JP2023519179A - 高溶融強度ポリプロピレンおよびその調製方法 - Google Patents

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Abstract

a)非官能化ポリプロピレン、b)非官能化ポリプロピレンの重量を基準として、総量が0.1重量%~5重量%である、ジアクリル酸亜鉛、ジアクリル酸カルシウム、またはトリアクリル酸アルミニウム等の少なくとも1種のアクリル酸塩、およびc) 前記少なくとも1種のアクリル酸塩の総重量を基準として、総量が0.005重量%~5重量%である、少なくとも1種の酸中和剤を含む、高溶融強度樹脂組成物。当該樹脂組成物を185℃と260℃の間の加工温度で配合することで、高溶融強度ポリプロピレンが得られる。【選択図】図1

Description

関連出願の相互参照
本願は、2020年3月26日付けで出願された「高溶融強度ポリプロピレンおよびその方法」と題する米国仮特許出願第63/000,174号に基づく優先権を主張するものであり、同仮出願の内容全体が、あらゆる目的で参照により本明細書に援用される。
本発明は、全体として、高溶融強度ポリプロピレン、ならびに高溶融強度ポリプロピレンの調製方法に関するものである。
ポリプロピレンは、高弾性率、高抗張力、良好な耐熱性等の好ましい特性を固体の状態で有する、広く利用されているプラスチックである。しかしながら、ポリプロピレンは、その直鎖状の分子構造により、一般的に溶融強度が比較的低く、このため、その加工性に悪影響が生じている。低溶融強度により、発泡成形、シート押出熱成形、押出ブロー成形、押出コーティング等、ポリプロピレン樹脂の多数の用途が制限されている。
高溶融強度ポリプロピレンの製造に関する代替的なアプローチが、特許文献1および特許文献2に記載されている。
ポリプロピレンの溶融強度を向上させる一方法として、ポリマー構造に長鎖分岐を加えることが挙げられる。一方で、ポリマー構造内で結合した長鎖分岐によりポリマーが硬くなり過ぎて、ポリマーの熱可塑性が損なわれる場合がある。このため、他の望ましい特質を損なうことなく高溶融強度ポリプロピレン(HMS-PP)を製造する方法の開発は、大きな関心を集めると考えられる。
米国特許出願公開第2012/0220730号明細書 米国特許出願公開第2015/0031838号明細書
一般的に、ポリプロピレンは溶融粘度が低い。このため、発泡押出、シート押出、熱成形、ブロー成形、押出コーティング、フィルム形成等の成形操作の際の加工ウィンドウが制限され(狭くなり)、また、このようなプロセスによって成形される物品の特性が低下する。本発明は、酸化亜鉛等の酸中和剤の存在下、ジアクリル酸亜鉛等のアクリル酸塩をポリプロピレンと反応混合することにより、このような制限を克服する。
ジアクリル酸亜鉛等のアクリル酸塩とポリプロピレンとを含有する樹脂組成物を溶融押出する際、配合(加工)温度を185℃と260℃の間または220℃と240℃の間になるように制御した場合、予想外にも、結果として生じる配合ポリプロピレンの溶融強度が最大限に向上することが発見された。
さらに、驚くべきことに、ポリプロピレンをアクリル酸塩と配合(compounding)する際に酸中和剤(例えば、酸化亜鉛)を存在させると、押出ポリプロピレン中の未反応のアクリル酸の含有量が効果的に減少すると共に、配合されたポリプロピレンの溶融強度が(同じ加工条件下で酸中和剤を使用せずに配合した類似のポリプロピレン/アクリル酸塩組成物の溶融強度と比べて)向上することが発見された。本明細書中で使用する
溶融強度とは、実施例に記載の通り、調製したサンプルを170℃で5分間コンディショニングした後、170℃、歪み速度0.1s-1における伸長粘度として測定したものである。
本発明の一実施形態は、高溶融強度ポリプロピレンの調製に有用な樹脂組成物であって、a)非官能化ポリプロピレン、b)非官能化ポリプロピレンの重量を基準として、総量が0.1重量%~5重量%である、ジアクリル酸亜鉛、ジアクリル酸カルシウム、およびトリアクリル酸アルミニウムからなる群より選択される少なくとも1種のアクリル酸塩、およびc)前記少なくとも1種のアクリル酸塩の総重量を基準として、総量が0.005重量%~5重量%である、少なくとも1種の酸中和剤を含有する、樹脂組成物を提供するものである。
本発明の別の実施形態は、高溶融強度ポリプロピレンの製造方法であって、a)非官能化ポリプロピレン、b)非官能化ポリプロピレンの重量を基準として、総量が0.1重量%~5重量%である、ジアクリル酸亜鉛、ジアクリル酸カルシウム、およびトリアクリル酸アルミニウムからなる群より選択される少なくとも1種のアクリル酸塩、およびc)前記少なくとも1種のアクリル酸塩の総重量を基準として、総量が0.005重量%~5重量%である、少なくとも1種の酸中和剤とを含む樹脂組成物を、185℃と260℃の間の加工温度で配合する方法を提供するものである。
さらに別の実施形態では、本発明は、a)非官能化ポリプロピレン、b)非官能化ポリプロピレンの重量を基準として、量が0.1重量%~5重量%である、ジアクリル酸亜鉛、ジアクリル酸カルシウム、およびトリアクリル酸アルミニウムからなる群より選択される少なくとも1種のアクリル酸塩、およびc)前記少なくとも1種のアクリル酸塩の総重量を基準として、総量が0.005重量%~5重量%である、少なくとも1種の酸中和剤とを含む樹脂組成物を、185℃と260℃の間の加工温度で配合することによって得られる高溶融強度ポリプロピレンを提供するものである。
図1は、加工温度が伸長粘度に与える効果を示す図である。
発明の詳細な説明
本発明に係る樹脂組成物は、少なくとも以下の成分を含む:a)非官能化ポリプロピレン、b)非官能化ポリプロピレンの重量を基準として、総量が0.1重量%~5重量%である、ジアクリル酸亜鉛、ジアクリル酸カルシウム、およびトリアクリル酸アルミニウムからなる群より選択される少なくとも1種のアクリル酸塩、およびc)前記少なくとも1種のアクリル酸塩の総重量を基準として、総量が0.005重量%~5重量%である、少なくとも1種の酸中和剤。
(非官能化ポリプロピレン)
本発明の樹脂組成物に用いられるポリプロピレンは、非官能化ポリプロピレン、すなわち、カルボン酸官能基や無水物官能基等の官能基を担持または含有しないポリプロピレンである。しかしながら、樹脂組成物の配合の際に起こりうる化学反応および/またはグラフト反応の結果、得られる高溶融強度ポリプロピレンが、アクリル酸基および/またはアクリル酸塩基等の官能基である程度置換された重合体骨格を含む場合がある。これらのポリプロピレンは、当該技術分野で使用されている公知の重合方法を用いて調製すればよい。例えば、チーグラー・ナッタ触媒、メタロセン触媒、または遊離基開始反応を使用することで、好適なポリプロピレンを調製することができる。
好適な非官能化ポリプロピレンとして、ポリプロピレンホモポリマーおよびポリプロピ
レンコポリマー(プロピレンモノマーを1種または複数種のコモノマーと共重合させたもの。ただし、かかるコモノマーは、いかなる官能化コモノマーも含まない)の両方が挙げられる。好適なコモノマーとしては、例えば、エチレン、プロピレン、ブテン、ペンテン、ヘキセン、ヘプテン、オクテン、ノネン、デセン等のオレフィン系コモノマーが挙げられ、一般的にはα-オレフィンが挙げられる。
ある実施形態によれば、前記ポリプロピレンコポリマー中におけるこのようなコモノマーの総量は、プロピレンの量と比べて限られた量であり、例えば、前記ポリプロピレンコポリマーは、1種または複数種の非官能化コモノマーを、20重量%以下、15重量%以下、5重量%以下、2重量%以下、または1重量%以下の総量で含有し、残分がプロピレンであってもよい。
しかしながら、本発明の別の実施形態では、前記非官能化ポリプロピレンは、ポリプロピレンと少なくとも1種の他のポリマーとのアロイである。例えば、少なくとも1種の他のポリマーは、前記アロイの総重量を基準として、最大50重量%、最大40重量%、最大30重量%、最大20重量%、最大10重量%、または最大5重量%の量で前記アロイ中に存在させることができる(残分は、ポリプロピレンホモポリマーおよび/またはポリプロピレンコポリマー)。ポリプロピレンホモポリマーとポリプロピレンコポリマーのブレンドまたはアロイの使用も可能である。
好適なポリプロピレンとしては、プロピレンランダムコポリマー、プロピレンインパクトコポリマー、シンジオタクチックポリプロピレン、アイソタクチックポリプロピレン、およびアタクチック(非晶質)ポリプロピレンが挙げられる。
非官能化ポリプロピレンは、例えば、分子量分布(M/M)が、1.0~約50、約1.5~約15、または約2~約12であってもよい。
非官能化ポリプロピレンは、融点(T)(DSCにより測定)が、例えば、少なくとも約100℃、約115℃~約175℃、または約128℃~約173℃であってもよい。
非官能化ポリプロピレンは、例えば、キシレン可溶物質(XS)を、約15重量%以下、約12重量%以下、約10重量%以下、約6重量%以下、約5重量%以下、または約4重量%以下を含んでもよい(ASTM D5492-06により測定)。
非官能化ポリプロピレンは、密度(ASTM D1505-18により測定)が、例えば、約0.880g/cm~約0.925g/cmであってもよい。
非官能化ポリプロピレンは、例えば、メルトフローインデックス(MFI)が0.2g/10分~2000g/10分または1g/10分~50g/10分(2.16Kg、230℃)であってもよい。
樹脂組成物において、2種類以上の異なる非官能化ポリプロピレンの混合物またはブレンドを採用してもよい。
本発明のある実施形態によれば、樹脂組成物は、非官能化ポリプロピレン以外の種類のポリマーを全く含有しないか、あるいは限られた量だけ含有する。例えば、樹脂組成物は、非官能化ポリプロピレン以外の任意の種類のポリマーを、当該樹脂組成物の総重量を基準として、10重量%以下、5重量%以下、1重量%以下、または0重量%含有してもよい。
(アクリル酸塩)
本発明において有用なアクリル酸塩は、ジアクリル酸亜鉛、ジアクリル酸カルシウム、トリアクリル酸アルミニウム、およびこれらの組み合わせまたは混合物から選択してもよい。一般的には、ジアクリル酸亜鉛が好ましい。
このようなアクリル酸塩は、高溶融強度ポリプロピレンを製造するために使用される樹脂組成物中に、非官能化ポリプロピレンの重量を基準として、0.1重量%~5重量%の総量で存在する。ある実施形態によれば、樹脂組成物は、このようなアクリル酸塩(例えば、ジアクリル酸亜鉛)を1種または複数種、非官能化ポリプロピレンの重量を基準として、0.5重量%~3重量%含有している。アクリル酸塩は、マスターバッチとして樹脂組成物に添加してもよい。
(酸中和剤)
本発明の文脈において、「酸中和剤」という用語は、カルボン酸、特に、アクリル酸を中和することが可能なあらゆる物質を含む。すなわち、酸中和剤は、特に、樹脂組成物の配合の際に生じる温度および条件下で、カルボン酸を少なくとも部分的に脱プロトン化する。このような中和の結果、前記カルボン酸は、少なくとも部分的に、対応する塩へと変換され得る。例えば、酸化亜鉛は、アクリル酸と反応してジアクリル酸亜鉛を形成し得る(このような反応の副産物として水が生成される)。
酸中和剤の種類として、金属酸化物、金属水酸化物、アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ土類金属酸化物、アルカリ土類金属炭酸塩、アルカリ金属重炭酸塩、金属カルボン酸塩、アルカリ金属カルボン酸塩、アルカリ土類金属カルボン酸塩、およびこれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。多価金属(例えば、亜鉛、チタン)またはアルカリ土類金属(例えば、カルシウム、バリウム、マグネシウム)を含む化合物は、好適な酸中和剤である。好適な酸中和剤の具体例として、酸化亜鉛、水酸化亜鉛、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化マグネシウム、二酸化チタン、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、脂肪酸の亜鉛塩(例えば、ステアリン酸亜鉛)、脂肪酸のカルシウム塩(例えば、ステアリン酸カルシウム)、およびこれらの組合せが挙げられる。あるいは、前記少なくとも1種の酸中和剤は、酸化亜鉛を含む。
一般的には、本発明の樹脂組成物は、1種または複数種の酸中和剤を、前記少なくとも1種のアクリル酸塩の総重量を基準として、0.005重量%~5重量%の総量で含む。例えば、樹脂組成物は、1種または複数種の酸化亜鉛(ZnO)等の酸中和剤を、前記少なくとも1種のアクリル酸塩の総重量を基準として、合計で1重量%~3重量%含んでもよい。酸中和剤は、樹脂組成物に個別に添加してもよいし、アクリル酸塩成分の非中和部分として組み込んでもよいし、あるいは、マスターバッチとして添加してもよい。
アクリル酸塩および酸中和剤のいずれか一方または両方を、マスターバッチの形態で提供してもよい。マスターバッチに好適な担体樹脂はポリオレフィン樹脂であり、ポリオレフィン樹脂は、ポリプロピレン、ポリエチレン、これらの混合物、およびこれらのコポリマーから選択してもよい。その後、マスターバッチをポリプロピレン樹脂と組み合わせることにより、高強度ポリプロピレン樹脂組成物を調製してもよい。マスターバッチは、アクリル酸塩および/または酸中和剤を、190℃以下の温度で担体樹脂と配合させることによって調製される。マスターバッチは、アクリル酸塩を40重量%~70重量%含有してもよい。マスターバッチがアクリル酸塩と酸中和剤の両方を含む場合、マスターバッチは、前記少なくとも1種のアクリル酸塩の総重量を基準として、酸中和剤を0.005重量%~5重量%含有してもよい。例えば、酸中和剤とアクリル酸塩の両方を含むマスター
バッチは、1種または複数種の酸化亜鉛(ZnO)等の酸中和剤を、前記少なくとも1種のアクリル酸塩の総重量を基準として、合計で1重量%~3重量%含有してもよい。マスターバッチが酸中和剤のみを含む場合、マスターバッチは、酸中和剤を1重量%~25重量%含有してもよい。
本明細書中で使用される「マスターバッチ」という用語は、添加剤が5重量%~90重量%、あるいは20重量%~80重量%、あるいは40重量%~70重量%の濃度で存在する樹脂組成物を意味する。本開示において、ポリオレフィン担体は、アクリル酸塩および酸中和剤のいずれか一方または両方を含み、これらの添加剤のマスターバッチとして使用し得る。マスターバッチは、嵩の大きな樹脂に添加剤を正確に配分するために使用される。
(その他の添加剤)
アクリル酸塩および酸中和剤以外の1種または複数種のさらなる添加剤を、少なくとも1種のポリプロピレンを含む樹脂組成物に含有させることができ、このような添加剤としては、抗酸化剤、酸中和剤以外の充填剤、酸中和剤以外の着色剤、酸中和剤以外の難燃剤、酸中和剤以外の発泡剤、清澄剤、傷防止用添加剤、防塵用添加剤、成核剤、および安定剤、ならびにこれらの組み合わせが挙げられる。このような添加剤が樹脂組成物中に存在する場合、これらの添加剤は、典型的には、当該樹脂組成物の重量を基準として、5重量%以下の量で存在する。
非官能化ポリプロピレンの溶融強度の向上は、酸中和剤の存在下でポリマー溶融物中にアクリル酸塩(ジアクリル酸亜鉛、ジアクリル酸カルシウム、および/またはトリアクリル酸アルミニウム)を分散させ、ポリマー溶融物中で前記アクリル酸塩のアクリル酸塩部分を前記非官能化ポリプロピレンと反応させてグラフト化し、続いて、溶融押出後変換工程において、亜鉛イオン、カルシウムイオン、および/またはアルミニウムイオンを会合させて、シート、発泡体、フィルム、および成形または成型部品を製造することにより達成される。ポリプロピレン、アクリル酸塩、および酸中和剤を含むか、実質的にこれらからなるか、またはこれらからなる樹脂組成物の配合は、有効な加工温度で樹脂組成物を均質に(intimately)混和することが可能な任意の好適な装置、以下にさらに詳細に説明するように、単軸または二軸押出機、バンバリーミキサー、またはロールミル等を使用して行ってもよい。
反応押出成形等の反応混合を使用して樹脂組成物の成分を組み合わせ、高溶融強度ポリプロピレンを形成することが可能である。高溶融強度ポリプロピレンの成形は、典型的には一回の反応押出を伴うが、初回の押出で得られた組成物を、1回または複数回のさらなる押出に供することも可能である。このようなプロセスは、二軸押出機等、どのような種類の押出機を用いても実施可能である。押出機としては、ペレットを押出す装置や、シートまたはその他あらゆる公知の種類の押出品を製造する押出機を使用することができる。
前記配合は、ポリプロピレンの融点よりも高い加工温度、特に、185℃と260℃の間(かかる範囲の両端の数値も含む)の加工温度で行われる。前記加工温度の範囲内、特に、220℃と240℃の間または225℃と235℃の間(両端の数値も含む)の加工温度の範囲内で操作することにより、ポリプロピレンの溶融強度を高め得ることが発見された。特に、樹脂組成物を約230℃の加工温度で配合することで、これにより得られるポリプロピレンの溶融強度が最大となることがわかった。換言すれば、配合の際の加工温度を約230℃よりも高くすると、溶融強度が低下してしまう。
しかしながら、本発明に係る高溶融強度ポリプロピレンは、本発明の範囲内に多数の実施形態が存在し得るため、機械的特性およびその他の特性が多種多様となり得る。一般的
には、本発明に従って樹脂組成物から製造された高溶融強度ポリプロピレンは、例えば、トルク、動的レオロジー、および伸長粘度の増加が示すように、出発原料である樹脂組成物の一成分として採用された非官能化ポリプロピレン自体と比べて、溶融強度が高められている。例えば、これら高溶融強度ポリプロピレンの170℃で0.1s-1の歪み速度で測定した伸長粘度は、出発原料である樹脂組成物の一成分として採用された非官能化ポリプロピレンの170℃で0.1s-1の歪み速度で測定した伸長粘度よりも、少なくとも25%、少なくとも50%、少なくとも100%、少なくとも150%、少なくとも200%、少なくとも300%、少なくとも400%、少なくとも500%、少なくとも600%、少なくとも700%、少なくとも800%、少なくとも900%、少なくとも1000%、または少なくとも1500%高くなり得る。溶融強度が高められたポリプロピレンの伸長粘度の増加は、25%~2000%、25%~1500%、50%~1500%、100%~1250%、200%~1250%、300%~1000%、100%~900%、または150%~1000%の範囲となり得る。さらに、加工されて高溶融強度ポリプロピレンとなる樹脂組成物に酸中和剤を含有させると、当該高溶融強度ポリプロピレンは、酸中和剤の非存在下、同条件での加工により得られる同等のポリプロピレン化合物と比べて、遊離アクリル酸の含有量が減少する。樹脂組成物に酸中和剤を含有させることで、溶融強度の増加という、さらに望ましい効果が得られる。
本発明の高溶融強度ポリプロピレンは、単独での使用、または、ポリプロピレンホモポリマー、インパクトコポリマー等の他のポリマー樹脂と混合して用いるマスターバッチとしての使用が可能である。
本発明に従って製造された高溶融強度ポリプロピレンは、線状ポリプロピレンのあらゆる既知の用途を含む多数の用途に好適に使用することができる。例えば、本発明の高溶融強度ポリプロピレンは、発泡、シート押出熱成形、押出ブロー成形、押出コーティング、繊維、フィルム、および同様の用途に好適に使用することができる。
一実施形態において、本発明は、高溶融強度ポリプロピレンを製造する方法であって、非官能化ポリプロピレン;ジアクリル酸亜鉛、ジアクリル酸カルシウム、およびトリアクリル酸アルミニウムからなる群より選択されるアクリル酸塩;ならびに酸中和剤の組み合わせを反応混合することと、溶融強度が(出発原料である非官能化ポリプロピレンと比べて)高められたポリプロピレン生成物を回収することを含む方法である。
ある実施形態では、本発明に係る高溶融強度ポリプロピレンを、発泡押出、シート押出、フィルム押出、熱成形(シート押出熱成形を含む)、ブロー成形(押出ブロー成形、射出ブロー成形、および射出延伸ブロー成形を含む)、押出コーティング等のプラスチック成形プロセスに供することによって、物品を得ることができる。高溶融強度ポリプロピレンは、例えば、包装、事務用品、構造用支持材、積層組成物、高分子発泡体基材、装飾面、屋外用家具、店頭用のサインおよびディスプレイ、家庭用品および消費者向け商品、建物用断熱材、化粧品用の包装、屋外用交換材料、蓋および食品/飲料容器、家庭用電化製品、調理器具、電子部品、自動車部品、囲壁、医療用品、玩具、配管等の最終用途物品へと成形することができる。
本発明の例示的、非限定的な態様は、以下のように要約し得る。
態様1:高溶融強度ポリプロピレンに使用するための樹脂組成物であって、a)非官能化ポリプロピレン、b)非官能化ポリプロピレンの重量を基準として、総量が0.1重量%~5重量%である、ジアクリル酸亜鉛、ジアクリル酸カルシウム、およびトリアクリル酸アルミニウムの少なくとも1種、およびc)前記少なくとも一つのアクリル酸塩の総重量を基準として、総量が0.005重量%~5重量%である、少なくとも1種の酸中和剤を含む、実質的にこれらからなる、またはこれらからなる樹脂組成物。
態様2:前記酸中和剤が、金属酸化物、金属水酸化物、アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ土類金属酸化物、アルカリ土類金属炭酸塩、アルカリ金属重炭酸塩、金属カルボン酸塩、アルカリ金属カルボン酸塩、アルカリ土類金属カルボン酸塩、またはこれらの組み合わせの少なくとも1種を含む、態様1の樹脂組成物。
態様3:前記酸中和剤が、酸化亜鉛、水酸化亜鉛、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化マグネシウム、二酸化チタン、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、脂肪酸の亜鉛塩、脂肪酸のカルシウム塩、またはこれらの組合せの少なくとも1種を含む、態様1または2の樹脂組成物。
態様4:前記少なくとも1種の酸中和剤が酸化亜鉛を含む、態様1~3のいずれかの樹脂組成物。
態様5:ジアクリル酸亜鉛を含む、態様1~4のいずれかの樹脂組成物。
態様6:前記樹脂組成物が有機過酸化物を含まない、態様1~5のいずれかの樹脂組成物。
態様7:前記非官能化ポリプロピレンが、0.2g/10分~2000g/10分(2.16Kg、230℃)のメルトフローインデックス(MFI)を有する、態様1~6のいずれかの樹脂組成物。
態様8:前記非官能化ポリプロピレンが、ポリプロピレンホモポリマー、ポリプロピレンコポリマー、またはポリプロピレンと少なくとも1種の追加のポリマーとのアロイの少なくとも1種である、態様1~7のいずれかの樹脂組成物。
態様9:前記非官能化ポリプロピレンが、少なくとも1種のチーグラー・ナッタ触媒を用いて調製される、態様1~8のいずれかの樹脂組成物。
態様10:前記非官能化ポリプロピレンが、少なくとも1種のメタロセン触媒を用いて調製される、態様1~8のいずれかの樹脂組成物。
態様11:前記非官能化ポリプロピレンが、遊離基開始反応を用いて調製される、態様1~8のいずれかに記載の樹脂組成物。
態様12:ジアクリル酸亜鉛、ジアクリル酸カルシウム、またはトリアクリル酸アルミニウムの少なくとも1種を合計で0.5重量%~3重量%含有する、態様1~11のいずれかの樹脂組成物。
態様13:抗酸化剤、酸中和剤以外の充填剤、酸中和剤以外の着色剤、酸中和剤以外の難燃剤、酸中和剤以外の発泡剤、清澄剤、傷防止用添加剤、防塵用添加剤、成核剤、および安定剤からなる群より選択される1種または複数種の添加剤をさらに含む、態様1~12のいずれかの樹脂組成物。
態様14:高溶融強度ポリプロピレンの製造方法であって、a)非官能化ポリプロピレン、b)非官能化ポリプロピレンの重量を基準として、総量が0.1重量%~5重量%である、ジアクリル酸亜鉛、ジアクリル酸カルシウム、またはトリアクリル酸アルミニウムの少なくとも1種、およびc)前記少なくとも1種のアクリル酸塩の総重量を基準として、総量が0.005重量%~5重量%である、少なくとも1種の酸中和剤を含むか、実質的にこれらからなるか、またはこれらからなる樹脂組成物を、185℃と260℃の間の加工温度で配合する工程を含む方法。
態様15:前記加工温度が220℃と240℃の間である、態様14の方法。
態様16:前記加工温度が約230℃である、態様14または15の方法。
態様17:前記配合が、単軸もしくは二軸押出機、バンバリーミキサー、またはロールミルを用いて行われる、態様14~16のいずれかの方法。
態様18:前記樹脂組成物が溶融押出しされる、態様14~17のいずれかの方法。
態様19:前記配合の結果、ジアクリル酸亜鉛、ジアクリル酸カルシウム、またはトリアクリル酸アルミニウムの少なくとも1種由来のアクリル酸塩部分が、非官能化ポリプロピレンにグラフト化される、態様14~18のいずれかの方法。
態様20:前記酸中和剤が、金属酸化物、金属水酸化物、アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ土類金属酸化物、アルカリ土類金属炭酸塩、アルカリ金属重炭
酸塩、金属カルボン酸塩、アルカリ金属カルボン酸塩、アルカリ土類金属カルボン酸塩、またはこれらの組み合わせの少なくとも1種を含む、態様14~19のいずれかの方法。
態様21:前記酸中和剤が、酸化亜鉛、水酸化亜鉛、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化マグネシウム、二酸化チタン、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、脂肪酸の亜鉛塩、脂肪酸のカルシウム塩、またはこれらの組合せの少なくとも1種を含む、態様14~20のいずれかの方法。
態様22:前記少なくとも1種の酸中和剤が酸化亜鉛を含む、態様14~21のいずれかの方法。
態様23:ジアクリル酸亜鉛を含む、態様14~22のいずれかの方法。
態様24:前記樹脂組成物が有機過酸化物を含まない、態様14~23のいずれかの方法。
態様25:前記非官能化ポリプロピレンが、0.2g/10分~2000g/10分(2.16Kg、230℃)のメルトフローインデックス(MFI)を有する、態様14~24のいずれかの方法。
態様26:前記非官能化ポリプロピレンが、ポリプロピレンホモポリマー、ポリプロピレンコポリマー、またはポリプロピレンと少なくとも1種の追加のポリマーとのアロイの少なくとも1種である、態様14~25のいずれかの方法。
態様27:前記樹脂組成物が、ジアクリル酸亜鉛、ジアクリル酸カルシウム、またはトリアクリル酸アルミニウムの少なくとも1種を、非官能化ポリプロピレンの重量を基準として合計で0.5重量%~3重量%含有する、態様14~26のいずれかの方法。
態様28:前記樹脂組成物が、抗酸化剤、酸中和剤以外の充填剤、酸中和剤以外の着色剤、酸中和剤以外の難燃剤、酸中和剤以外の発泡剤、清澄剤、傷防止用添加剤、防塵用添加剤、成核剤、および安定剤の少なくとも1種をさらに含む、態様14~27のいずれかの方法。
態様29:前記アクリル酸塩および前記酸中和剤の少なくとも一方が、マスターバッチ用の担体樹脂としてポリオレフィンを含むマスターバッチの形態である、態様14~26のいずれかの方法。
態様30:a)非官能化ポリプロピレン、b)非官能化ポリプロピレンの重量を基準として、総量が0.1重量%~5重量%である、ジアクリル酸亜鉛、ジアクリル酸カルシウム、またはトリアクリル酸アルミニウムの少なくとも1種、およびc)前記少なくとも1種のアクリル酸塩の総重量を基準として、総量が0.005重量%~5重量%である、少なくとも1種の酸中和剤を含むか、実質的にこれらからなるか、またはこれらからなる樹脂組成物を、185℃と260℃の間の加工温度で配合することによって得られる高溶融強度ポリプロピレン。
態様31:前記加工温度が220℃と240℃の間である、態様30の高溶融強度ポリプロピレン。
態様32:前記加工温度が約230℃である、態様30または31の高溶融強度ポリプロピレン。
態様33:前記酸中和剤が、金属酸化物、金属水酸化物、アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ土類金属酸化物、アルカリ土類金属炭酸塩、アルカリ金属重炭酸塩、金属カルボン酸塩、アルカリ金属カルボン酸塩、アルカリ土類金属カルボン酸塩、またはこれらの組み合わせの少なくとも1種を含む、態様30~32のいずれかの高溶融強度ポリプロピレン。
態様34:前記少なくとも1種の酸中和剤が、酸化亜鉛、水酸化亜鉛、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化マグネシウム、二酸化チタン、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、脂肪酸の亜鉛塩、脂肪酸のカルシウム塩、またはこれらの組合せの少なくとも1種を含む、態様30~33のいずれかの高溶融強度ポリプロピレン。
態様35:前記少なくとも1種の酸中和剤が酸化亜鉛を含む、態様30~34のいずれ
かの高溶融強度ポリプロピレン。
態様36:ジアクリル酸亜鉛を含む、態様30~35のいずれかの高溶融強度ポリプロピレン。
態様37:前記樹脂組成物が有機過酸化物を含まない、態様30~36のいずれかの高溶融強度ポリプロピレン。
態様38:前記非官能化ポリプロピレンが、0.2g/10分~2000g/10分(2.16Kg、230℃)のメルトフローインデックス(MFI)を有する、態様30~37のいずれかの高溶融強度ポリプロピレン。
態様39:前記非官能化ポリプロピレンが、ポリプロピレンホモポリマー、ポリプロピレンコポリマー、またはポリプロピレンと少なくとも1種の追加のポリマーとのアロイの少なくとも1種である、態様30~38のいずれかの高溶融強度ポリプロピレン。
態様40:前記樹脂組成物がジアクリル酸亜鉛を0.5重量%~3重量%含有する、態様30~39のいずれかの高溶融強度ポリプロピレン。
態様41:抗酸化剤、酸中和剤以外の充填剤、酸中和剤以外の着色剤、酸中和剤以外の難燃剤、酸中和剤以外の発泡剤、清澄剤、傷防止用添加剤、防塵用添加剤、成核剤、若しくは安定剤の少なくとも1種をさらに含む、態様30~40のいずれかの高溶融強度ポリプロピレン。
態様42:170℃で0.1s-1の歪み速度で測定した伸長粘度が、少なくとも1,000,000Pa・sである、態様30~41のいずれかの高溶融強度ポリプロピレン。
態様43:170℃で0.1s-1の歪み速度で測定した伸長粘度が、少なくとも500,000Pa・sである、態様30~41のいずれかの高溶融強度ポリプロピレン。
態様44:170℃で0.1s-1の歪み速度で測定した伸長粘度が、非官能化ポリプロピレンの伸長粘度と比べて少なくとも25%高い、態様30~41のいずれかの高溶融強度ポリプロピレン。
態様45:170℃で0.1s-1の歪み速度で測定した伸長粘度が、非官能化ポリプロピレンの伸長粘度と比べて25%から2000%高い、態様30~41のいずれかの高溶融強度ポリプロピレン。
態様46:前記配合が、単軸もしくは二軸押出機、バンバリーミキサー、またはロールミルを用いて行われる、態様30~45のいずれかの高溶融強度ポリプロピレン。
態様47:前記樹脂組成物が溶融押出しされる、態様30~46のいずれかの高溶融強度ポリプロピレン。
態様48:ジアクリル酸亜鉛、ジアクリル酸カルシウム、またはトリアクリル酸アルミニウムの少なくとも1種由来のアクリル酸塩部分が非官能化ポリプロピレンにグラフト化されてアクリル酸塩官能化ポリプロピレン鎖が提供され、当該アクリル酸塩官能化ポリプロピレン鎖上のグラフト化アクリル酸塩基が、多価金属またはアルカリ土類金属塩の形態で存在する、態様30~47のいずれかの高溶融強度ポリプロピレン。
態様49:ジアクリル酸亜鉛、ジアクリル酸カルシウム、もしくはトリアクリル酸アルミニウムの少なくとも1種;または前記酸中和剤が、マスターバッチ用の担体樹脂としてポリオレフィンを含むマスターバッチの形態である、態様30~48のいずれかに記載の高溶融強度ポリプロピレン。
態様50:態様30~46のいずれかの高溶融強度ポリプロピレンを含むか、実質的にこれらからなるか、またはこれらからなるポリマー物品。
態様51:前記ポリマー物品が、発泡物品、シート押出品、熱成形品、ブロー成形品、回転成形品、押出コーティング品、注型品、射出成形品、プレス品、繊維、またはフィルムである、態様50のポリマー物品。
本明細書中では明確かつ簡潔な明細書を書くことができるような方法で実施形態を説明してきたが、実施形態は、本発明から逸脱しない範囲で、種々の組み合わせまたは分割した形態とし得ることが意図されており、また理解されるであろう。例えば、本明細書中に
記載の好ましい特徴はいずれも、本明細書中に記載した全ての態様に適用可能であることが理解されるであろう。
一部の実施形態では、本明細書中に記載の発明は、本発明の基本的かつ新規な特徴に実質的な影響を及ぼさない構成要素または方法工程が除外されていると解釈することができる。また、一部の実施形態では、本発明は、本明細書に規定されていない構成要素または方法工程が除外されていると解釈することができる。
本明細書中では本発明の好ましい実施形態を示して説明してきたが、かかる実施形態は、単に例示目的で示したものであることが理解されるであろう。当業者であれば、本発明の趣旨から逸脱することなく、多数の変形例、改変、および置き換えに想到するであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の趣旨および範囲内にあるこのような変形例を全て包含することを意図している。
以下に記載の全ての実施例において、溶融強度は伸長粘度として測定した。伸長粘度の測定は、下記のように行った。
サンプルを、ペレットの状態から圧縮成形して2mmのフィルムとした。ペレットは、頂部プラテンおよび底部プラテンの両方に接触させた状態で金型を静止させることにより、210℃で5分間溶融させた。次に、20,000ポンド(lbs)の圧力を2分間かけた。サンプルを取り出し、圧力10,000ポンドの23℃のプレス機に入れて冷却させた。その後、サンプルを金型から取り出し、23℃、湿度50%の条件下で24時間コンディショニングした後、伸長粘度を測定した。
4mm×12mmの大きさのサンプル片を切断し、圧縮成形された2mmフィルムとした。これらをそれぞれ、SER3万能試験プラットフォームアタッチメントを装着したTA Instruments社製のDHR-2に載置した。サンプルは、170℃の温度ソークを180秒間行った後、170℃で0.1s-1の伸長速度を適用して最終歪みを4.0とした。下記実施例においては、この方法により測定したピーク伸長粘度を、伸長粘度値として報告している。伸長粘度を測定するための方法および装置(Sentmanat Extension Rheometer)は、米国特許第6,578,413号および第6,691,569号にも記載されており、これら両特許の内容は、あらゆる目的のため、参照により本明細書に援用される。
(実施例1:加工温度が伸長粘度に与える効果)
2.8MFIのポリプロピレンホモポリマー(PP)を、20mm Brabender二軸押出機内で、ジアクリル酸亜鉛および酸化亜鉛と配合した。サンプルは、酸化防止剤として、組成物の総重量の0.1重量%のIrganox(登録商標)1010(BASF社製)をさらに含有していた。当該押出機のバレル温度プロファイルは、配合(すなわち、加工)溶融温度が185℃と260℃の間の範囲となるように制御された。ペレット状材料のシート状試験片は、上述のように、圧縮成形によって準備した。シート状試料片の伸長粘度は、上述の通り、170℃で0.1s-1の歪み速度で測定した。その結果、予想外にも、伸長粘度の大きさが加工温度230℃で局所的に最大となること、ならびに、伸長粘度の加工温度依存性が単調ではないことが観察された。
また、加工温度200℃、230℃、および260℃における伸長粘度の最大値は、それぞれ、344,000Pa・s、1,536,000Pa・s、および676,000Pa・sであった。また、コントロールの樹脂組成物(ジアクリル酸亜鉛および酸化亜鉛を含まない)の場合、加工温度200℃、230℃、および260℃における伸長粘度の
最大値は、それぞれ、83000Pa・s、67000Pa・s、および41000Pa・sであった。このデータを図1にプロットしているが、図1より、230℃で伸長粘度が最大となると共に、ジアクリル酸亜鉛の効果により、ジアクリル酸亜鉛を使用せずに製造したサンプルと比べて、伸長粘度が向上していることがわかる。さらに、コントロール(前記ポリプロピレンにジアクリル酸亜鉛/酸化亜鉛を添加していないもの)およびポリプロピレンにジアクリル酸亜鉛および酸化亜鉛を添加したサンプルについて、示差走査熱量測定(DSC)を行った。表1に、DSCスキャンにより測定した熱特性を示す。
Figure 2023519179000002
(実施例2:酸化亜鉛のポリプロピレンへの添加による効果)
ジアクリル酸亜鉛および酸化亜鉛を、230℃の配合温度を用いて、上述の通り、2.8MFIのポリプロピレンホモポリマーと配合した。サンプルは、酸化防止剤として、組成物の総重量を基準として0.1重量%のIrganox(登録商標)1010(BASF社製)をさらに含有していた。これにより、遊離アクリル酸量が35%減少し、伸長粘度が77%増加、すなわち、2,719,000Pa・sとなった配合ポリプロピレンが得られたが、このことは、ポリプロピレンとアクリル酸塩の反応混合時に酸中和剤が存在すると、溶融強度がさらに向上することを実証している。
(実施例3:酸化亜鉛の量が伸長粘度に与える効果)
長さ対直径40対1の20mm Brabender二軸押出機上で、サンプルの配合およびペレット化を完了させた。サンプルは、酸化防止剤として、0.1重量%のIrganox(登録商標)1010(BASF社製)をさらに含有していた。スクリュープロファイルは、長さ60mmの3つのセクションのミキシングブロックを有する送りエレメントで構成されていた。これらのミキシングブロックは、スクリュー上の供給口から150mm、320mm、および540mmの箇所をそれぞれ開始位置としていた。
冷却された供給口から開始し、下記の表に示す、フラットな温度プロファイルを使用した。バレル温度を下記に示している。温度ゾーンの大部分を占める設定値、すなわち230℃が、加工温度として報告された。
Figure 2023519179000003
製造したサンプルを、下記の表に示す。2.8MFIのポリプロピレンホモポリマーでは、酸化亜鉛およびジアクリル酸亜鉛の添加により、押出中の反応時における伸長粘度が増加した。酸化亜鉛の充填量を増加させると、下記表3に示すように、ジアクリル酸亜鉛との組み合わせにより、伸長粘度はさらに向上した。なお、表2において、酸化亜鉛の量は、ジアクリル酸亜鉛の全重量を基準とした重量%として報告されている。
Figure 2023519179000004
以上からわかるように、ジアクリル酸亜鉛を含有するポリプロピレンホモポリマーに酸化亜鉛を添加することで、伸長粘度として測定される溶融強度が向上する。

Claims (33)

  1. a)非官能化ポリプロピレン、b)非官能化ポリプロピレンの重量を基準として、総量が0.1重量%~5重量%である、ジアクリル酸亜鉛、ジアクリル酸カルシウム、またはトリアクリル酸アルミニウムの少なくとも1種、およびc)前記少なくとも1種のアクリル酸塩の総重量を基準として、総量が0.005重量%~5重量%である、少なくとも1種の酸中和剤を含む、高溶融強度樹脂組成物。
  2. 前記酸中和剤が、金属酸化物、金属水酸化物、アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ土類金属酸化物、アルカリ土類金属炭酸塩、アルカリ金属重炭酸塩、金属カルボン酸塩、アルカリ金属カルボン酸塩、アルカリ土類金属カルボン酸塩、およびこれらの組み合わせの少なくとも1種を含む、請求項1に記載の高溶融強度樹脂組成物。
  3. 前記酸中和剤が、酸化亜鉛、水酸化亜鉛、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化マグネシウム、二酸化チタン、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、脂肪酸の亜鉛塩、脂肪酸のカルシウム塩、またはこれらの組合せの少なくとも1種を含む、請求項1に記載の高溶融強度樹脂組成物。
  4. 前記少なくとも1種の酸中和剤が酸化亜鉛を含む、請求項1に記載の高溶融強度樹脂組成物。
  5. ジアクリル酸亜鉛を含む、請求項1に記載の高溶融強度樹脂組成物。
  6. 前記樹脂組成物が有機過酸化物を含まない、請求項1に記載の高溶融強度樹脂組成物。
  7. 前記非官能化ポリプロピレンが、0.2g/10分~2000g/10分(2.16Kg、230℃)のメルトフローインデックス(MFI)を有する、請求項1に記載の高溶融強度樹脂組成物。
  8. 前記非官能化ポリプロピレンが、ポリプロピレンホモポリマー、ポリプロピレンコポリマー、またはポリプロピレンと少なくとも1種の追加のポリマーとのアロイの少なくとも1種である、請求項1に記載の高溶融強度樹脂組成物。
  9. 前記非官能化ポリプロピレンが、少なくとも1種のチーグラー・ナッタ触媒を用いて調製される、請求項1に記載の高溶融強度樹脂組成物。
  10. 前記非官能化ポリプロピレンが、少なくとも1種のメタロセン触媒を用いて調製される、請求項1に記載の高溶融強度樹脂組成物。
  11. 前記非官能化ポリプロピレンが、遊離基開始反応を用いて調製される、請求項1に記載の高溶融強度樹脂組成物。
  12. アクリル酸塩を0.5重量%~3重量%含有する、請求項1に記載の高溶融強度樹脂組成物。
  13. 抗酸化剤、酸中和剤以外の充填剤、酸中和剤以外の着色剤、酸中和剤以外の難燃剤、酸中和剤以外の発泡剤、清澄剤、傷防止用添加剤、防塵用添加剤、成核剤、または安定剤の1種または複数種をさらに含む、請求項1に記載の高溶融強度樹脂組成物。
  14. 高溶融強度ポリプロピレンを製造する方法であって、a)非官能化ポリプロピレン;b)非官能化ポリプロピレンの重量を基準として、総量が0.1重量%~5重量%である、ジアクリル酸亜鉛、ジアクリル酸カルシウム、およびトリアクリル酸アルミニウムの少なくとも1種;およびc)前記少なくとも1種のアクリル酸塩の総重量を基準として、総量が0.005重量%~5重量%である、少なくとも1種の酸中和剤を含む樹脂組成物を、185℃と260℃の間の加工温度で配合する工程を含む方法。
  15. 前記加工温度が220℃と240℃の間である、請求項14に記載の方法。
  16. 前記加工温度が約230℃である、請求項14に記載の方法。
  17. 前記配合が、単軸もしくは二軸押出機、バンバリーミキサー、またはロールミルを用いて行われる、請求項14に記載の方法。
  18. ジアクリル酸亜鉛、ジアクリル酸カルシウム、もしくはトリアクリル酸アルミニウムの少なくとも1種;または前記酸中和剤が、マスターバッチ用の担体樹脂としてポリオレフィンを含むマスターバッチの形態である、請求項14に記載の方法。
  19. 前記樹脂組成物が溶融押出しされる、請求項14に記載の方法。
  20. 前記配合の結果、ジアクリル酸亜鉛、ジアクリル酸カルシウム、またはトリアクリル酸アルミニウムの少なくとも1種由来のアクリル酸塩部分が、非官能化ポリプロピレンにグラフト化される、請求項14に記載の方法。
  21. a)非官能化ポリプロピレン、b)非官能化ポリプロピレンの重量を基準として量が0.1重量%~5重量%である、ジアクリル酸亜鉛、ジアクリル酸カルシウム、またはトリアクリル酸アルミニウムの少なくとも1種のアクリル酸塩、およびc)前記少なくとも1種のアクリル酸塩の総重量を基準として、総量が0.005重量%~5重量%である、少なくとも1種の酸中和剤を含む樹脂組成物を、185℃と260℃の間の加工温度で配合することによって得られる高溶融強度ポリプロピレン。
  22. 前記加工温度が220℃と240℃の間である、請求項21に記載の高溶融強度ポリプロピレン。
  23. 前記加工温度が約230℃である、請求項21に記載の高溶融強度ポリプロピレン。
  24. 170℃で0.1s-1の歪み速度で測定した伸長粘度が、少なくとも1,000,000Pa・sである、請求項21に記載の高溶融強度ポリプロピレン。
  25. 170℃で0.1s-1の歪み速度で測定した伸長粘度が、少なくとも500,000Pa・sである、請求項21に記載の高溶融強度ポリプロピレン。
  26. 170℃で0.1s-1の歪み速度で測定した伸長粘度が、非官能化ポリプロピレンの伸長粘度と比べて少なくとも25%高い、請求項21に記載の高溶融強度ポリプロピレン。
  27. 170℃で0.1s-1の歪み速度で測定した伸長粘度が、非官能化ポリプロピレンの伸長粘度と比べて25%から2000%高い、請求項21に記載の高溶融強度ポリプロピレン。
  28. 前記配合が、単軸もしくは二軸押出機、バンバリーミキサー、またはロールミルを用いて行われる、請求項21に記載の高溶融強度ポリプロピレン。
  29. 前記樹脂組成物が溶融押出しされる、請求項21に記載の高溶融強度ポリプロピレン。
  30. ジアクリル酸亜鉛、ジアクリル酸カルシウム、またはトリアクリル酸アルミニウム由来のアクリル酸塩部分が非官能化ポリプロピレンにグラフト化されて、アクリル酸塩官能化ポリプロピレン鎖が提供され、当該アクリル酸塩官能化ポリプロピレン鎖上のグラフト化アクリル酸塩基が、多価金属またはアルカリ土類金属塩の形態で存在する、請求項21に記載の高溶融強度ポリプロピレン。
  31. ジアクリル酸亜鉛、ジアクリル酸カルシウム、もしくはトリアクリル酸アルミニウムの少なくとも1種;または前記酸中和剤が、マスターバッチ用の担体樹脂としてポリオレフィンを含むマスターバッチの形態である、請求項21に記載の高溶融強度ポリプロピレン。
  32. 請求項21に記載の高溶融強度ポリプロピレンを含有するポリマー物品。
  33. 前記ポリマー物品が、発泡物品、シート押出品、熱成形品、ブロー成形品、回転成形品、押出コーティング品、注型品、射出成形品、プレス品、繊維、またはフィルムである、請求項32記載のポリマー物品。
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