。
[3]工程(D):第2の吐出ノズルから溶融ポリマーを吐出し、第2のガスノズルから高速高温ガスを吐出して当該溶融ポリマーを延伸して第2のナノファイバーを形成する工程、
工程(E):前記工程(C)で形成したポリプロピレンナノファイバー層の上に第2のナノファイバーを付着させる工程、
をさらに含む、[2]に記載の積層体の製造方法。
[4]工程(A’):吐出ノズルからポリプロピレン以外の溶融ポリマーを吐出する工程、
工程(B’):ガスノズルから高速高温ガスを吐出して、前記溶融ポリマーを延伸してナノファイバーを形成する工程、
工程(C’):前記吐出ノズルまたはガスノズルの対向する位置に配置した基材に、前記ナノファイバーを付着させてナノファイバー層を設ける工程、
工程(D’):第2の吐出ノズルから請求項1または2に記載のポリプロピレンを吐出し、第2のガスノズルから高速高温ガスを吐出して当該ポリプロピレンを延伸してポリプロピレンナノファイバーを形成する工程、
工程(E’):工程(C’)で形成した前記ナノファイバー層の上に、工程(D’)で形成したポリプロピレンナノファイバーを付着させる工程を含む、積層体の製造方法。
[5]前記ナノファイバー形成工程に供されるポリプロピレンが添加剤を含まない、[1]~[4]のいずれかに記載の製造方法。
The inventors have found that a polypropylene with a specific melt flow rate (MFR) solves the above problems. Therefore, the above problems are solved by the present invention described below.
[1] Step (A): A step of discharging molten polypropylene from a discharge nozzle, and Step (B): A step of discharging high-speed high-temperature gas from a gas nozzle to stretch the molten polypropylene to form nanofibers.
A method for producing polypropylene nanofibers comprising:
The production method, wherein the polypropylene has a melt flow rate (230° C., load 21.18 N) of 300 to 3000 g/10 minutes.
[2] Step (A): a step of discharging molten polypropylene from a discharge nozzle;
Step (B): A step of drawing a high-speed, high-temperature gas from a gas nozzle to stretch the molten polypropylene to form nanofibers;
Step (C): A step of providing a polypropylene nanofiber layer by attaching the polypropylene nanofibers to a base material arranged at a position facing the discharge nozzle or the gas nozzle;
A method for manufacturing a laminate comprising
The melt flow rate of the polypropylene (230 ° C., load 21.18 N) is 300 to
3000 g/10 minutes, manufacturing method.
[3] Step (D): A step of ejecting a molten polymer from a second ejection nozzle and ejecting a high-speed high-temperature gas from a second gas nozzle to stretch the molten polymer to form second nanofibers;
Step (E): A step of attaching a second nanofiber onto the polypropylene nanofiber layer formed in step (C);
The method for producing a laminate according to [2], further comprising:
[4] Step (A'): a step of discharging a molten polymer other than polypropylene from a discharge nozzle;
Step (B′): A step of discharging high-speed, high-temperature gas from a gas nozzle to stretch the molten polymer to form nanofibers;
Step (C′): a step of attaching the nanofibers to a base material arranged at a position facing the discharge nozzle or the gas nozzle to form a nanofiber layer;
Step (D'): A step of ejecting the polypropylene according to claim 1 or 2 from the second ejection nozzle, ejecting high-speed high-temperature gas from the second gas nozzle, and stretching the polypropylene to form polypropylene nanofibers. ,
Step (E'): A method for producing a laminate, comprising a step of adhering the polypropylene nanofibers formed in step (D') onto the nanofiber layer formed in step (C').
[5] The production method according to any one of [1] to [4], wherein the polypropylene supplied to the nanofiber forming step does not contain additives.
本発明により、電界を用いず、高速高温ガスを用いてポリプロピレンナノファイバーを製造する方法を提供できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide a method for producing polypropylene nanofibers using a high-velocity high-temperature gas without using an electric field.
以下、本発明を詳細に説明する。本発明において「X~Y」は端値であるXおよびYを含む。 The present invention will be described in detail below. In the present invention, "X to Y" includes X and Y which are end values.
1.ポリプロピレンナノファイバーの製造方法
当該製造方法は、工程(A):吐出ノズルから溶融ポリプロピレンを吐出する工程、および工程(B):ガスノズルから高速高温ガスを吐出して前記溶融ポリプロピレンを延伸してナノファイバーを形成する工程を備える。吐出するガスの速度は特に限定されないが、4~30Nm3/分/mが好ましく、温度は250~350℃の範囲が好ましい。
1. Method for producing polypropylene nanofibers The production method includes step (A): a step of discharging molten polypropylene from a discharge nozzle, and step (B): discharging high-speed high-temperature gas from a gas nozzle to stretch the molten polypropylene to produce nanofibers. A step of forming is provided. The speed of the discharged gas is not particularly limited, but is preferably 4 to 30 Nm 3 /min/m, and the temperature is preferably in the range of 250 to 350°C.
(1)ポリプロピレン
本発明においてポリプロピレンとは、ポリプロピレン単独重合体、プロピレンと10mol%未満のα-オレフィンのポリプロピレン共重合体、当該単独重合体を含む組成物、または当該共重合体を含む組成物をいう。具体的には、i)ポリプロピレン単独重合体、ii)プロピレンとα-オレフィンとを重合して得た10mol%未満のα-オレフィン単位を含むポリプロピレン共重合体、i)を含む樹脂組成物、ii)を含む樹脂組成物、i)およびii)からなる樹脂組成物、i)およびii)を含む樹脂組成物等を例示できる。当該樹脂組成物は後述する添加剤を含んでもよい。
(1) Polypropylene In the present invention, polypropylene refers to a polypropylene homopolymer, a polypropylene copolymer of propylene and less than 10 mol% of an α-olefin, a composition containing the homopolymer, or a composition containing the copolymer. say. Specifically, i) a polypropylene homopolymer, ii) a polypropylene copolymer obtained by polymerizing propylene and an α-olefin and containing less than 10 mol % of α-olefin units, i) a resin composition containing ii) ), a resin composition comprising i) and ii), a resin composition comprising i) and ii), and the like. The resin composition may contain additives described below.
本発明で用いるポリプロピレンの230℃、荷重21.18Nで測定したメルトフローレート(以下単に「MFR」ともいう)は300~3000g/10分である。MFRが
下限値未満であると十分にナノレベルにまでポリマーを延伸できない。MFRが上限を超えると繊維切れ等が発生する。この観点から、MFRは500~3000g/10分であることが好ましく、1000~3000g/10分であることがより好ましい。
The melt flow rate of the polypropylene used in the present invention measured at 230° C. and a load of 21.18 N (hereinafter simply referred to as “MFR”) is 300 to 3000 g/10 minutes. If the MFR is less than the lower limit, the polymer cannot be sufficiently stretched to the nano level. If the MFR exceeds the upper limit, fiber breakage or the like occurs. From this point of view, the MFR is preferably 500 to 3000 g/10 minutes, more preferably 1000 to 3000 g/10 minutes.
本発明で用いるポリプロピレンは、キシレン不溶分の量が95重量%以上であることが好ましく、以下の特徴を備えることがより好ましい。
1)キシレン不溶分のDSC(示差走査熱量計測定)法により測定される融解ピーク温度(Tm)が150℃を超え、170℃未満である。
2)キシレン不溶分の分子量分布(Mw/Mn)が2.0~5.0である。
3)キシレン不溶分の立体規則性(mmmm)が95.0~99.5%である。
The polypropylene used in the present invention preferably has a xylene-insoluble content of 95% by weight or more, and more preferably has the following characteristics.
1) The melting peak temperature (Tm) of the xylene-insoluble matter measured by DSC (differential scanning calorimetry) is above 150°C and below 170°C.
2) The molecular weight distribution (Mw/Mn) of the xylene-insoluble matter is 2.0 to 5.0.
3) Stereoregularity (mmmm) of xylene-insoluble matter is 95.0 to 99.5%.
ポリプロピレンのキシレンに不溶な成分は、結晶性であるアイソタクチック成分に相当する。これに対してポリプロピレン中に少量含まれるキシレンに可溶な成分は、非結晶性のアタクチック成分に相当し、キシレンに不溶な成分に比較して分子量も低い。従って、ポリプロピレンの溶融特性や成形品の物性は、主にキシレンに不溶な成分に左右される。 The xylene-insoluble component of polypropylene corresponds to the isotactic component, which is crystalline. On the other hand, the xylene-soluble component contained in polypropylene in a small amount corresponds to an amorphous atactic component, and has a lower molecular weight than the xylene-insoluble component. Therefore, the melting properties of polypropylene and the physical properties of molded articles are mainly affected by components that are insoluble in xylene.
ポリプロピレンのキシレン不溶分の量が95重量%以上であるとは、ポリプロピレンの結晶性成分が95重量%以上であることを意味する。キシレン不溶分の量は、96重量%以上がより好ましく、97重量%以上がさらに好ましい。ポリプロピレンの結晶性成分が95重量%未満の場合は、繊維同士が誤着しやすく、紡糸が困難になる場合がある。 The amount of xylene-insoluble matter in polypropylene being 95% by weight or more means that the crystalline component of polypropylene is 95% by weight or more. The amount of xylene-insoluble matter is more preferably 96% by weight or more, and even more preferably 97% by weight or more. If the crystalline component of the polypropylene is less than 95% by weight, the fibers tend to adhere to each other incorrectly, making spinning difficult.
ポリプロピレンの結晶性成分のTmはDSC(示差走査熱量計測定)により融解ピーク温度として測定され、当該温度は150℃を超え、170℃未満であることが好ましい。Tmの下限は152℃以上が好ましく、154℃以上がより好ましい。Tmの上限は、165℃以下が好ましい。ポリプロピレンの結晶性成分のTmが150℃未満であると繊維の耐熱性が十分でなく、170℃を超えると、より高温で結晶化する結果、紡糸が困難になることがある。 The Tm of the crystalline component of the polypropylene is measured by DSC (Differential Scanning Calorimetry) as the melting peak temperature, preferably above 150°C and below 170°C. The lower limit of Tm is preferably 152°C or higher, more preferably 154°C or higher. The upper limit of Tm is preferably 165°C or less. When the Tm of the crystalline component of the polypropylene is less than 150°C, the heat resistance of the fiber is insufficient, and when it exceeds 170°C, crystallization at a higher temperature may result in difficulty in spinning.
ポリプロピレンの結晶性成分の分子量分布(Mw/Mn)は2.0~5.0であることが好ましい。Mw/Mnが5.0を超えると、バラス効果により、極細繊維を得ることが困難になることがある。また、ポリプロピレンの結晶性成分の立体規則性(mmmm)は95.0~99.5%であることが好ましい。mmmmが95.0%未満では、繊維の強度と耐熱性が低下することがある。 The molecular weight distribution (Mw/Mn) of the crystalline component of polypropylene is preferably 2.0 to 5.0. When Mw/Mn exceeds 5.0, it may become difficult to obtain ultrafine fibers due to the ballast effect. Moreover, the stereoregularity (mmmm) of the crystalline component of the polypropylene is preferably 95.0 to 99.5%. If mmmm is less than 95.0%, the strength and heat resistance of the fiber may deteriorate.
本発明で用いるポリプロピレンは、(a)マグネシウム、チタン、ハロゲンおよび内部電子供与体化合物を必須成分として含有する固体触媒成分、(b)有機アルミニウム化合物、および(c)外部電子供与体化合物を含む触媒を用いてモノマーを重合することにより得ることができる。これらの成分としては公知のものを使用できる。しかしながら、比較的高いMFRを達成する観点から、内部電子供与体化合物は1,3-ジエーテルであることが好ましい。あるいは、メタロセン触媒を用いて本発明で用いるポリプロピレンを製造してもよい。 The polypropylene used in the present invention is a catalyst comprising (a) a solid catalyst component containing magnesium, titanium, halogen and an internal electron donor compound as essential components, (b) an organoaluminum compound, and (c) an external electron donor compound. can be obtained by polymerizing a monomer using Known components can be used as these components. However, from the viewpoint of achieving a relatively high MFR, the internal electron donor compound is preferably a 1,3-diether. Alternatively, a metallocene catalyst may be used to produce the polypropylene used in the present invention.
本発明で用いるポリプロピレンは、油展剤、酸化防止剤、造核剤、充填剤、塩素吸収剤、耐熱安定剤、光安定剤、紫外線吸収剤、内部滑剤、外部滑剤、アンチブロッキング剤、帯電防止剤、防曇剤、難燃剤、有機および無機顔料、染料、分散剤、銅害防止剤、中和剤、可塑剤、発泡剤、気泡防止剤、架橋剤、過酸化物などの、オレフィン重合体に通常用いられる慣用の添加剤および顔料を含んでいてもよい。しかしながら紡糸することを考慮すると添加剤を含まないことがより好ましい。 The polypropylene used in the present invention includes oil extender, antioxidant, nucleating agent, filler, chlorine absorber, heat stabilizer, light stabilizer, ultraviolet absorber, internal lubricant, external lubricant, antiblocking agent, antistatic. olefin polymers, such as additives, antifog agents, flame retardants, organic and inorganic pigments, dyes, dispersants, copper inhibitors, neutralizers, plasticizers, blowing agents, antifoam agents, crosslinkers, peroxides, etc. may contain conventional additives and pigments commonly used in However, considering spinning, it is more preferable not to contain additives.
(2)工程(A)
図1を参照して本工程を説明する。図1中、20は溶融ポリプロピレン、22は吐出ノズル、10はガス、12はガスノズルである。本工程では吐出ノズル22から溶融ポリプロピレン20を吐出する。吐出する温度はポリプロピレンが溶融する温度であれば限定されないが、200~300℃であることが好ましい。ノズル径も特に限定されず、通常のメルトブローン等の紡糸に用いる市販のノズルを用いることができるが、1000μm以下が好ましく、250μm以下がより好ましく、100μm以下がさらに好ましい。ノズル径が大きすぎると細い繊維径が得られない。一方、ノズル径が小さすぎると、ノズルの工作が難しくなると共に、圧力損失が増大する。
(2) Step (A)
This step will be described with reference to FIG. In FIG. 1, 20 is molten polypropylene, 22 is a discharge nozzle, 10 is gas, and 12 is a gas nozzle. In this step, the
(3)工程(B)
本工程では、溶融ポリプロピレン20に対してガスノズル12から高速高温ガス10を吐出して溶融ポリプロピレン20を延伸しナノファイバーを形成する。ナノファイバーとは平均繊維径がナノオーダーである繊維であり、具体的には1000nm未満、好ましくは500nm以下、より好ましくは300nm以下の繊維である。平均繊維径は、繊維を電子顕微鏡等で観察することによって測定される。
(3) Step (B)
In this step, a high-speed high-
本工程では溶融ポリプロピレン20を過度に冷却しないことが好ましい。よって、ガス10は高温であり、例えば200~300℃程度である。ガス10の速度によって繊維径を適宜調整できる。従って所望の流速を達成できるようにガス10は高圧で吐出される。高圧ガスとしては、特に限定されないが、0.5~0.7MPaの圧縮ガスを用いることができる。このように溶融ポリプロピレン20はガス10の流れに乗り、ガス10の吐出方向にポリプロピレンナノファイバーが形成される。プロピレンナノファイバーの拡散を防ぐために、プロピレンナノファイバーの流線の周囲に飛散防止カバーを設けてもよい。ガスとしては、窒素等不活性ガス、あるいは空気等が好ましい。
It is preferable not to cool the
本発明のポリプロピレンナノファイバーは、後述する積層体の原料の他、薬剤のキャリア、細胞培地等の医療用用途や、断熱性織布の原料等として有用である。 The polypropylene nanofiber of the present invention is useful as a raw material for laminates to be described later, as well as for medical applications such as drug carriers and cell culture media, and as a raw material for heat-insulating woven fabrics.
2.積層体の製造方法
図2を参照して当該方法を説明する。図2中、24はポリプロピレンナノファイバー層、40は第2のナノファイバー、42は第2の吐出ノズル、30は第2の高速高温ガス、32は第2のガスノズル、50は基材である。本発明の積層体は、前記方法で製造されたポリプロピレンナノファイバーを、吐出ノズル22またはガスノズル12の対向する位置に設けた基材50に付着させる工程(C)を経て製造される。図2では基材50は紙面下方向に移動できるので、その速度によって層の厚みを調整できる。このようにして基材50上にポリプロピレンナノファイバー層24を有する積層体を製造できる。基材50の種類は限定されず、例えばポリマーシート、紙、ガラス、金属箔等を用いることができる。吐出ノズル22とガスノズル12は角度をつけて配置してある。図2ではガスノズル12と対向するように基材50が配置されているが、吐出ノズル22とガスノズル12の位置を入れ替えて、吐出ノズル22と対向するように基材50を配置してもよい。
2. Method for Manufacturing Laminate The method will be described with reference to FIG. In FIG. 2, 24 is a polypropylene nanofiber layer, 40 is a second nanofiber, 42 is a second discharge nozzle, 30 is a second high-speed high-temperature gas, 32 is a second gas nozzle, and 50 is a substrate. The laminate of the present invention is manufactured through the step (C) of attaching the polypropylene nanofibers manufactured by the above-described method to the
さらに、ポリプロピレンナノファイバー層24が形成された後、第2のポリマー40から第2のナノファイバーを形成し、ポリプロピレンナノファイバー層24に付着させて、第2のナノファイバー44層を形成することもできる。第2のナノファイバーは高温状態にあるのでポリプロピレンナノファイバー層24に熱融着する。すなわちポリプロピレンナノファイバー層24を接着層として利用できる。第2のナノファイバーは、第2の吐出ノズル42、第2のガスノズル32、を用いてポリプロピレンナノファイバーと同様に形成できる。第2のポリマーは公知のポリマーであってもよい。当該ポリマーとしては、ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ乳酸、エチレン系共重合体、ポリオレフィン変性樹脂、ポリウレタン(PU)など、あるいはこ
れらの組み合わせが挙げられる。ただしポリオレフィンがポリプロピレンである場合、当該ポリプロピレンは前記MFRが300~3000g/10分である。
Additionally, after the
また、同様の方法により、前記MFRが300~3000g/10分であるポリプロピレン(「特定MFRのポリプロピレン」ともいう)の代わりに、前記第2のポリマーを用いてナノファイバーによる接着層を形成し、その上に特定MFRのポリプロピレンを用いたナノファイバー層を形成することもできる。 Further, by the same method, instead of the polypropylene having an MFR of 300 to 3000 g/10 min (also referred to as "specific MFR polypropylene"), the second polymer is used to form an adhesive layer of nanofibers, A nanofiber layer using polypropylene with a specific MFR can also be formed thereon.
本発明の積層体は、フィルター、マスク等の分離材料、植物培土等として有用である。 The laminate of the present invention is useful as a filter, a separation material such as a mask, a plant culture soil, and the like.
以下に実施例を挙げて本発明についてさらに説明する。実施例における各分析は以下のとおりである。
[MFR]
JIS K 7210に準じ、に準拠し、温度230℃、荷重21.18Nの条件下で測定した。
The present invention will be further described with reference to examples below. Each analysis in the examples is as follows.
[MFR]
According to JIS K 7210, it was measured under conditions of a temperature of 230° C. and a load of 21.18 N.
[ポリプロピレン系樹脂材料のキシレン不溶分の量]
2.5gのポリマーを撹拌しながら135℃において250mlのキシレンに溶解させた。20分後溶液を撹拌しながら25℃に冷却し、次いで30分間静止させた。沈殿物を濾紙で濾過し、溶液を窒素流中で蒸発させ、残留物を一定の重量に達するまで真空下80℃において乾燥した。このようにして25℃におけるキシレンに可溶性のポリマーの重量%を計算した。キシレン不溶分の量(25℃におけるキシレンに不溶性のポリマーの重量%)は、(100-可溶性のポリマーの重量%)で求められ、ポリマーのアイソタクチック成分の量と考えられる。
キシレン不溶分は、沈殿物に残留したキシレンをメタノールで十分に洗い流した後、真空下80℃において乾燥させて採取した。
[Amount of xylene-insoluble matter in polypropylene resin material]
2.5 g of polymer were dissolved in 250 ml of xylene at 135° C. with stirring. After 20 minutes the solution was cooled to 25°C with stirring and then allowed to rest for 30 minutes. The precipitate was filtered through filter paper, the solution evaporated in a stream of nitrogen and the residue dried under vacuum at 80° C. until constant weight was reached. Thus the weight percent of polymer soluble in xylene at 25°C was calculated. The amount of xylene insolubles (weight percent of polymer insoluble in xylene at 25° C.) is determined by (100-weight percent of polymer soluble) and is considered the amount of the isotactic component of the polymer.
The xylene-insoluble matter was collected by thoroughly washing the xylene remaining in the precipitate with methanol and then drying it under vacuum at 80°C.
[キシレン不溶分の融点(Tm)]
上記の方法で得たキシレン不溶分の融点は、パーキンエルマー社製のダイヤモンドDSCを用い、サンプルを230℃で5分間保持した後、降温速度10℃/分で30℃まで冷却して結晶化し、30℃で5分間保持した後、昇温速度10℃/分で230℃まで加熱した際に得られる融解曲線のピーク位置により決定した。なお、低分子量ポリプロピレンの場合、メインの融解ピークの高温側に昇温中の融解再結晶化によって生じる結晶の融解によるサブの融解ピークが生じることがあるが、本発明で用いる融点は、メインの融解ピークの位置より求めた。
[Melting point (Tm) of xylene-insoluble matter]
The melting point of the xylene-insoluble matter obtained by the above method was determined by holding a sample at 230°C for 5 minutes using a diamond DSC manufactured by PerkinElmer, and then cooling to 30°C at a cooling rate of 10°C/min to crystallize. After holding at 30°C for 5 minutes, it was determined from the peak position of the melting curve obtained when heating to 230°C at a heating rate of 10°C/min. In the case of low-molecular weight polypropylene, a sub-melting peak may occur on the high temperature side of the main melting peak due to melting of crystals caused by melt-recrystallization during temperature rise, but the melting point used in the present invention is the main melting peak. It was determined from the position of the melting peak.
[キシレン不溶分の分子量分布(Mw/Mn)]
上記の方法で得たキシレン不溶分の分子量分布(Mw/Mn)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(ポリマーラボラトリーズ社製PL-GPC220)により測定した。本発明におけるGPC測定では、酸化防止剤を含む1,2,4-トリクロロベンゼンを移動相とし、重合体の試料溶液の溶媒としては移動相と同じものを使用し、1mg/mLの試料濃度で、150℃の温度で振とうさせながら2時間溶解して試料を調整した。これにより得た試料溶液の200μLをカラムに注入し、流速1.0mL/分、温度140℃、データ取り込み間隔1秒で測定した。
[Molecular weight distribution (Mw/Mn) of xylene-insoluble matter]
The molecular weight distribution (Mw/Mn) of the xylene-insoluble matter obtained by the above method was measured by gel permeation chromatography (PL-GPC220 manufactured by Polymer Laboratories). In the GPC measurement in the present invention, 1,2,4-trichlorobenzene containing an antioxidant is used as the mobile phase, the same solvent as the mobile phase is used for the polymer sample solution, and the sample concentration is 1 mg / mL. , 150° C. with shaking for 2 hours to prepare the sample. 200 μL of the sample solution thus obtained was injected into the column and measured at a flow rate of 1.0 mL/min, a temperature of 140° C., and a data acquisition interval of 1 second.
[キシレン不溶分のタクティシティー(mmmm)]
上記の方法で得たキシレン不溶分のmmmmを次のようにして求めた。まず1,2,4-トリクロロベンゼン/重水素化ベンゼンの混合溶媒に溶解したサンプルを、日本電子社製JNM LA-400(13C共鳴周波数 100MHz)を用いて13C-NMR法
で測定した。次いで得られたスペクトルから、プロピレンモノマーのメソ(m)結合シークエンスが4つ連続したペンタッドに相当するピークの強度の割合を、A.Zambelli,Macromolecules,6,925(1973)に記載された方法に従って求めた。
[Tacticity of xylene insolubles (mmmm)]
The mmmm of the xylene-insoluble matter obtained by the above method was determined as follows. First, a sample dissolved in a mixed solvent of 1,2,4-trichlorobenzene/deuterated benzene was measured by 13 C-NMR method using JNM LA-400 (13 C resonance frequency 100 MHz) manufactured by JEOL Ltd. Then, from the obtained spectrum, the intensity ratio of peaks corresponding to pentads in which four meso (m) bond sequences of the propylene monomer are consecutive is calculated as A. It was determined according to the method described in Zambelli, Macromolecules, 6, 925 (1973).
[平均繊維径]
日本電子社製JSM-6510LA(低真空分析走査電子顕微鏡装置)を用いて紡糸した繊維径の観察を行い、平均繊維径を測定する。
[Average fiber diameter]
The spun fiber diameter is observed using JSM-6510LA (low-vacuum analytical scanning electron microscope) manufactured by JEOL Ltd., and the average fiber diameter is measured.
[実施例1]
(1)ポリプロピレン1の製造
以下のようにして、パウダー状のホモポリプロピレン:ポリプロピレン1(MFR=1750g/10分、25℃でのキシレン不溶分の量=97.7重量%、キシレン不溶分のTm=160℃、キシレン不溶分のMw/Mn=4.5、キシレン不溶分のmmmm=98.4%)を製造した。
1)固体触媒成分の調製
欧州特許出願EP728769の実施例1に準じて、成分(A)(固体触媒成分)を調製した。具体的には以下のようにして成分(A)を調製した。
多孔性のバリヤーを備える500mlの反応器に0℃において225mlのTiCl4を導入した。内容物を撹拌しながら、微小球状のMgCl2・2.1C2H5OH 10.1(54ミリモル)gを15分間窒素雰囲気下で添加した。当該MgCl2・2.1C2H5OHの製造方法は後述する。添加の終了時に温度を70℃とし、9ミリモルの9,9-ビス(メトキシメチル)フルオレンを添加し、内容物を100℃に加熱し、この温度で2時間反応させた。その後、TiCl4を濾過して除去した。新たに200mlのTiCl4と9ミリモルの9,9-ビス(メトキシメチル)フルオレンを添加し、内容物を120℃で1時間反応させた。その後、再度濾過して新たに200mlのTiCl4を添加し、内容物を120℃でさらに1時間反応させた後、濾過して全ての塩素イオンが炉液に存在しなくなるまで60℃においてn-ヘプタンで洗浄した。固体成分を分析し、3.5重量%のTi、および16.2重量%の9,9-ビス(メトキシメチル)フルオレンを含有することを確認した。
[Example 1]
(1) Production of Polypropylene 1 Powdery homopolypropylene: Polypropylene 1 (MFR = 1750 g/10 min, amount of xylene insolubles at 25°C = 97.7% by weight, Tm of xylene insolubles = 160°C, xylene insolubles Mw/Mn = 4.5, xylene insolubles mmmm = 98.4%).
1) Preparation of Solid Catalyst Component Component (A) (solid catalyst component) was prepared according to Example 1 of European Patent Application EP728769. Specifically, component (A) was prepared as follows.
225 ml of TiCl 4 were introduced at 0° C. into a 500 ml reactor equipped with a porous barrier. While stirring the contents, 10.1 (54 mmol) g microspherical MgCl 2 .2.1C 2 H 5 OH was added for 15 minutes under nitrogen atmosphere. A method for producing the MgCl 2 .2.1C 2 H 5 OH will be described later. At the end of the addition the temperature was brought to 70° C., 9 mmoles of 9,9-bis(methoxymethyl)fluorene were added, the contents were heated to 100° C. and allowed to react at this temperature for 2 hours. TiCl 4 was then filtered off. Another 200 ml of TiCl 4 and 9 mmol of 9,9-bis(methoxymethyl)fluorene were added and the contents were allowed to react at 120° C. for 1 hour. Afterwards, it was filtered again, another 200 ml of TiCl 4 was added, the contents were allowed to react at 120° C. for a further hour, then filtered and an n− Washed with heptane. The solid component was analyzed and found to contain 3.5 wt% Ti and 16.2 wt% 9,9-bis(methoxymethyl)fluorene.
微小球状のMgCl2・2.1C2H5OH付加物は以下のようにして調製した。48gのMgCl2、77gの無水C2H5OH、および830mlのケロシンを、不活性ガス雰囲気下周囲温度において、タービン撹拌器および浸漬パイプを完備する2リットルのオートクレーブに導入した。内容物を撹拌しながら120℃に加熱すると、MgCl2およびアルコール間に付加物が形成された。当該付加物は融解し分散剤と混合していた。オートクレーブ内を15気圧の窒素圧に保持した。オートクレーブの浸漬パイプを加熱ジャケットにより外部から120℃に加熱した。加熱ジャケットの内径は1mmで、端から端までの長さは3mであった。混合物を7m/秒の速度でパイプ中を循環させた。分散液を撹拌しながら5リットルのフラスコに集めた。前記フラスコは2.5リットルのケロシンを含み、-40℃の初期温度に保持されているジャケットにより外部から冷却した。乳濁液の最終温度は0℃であった。乳濁液の分散相を構成する球状固体生成物を沈降および濾過により分離し、次いでヘプタンで洗浄して乾燥させた。前記の作業は全て不活性雰囲気中で実施した。最大直径が50μ以下の固体球状粒子の形で130gのMgCl2・3.0C2H5OHが得られた。次いで生成物から、アルコール含量が、MgCl2の1モル当たり2.1モルとなるまで窒素流中で50℃から100℃に徐々に温度を上昇させてアルコールを除去し Microspherical MgCl 2 .2.1C 2 H 5 OH adducts were prepared as follows. 48 g of MgCl 2 , 77 g of anhydrous C 2 H 5 OH and 830 ml of kerosene were introduced into a 2 liter autoclave equipped with a turbine stirrer and dip pipes at ambient temperature under inert gas atmosphere. The contents were heated to 120° C. with stirring, forming an adduct between MgCl 2 and the alcohol. The adduct was melted and mixed with the dispersant. The inside of the autoclave was maintained at a nitrogen pressure of 15 atmospheres. The immersion pipe of the autoclave was externally heated to 120° C. by means of a heating jacket. The heating jacket had an inner diameter of 1 mm and an end-to-end length of 3 m. The mixture was circulated through the pipe at a speed of 7 m/s. The dispersion was collected with stirring in a 5 liter flask. The flask contained 2.5 liters of kerosene and was externally cooled by a jacket maintained at an initial temperature of -40°C. The final temperature of the emulsion was 0°C. The spherical solid product, which constituted the dispersed phase of the emulsion, was separated by sedimentation and filtration, then washed with heptane and dried. All the above operations were carried out in an inert atmosphere. 130 g of MgCl 2 .3.0C 2 H 5 OH were obtained in the form of solid spherical particles with a maximum diameter of less than 50 microns. The product was then freed of alcohol by gradually increasing the temperature from 50°C to 100°C in a stream of nitrogen until the alcohol content was 2.1 moles per mole of MgCl2.
2)重合
予備接触容器内で、80mlの無水n-ヘキサン中、上記で得た固体触媒成分7mgに
、0.56ミリモルのジシクロペンチルメトキシシラン(DCPMS)および7ミリモルのトリエチルアルミニウム(TEAL)を、10℃において20分間接触させた。得られた触媒系を、馬蹄形撹拌器を具備し、1時間窒素流でパージした4リットルのステンレス鋼製オートクレーブに導入し、液体プロピレン中懸濁状態で20℃において10分間保持することによって予備重合を行った。続いて液体プロピレンに水素(MFR調整の目的で使用)を15000モルppmになるように供給し、得られた予備重合物を用いて重合温度70℃で内容物を重合した。その後未反応モノマーを除去し、ポリマーを回収し、窒素流下70℃のオーブン中で3時間乾燥させた。このようにしてポリプロピレン1を製造した。
2) Polymerization In a precontacting vessel, 0.56 mmol dicyclopentylmethoxysilane (DCPMS) and 7 mmol triethylaluminum (TEAL) were added to 7 mg of the solid catalyst component obtained above in 80 ml of anhydrous n-hexane. Contact was made for 20 minutes at 10°C. The resulting catalyst system was introduced into a 4 liter stainless steel autoclave equipped with a horseshoe stirrer and purged with a stream of nitrogen for 1 hour and prepolymerized by being suspended in liquid propylene at 20° C. for 10 minutes. did Subsequently, hydrogen (used for the purpose of MFR adjustment) was supplied to the liquid propylene so as to be 15000 mol ppm, and the content was polymerized at a polymerization temperature of 70°C using the obtained prepolymer. Unreacted monomer was then removed and the polymer was recovered and dried in an oven at 70° C. for 3 hours under a stream of nitrogen. Polypropylene 1 was thus produced.
(2)積層体の製造
図1に示す装置を用い、当該ポリプロピレンを250℃に加熱し、吐出ノズル22から溶融ポリプロピレン20を吐出する。ガスノズル12から250℃に加熱した加圧ガス10を吐出し、溶融ポリプロピレン20を延伸してポリプロピレンナノファイバーを形成する。当該ポリプロピレンナノファイバーを基材50に付着させて積層体を得る。ポリプロピレンナノファイバーの平均繊維径は500nmである。
(2) Production of Laminate The polypropylene is heated to 250° C. using the apparatus shown in FIG. A
[実施例2]
(1)ポリプロピレン2の製造
以下のようにしてパウダー状のホモポリプロピレン:ポリプロピレン2(MFR=1800g/10分、25℃でのキシレン不溶分の量=98.7重量%、キシレン不溶分のTm=154℃、キシレン不溶分のMw/Mn=2.5、キシレン不溶分のmmmm=96.7%)を製造した。
1)触媒成分の調製
PCT/EP2004/00761に記載の方法で触媒系を調製した。ただし、rac-ジメチルシリルビス(2-メチル-4,5-ベンゾインデニル)ジルコニウムジクロリドに代えて、US-2003/0149199に記載の方法で調製したrac-ジメチルシリレン(2-メチル-4-(4’-tert-ブチルフェニル)インデニル)(2-イソプロピル-4-(4’-tert-ブチルフェニル)インデニル)ジルコニウムジクロリドを用いた。
[Example 2]
(1) Production of Polypropylene 2 Powdery homopolypropylene: Polypropylene 2 (MFR = 1800 g/10 min, amount of xylene insolubles at 25°C = 98.7% by weight, Tm of xylene insolubles = 154° C., xylene insolubles Mw/Mn=2.5, xylene insolubles mmmm=96.7%).
1) Preparation of catalyst components A catalyst system was prepared by the method described in PCT/EP2004/00761. However, instead of rac-dimethylsilylbis(2-methyl-4,5-benzoindenyl)zirconium dichloride, rac-dimethylsilylene prepared by the method described in US-2003/0149199 (2-methyl-4-( 4′-tert-butylphenyl)indenyl)(2-isopropyl-4-(4′-tert-butylphenyl)indenyl)zirconium dichloride was used.
2)重合
前記のとおり調製した触媒泥の形態の触媒系を、予備接触容器内に供給し、その中で約5(kg/時)のプロパンで希釈した。触媒系を、予備接触容器から予備重合ループに供給し、ここに同時にプロピレンを供給した。予備重合ループ内での温度は45℃、触媒の滞留時間は8分間であった。予備重合ループ内で得られた予備重合触媒を、次にループ反応器中に連続的に供給し、プロピレンを供給すると共に、水素(MFR調整の目的で使用)を900モルppmとなるように供給し、重合温度70℃で重合を行った。ポリマーを反応器から取り出し、未反応のモノマーから分離し、窒素流下70℃のオーブン中で3時間乾燥させた。
2) Polymerization The catalyst system in the form of catalyst mud prepared as described above was fed into a precontacting vessel and diluted therein with about 5 (kg/h) of propane. The catalyst system was fed from the precontacting vessel to the prepolymerization loop, to which propylene was simultaneously fed. The temperature in the prepolymerization loop was 45° C. and the residence time of the catalyst was 8 minutes. The prepolymerized catalyst obtained in the prepolymerization loop is then continuously fed into the loop reactor to feed propylene and hydrogen (used for MFR adjustment purposes) to 900 mol ppm. Then, polymerization was carried out at a polymerization temperature of 70°C. The polymer was removed from the reactor, separated from unreacted monomer and dried in an oven at 70° C. for 3 hours under a stream of nitrogen.
(2)積層体の製造
ポリプロピレン2を用いる以外は実施例1と同様にしてポリプロピレンナノファイバーの積層体を得る。ポリプロピレンナノファイバーの平均繊維径は300nmである。
(2) Production of laminate A laminate of polypropylene nanofibers is obtained in the same manner as in Example 1 except that polypropylene 2 is used. The average fiber diameter of polypropylene nanofibers is 300 nm.
[比較例1]
ホモポリプロピレン1の代わりに、水素を4000モルppmになるように供給した以外はホモポリプロピレン1と同様にして得たパウダー状のホモポリプロピレン3(MFR=200g/10分、25℃でのキシレン不溶分の量=98.0重量%)を用いる以外は、実施例1と同様にして積層体を製造する。しかしながら、当該例ではポリプロピレンフ
ァイバーの平均繊維径は1500nmであり、ナノファイバーとならない。
[Comparative Example 1]
Powdered homopolypropylene 3 (MFR = 200 g/10 min, xylene-insoluble matter at 25°C A laminate is produced in the same manner as in Example 1, except that the amount of = 98.0% by weight) is used. However, in this example, the polypropylene fibers have an average fiber diameter of 1500 nm and do not become nanofibers.
[比較例2]
ホモポリプロピレン1の代わりに、DCPMSを使用しないで水素を23000モルppmになるように供給した以外はホモポリプロピレン1と同様にして得たパウダー状のホモポリプロピレン4(MFRは高すぎて測定不能)を用いる以外は、実施例1と同様にして積層体を製造する。しかしながら、当該例では繊維切れが発生しポリプロピレンファイバーが得られない。
[Comparative Example 2]
Instead of homopolypropylene 1, powdery homopolypropylene 4 (MFR too high to be measured) obtained in the same manner as homopolypropylene 1 except that hydrogen was supplied to 23000 mol ppm without using DCPMS. A laminate is produced in the same manner as in Example 1, except for the use. However, in this example, fiber breakage occurs and polypropylene fibers cannot be obtained.
10 ガス
12 ガスノズル
20 溶融ポリプロピレン
22吐出ノズル
24 ポリプロピレンナノファイバー層
30 第2のガス
32 第2のガスノズル
40 第2のナノファイバー
42 第2の吐出ノズル
44 第2のナノファイバー層
50 基材
10
Claims (5)
工程(B):ガスノズルから高速高温ガスを吐出して前記溶融ポリプロピレンを延伸してナノファイバーを形成する工程、
を備えるポリプロピレンナノファイバーの製造方法であって、
前記ポリプロピレンのメルトフローレート(230℃、荷重21.18N)が300~3000g/10分である、製造方法。 Step (A): A step of discharging molten polypropylene from a discharge nozzle, and Step (B): A step of discharging high-speed high-temperature gas from a gas nozzle to stretch the molten polypropylene to form nanofibers.
A method for producing polypropylene nanofibers comprising:
The production method, wherein the polypropylene has a melt flow rate (230° C., load 21.18 N) of 300 to 3000 g/10 minutes.
工程(B):ガスノズルから高速高温ガスを吐出して前記溶融ポリプロピレンを延伸してナノファイバーを形成する工程、
工程(C):前記吐出ノズルまたはガスノズルの対向する位置に配置した基材に、前記ポリプロピレンナノファイバーを付着させてポリプロピレンナノファイバー層を設ける工程、
を備える積層体の製造方法であって、
前記ポリプロピレンのメルトフローレート(230℃、荷重21.18N)が300~3000g/10分である、製造方法。 Step (A): a step of discharging molten polypropylene from a discharge nozzle;
Step (B): A step of drawing a high-speed, high-temperature gas from a gas nozzle to stretch the molten polypropylene to form nanofibers;
Step (C): A step of providing a polypropylene nanofiber layer by attaching the polypropylene nanofibers to a base material arranged at a position facing the discharge nozzle or the gas nozzle;
A method for manufacturing a laminate comprising
The production method, wherein the polypropylene has a melt flow rate (230° C., load 21.18 N) of 300 to 3000 g/10 minutes.
工程(E):前記工程(C)で形成したポリプロピレンナノファイバー層の上に第2のナノファイバーを付着させる工程、
をさらに含む、請求項2に記載の積層体の製造方法。 Step (D): A step of ejecting a molten polymer from a second ejection nozzle and ejecting a high-speed high-temperature gas from a second gas nozzle to stretch the molten polymer to form second nanofibers;
Step (E): A step of attaching a second nanofiber onto the polypropylene nanofiber layer formed in step (C);
The method for manufacturing a laminate according to claim 2, further comprising:
工程(B’):ガスノズルから高速高温ガスを吐出して、前記溶融ポリマーを延伸してナノファイバーを形成する工程、
工程(C’):前記吐出ノズルまたはガスノズルの対向する位置に配置した基材に、前記ナノファイバーを付着させてナノファイバー層を設ける工程、
工程(D’):第2の吐出ノズルから請求項1または2に記載のポリプロピレンを吐出し、第2のガスノズルから高速高温ガスを吐出して当該ポリプロピレンを延伸してポリプロピレンナノファイバーを形成する工程、
工程(E’):工程(C’)で形成した前記ナノファイバー層の上に、工程(D’)で形成したポリプロピレンナノファイバーを付着させる工程を含む、積層体の製造方法。 Step (A'): a step of discharging a molten polymer other than polypropylene from a discharge nozzle;
Step (B′): A step of discharging high-speed, high-temperature gas from a gas nozzle to stretch the molten polymer to form nanofibers;
Step (C′): a step of attaching the nanofibers to a base material arranged at a position facing the discharge nozzle or the gas nozzle to form a nanofiber layer;
Step (D'): A step of ejecting the polypropylene according to claim 1 or 2 from the second ejection nozzle, ejecting high-speed high-temperature gas from the second gas nozzle, and stretching the polypropylene to form polypropylene nanofibers. ,
Step (E'): A method for producing a laminate, comprising a step of adhering the polypropylene nanofibers formed in step (D') onto the nanofiber layer formed in step (C').
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