JP2880736B2 - 架橋ポリオレフィンの製造方法 - Google Patents

架橋ポリオレフィンの製造方法

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JP2880736B2 JP24191189A JP24191189A JP2880736B2 JP 2880736 B2 JP2880736 B2 JP 2880736B2 JP 24191189 A JP24191189 A JP 24191189A JP 24191189 A JP24191189 A JP 24191189A JP 2880736 B2 JP2880736 B2 JP 2880736B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、架橋ポリオレフィンの製造方法に関する。
詳しくは、主鎖にアルケニルシランとオレフィンの重合
体を含有するものを特定の化合物で処理する架橋ポリオ
レフィンの製造方法に関する。
〔従来の技術〕
ポリオレフィンの物性を改良する目的で架橋反応が行
われている。しかしながら、ポリプロピレンなどα−オ
レフィンは元来、架橋反応に比較して主鎖の解重合が優
先する為、パーオキサイドの分解とか、放射線の照射に
より単純にラジカルを発生させるだけでは架橋反応が起
こらず、むしろ分解が進行し分子量が低下するだけであ
る。この為、通常はアルコキシビニルシラン等の加水分
解によって架橋反応が生ずる単量体をポリオレフィンに
グラフトし、ついで架橋することが行われている(例え
ば、特開昭58−117244)。
〔発明が解決しようとする課題〕
ポリオレフィンにアルコキシビニルシランをグラフト
した重合体はポリオレフィンの架橋による物性改良に一
定の効果を有するが、グラフト重合体を合成する工程が
複雑であり、また反応の本質的な問題から主鎖の切断に
よる物性の低下は避けがたく、また主鎖に種々のコモノ
マーを導入することも困難である。これに対しては、主
鎖にビニルシランを導入し、ついで水で架橋することが
知られているが(例えば米国特許第3,223,686号)、水
による架橋反応は比較的進行しにくく時間がかかると
か、成型物を高温にさらすため成型物が変形するとかの
問題があった。
〔課題を解決するための手段〕
本発明者らは上記問題を解決して架橋ポリオレフィン
を製造する方法について鋭意探索し、本発明を完成し
た。
即ち、本発明は、一般式H2C=CH−(CH2n−SiHpR
3-p(式中nは0〜12、pは1〜3、Rは炭素数1〜12
の炭化水素残基。)で表されるアルケニルシラン又は該
アルケニルシランの1〜3個のSi−H結合のHがクロル
で置換されたアルケニルシランとオレフィンの共重合体
を周期律表第VIII族の金属触媒、アゾ化合物及びアミン
類から選ばれたヒドロシリル化触媒で処理することを特
徴とする架橋ポリオレフィンの製造方法でありまた、 一般式H2C=CH−(CH2n−SiHpR3-p(式中nは0〜1
2、pは1〜3、Rは炭素数1〜12の炭化水素残基。)
で表されるアルケニルシラン又は該アルケニルシランの
1〜3個のSi−H結合のHがクロルで置換されたアルケ
ニルシランとオレフィンの共重合体とポリオレフィンの
混合物を周期律表第VIII族の金属触媒、アゾ化合物及び
アミン類から選ばれたヒドロシリル化触媒で処理するこ
とを特徴とする架橋ポリオレフィンの製造方法である。
本発明においてアルケニルシランとオレフィンの共重
合体は通常オレフィンはアルケニルシランを遷移金属触
媒と有機金属化合物からなるいわゆるチーグラー・ナッ
タ触媒を用いて重合することができ例えば、米国特許第
3,223,686号にその例が開示されている。さらにポリオ
レフィンをパーオキサイドなどのラジカル重合開始剤の
存在下にアルケニルシランと加熱処理することによって
グラフト重合して得たグラフト共重合体であっても良
い。本発明において用いるアルケニルシランは、一般式
H2C=CH−(CH2n−SiHpR3-p(式中nは0〜12、pは
1〜3、Rは炭素数1〜12の炭化水素残基。)で表され
る化合物であり、具体的にはビニルシラン、アリルシラ
ン、ブテニルシラン、ペンテニルシラン、あるいはこれ
らのモノマーの1〜3個のSi−H結合のHがクロルで置
換された化合物である。またオレフィンとしては一般式
H2C=CH−R(式中Rは水素または炭素数1〜12の炭化
水素残基。)で示される化合物が例示でき、具体的には
エチレン、プロピレン、ブテン−1、ペンテン−1、ヘ
キセン−1、2−メチルペンテン、ヘプテン−1、オク
テン−1などのα−オレフィンの他にスチレンまたはそ
の誘導体も例示される。
本発明においてオレフィンとアルケニルシランの共重
合体は、上記米国特許に記載された、TiCl3とトリエチ
ルアルミニウムからなる触媒も使用できるがより好まし
くはその後、開発された種々の高活性ポリオレフィンを
与える触媒が利用される。
重合法としても不活性溶媒を使用する溶媒法の他に塊
状重合法、気相重合法も採用できる。ここで遷移金属化
合物と有機金属化合物からなる触媒としては、遷移金属
化合物としてはハロゲン化チタンが、有機金属化合物と
しては有機アルミニウム化合物が好ましく用いられる。
例えば四塩化チタンを金属アルミニウム、水素或いは有
機アルミニウムで還元して得た三塩化チタンを電子供与
性化合物で変性処理したものと有機アルミニウム化合
物、さらに必要に応じ含酸素有機化合物などの電子供与
性化合物からなる触媒系、或いはハロゲン化マグネシウ
ム等の担体或いはそれらを電子供与性化合物で処理した
ものにハロゲン化チタンを担持して得た遷移金属化合物
触媒と有機アルミニウム化合物、必要に応じ含酸素有機
化合物などの電子供与性化合物からなる触媒系、あるい
は塩化マグネシウムとアルコールの反応物を炭化水素溶
媒中に溶解し、ついで四塩化チタンなどの沈澱剤で処理
することで炭化水素溶媒に不溶化し、必要に応じエステ
ル、エーテルなどの電子供与性の化合物で処理し、つい
でハロゲン化チタンで処理する方法などによって得られ
る遷移金属化合物触媒と有機アルミニウム化合物、必要
に応じ含酸素有機化合物などの電子供与性化合物からな
る触媒系等が例示される(例えば、以下の文献に種々の
例が記載されている。Ziegler−Natta Catalysts and P
olymerization by John Boor Jr(Academic Press),Jo
urnal of Macromorecular Sience Reviews in Macromol
ecular Chemistry and Physics,C24(3)355−385(19
84)、同 C25(1)578−597(1985))。あるいは炭化
水素溶剤に可溶な遷移金属触媒とアルミノキサンからな
る触媒を用いて重合することもできる。
ここで電子供与性化合物としては通常エーテル、エス
テル、オルソエステル、アルコキシ硅素化合物などの含
酸素化合物が好ましく例示でき、さらにアルコール、ア
ルデヒド、水なども使用可能である。
有機アルミニウム化合物としては、トリアルキルアル
ミニウム、ジアルキルアルミニウムハライド、アルキル
アルミニウムセスキハライド、アルキルアルミニウムジ
ハライドが使用でき、アルキル基としてはメチル基、エ
チル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基などが例示
され、ハライドとしては塩素、臭素、沃素が例示され
る。またアルミノキサンとしては上記有機アルミニウム
と水または結晶水とを反応することで得られるオリゴマ
ー〜ポリマーである。
ここでアルケニルシランとオレフィンの重合割合とし
ては特に制限は無いが、ポリオレフィンと混合する場合
も考慮すると、通常アルケニルシランが0.001〜30モル
%程度、好ましくは0.1〜10モル%である。
重合体の分子量としては特に制限はないが、混合して
物性の向上を計ろうとする場合にはポリオレフィンの分
子量と同程度あるいはそれ以下とするのが好ましい。
ポリオレフィンにアルケニルシランをグラフトする方
法としては特に制限はなく、通常のグラフト共重合に用
いる方法及び条件が利用でき、通常は用いるポリオレフ
ィンとアルケニルシランの存在下にラジカル開始剤の分
解温度以上に加熱することで簡単にグラフト共重合する
ことができる。
本発明において用いるポリオレフィンとしては上記一
般式H2C=CH−R(式中Rは水素または炭素数1〜12の
炭化水素残基。)で示されるオレフィン、具体的にはエ
チレン、プロピレン、ブタン−1、ペンテン−1、ヘキ
セン−1、2−メチルペンテン、ヘプテン−1、オクテ
ン−1などのα−オレフィンの他にスチレンまたはその
誘導体の単独重合体のみならず相互のランダム共重合
体、あるいは、始めに或るオレフィン単独、或いは少量
の他のオレフィンと共重合し、ついで2種以上のオレフ
ィンを共重合することによって製造される所謂ブロック
共重合体などが例示される。特に単独では架橋しにくい
プロピレンなどのα−オレフィンまたはその共重合体に
本発明の方法を適用すると効果的である。これらのポリ
オレフィンの製造法については既に公知であり種々の銘
柄のものが市場で入手可能である。またアルケニルシラ
ンを用いない他は上記オレフィンとアルケニルシランの
重合体の製造法と同様に行うことで製造可能である。
本発明においては上記アルケニルシランとオレフィン
の共重合体は通常、アルケニルシランを含有しないポリ
オレフィンと混合するか、あるいはアルケニルシランを
含有しないポリオレフィンを混合せずにアルケニルシラ
ンの共重合体のみを用いることができる。混合して用い
る際のアルケニルシランとオレフィンの共重合体の使用
割合としては共重合体中のアルケニルシラン含量にもよ
るが、通常混合物中の共重合体の割合は0.1wt%以上で
あるのが好ましく、ヒドロシリル化触媒で処理する際の
ポリオレフィン中にアルケニルシランが0.005wt%程度
存在するようにするのが好ましい。混合に際し、公知の
種々の添加剤を用いることは可能であり特に制限はな
い。
本発明においてヒドロシリル化触媒は、ロジウムのト
リフェニルホスフィン錯体、塩化白金酸またはその塩な
どの周期率表VIII族の金属触媒(有機ケイ素化合物の化
学、熊田誠ら、化学同人発行165ページ)、アゾ化合物
などのラジカル開始剤、トリエチルアミンなどのアミン
類から選ばれる。ここでヒドロシリル化の反応は比較的
速いので常温付近の温度で反応は充分進行するが、ポリ
オレフィンのガラス転移温度以上に加熱することで単時
間で反応を終えることが可能である。また貴金属触媒で
は活性は極めて高く微量の触媒で架橋を進行でき、分散
が充分であればポリオレフィンに対して0.00001wt%程
度でも充分に反応は進行する。架橋反応は通常共重合体
を成形した後に行われるが、比較的架橋度の低い場合に
は架橋反応の後に成形することもできる。
触媒はポリオレフィンと比較的なじみの良い溶剤にヒ
ドロシリル化触媒を溶解して行うのが一般てきであり、
ヒドロシリル化触媒の溶液に成形物を浸漬して必要に応
じ加熱することで架橋が行われる。またアルケニルシラ
ンの含量の少ないものでは触媒を混合した後、加熱溶融
して架橋することもでき、こうすることで架橋ポリオレ
フィンあるいは架橋ポリオレフィンを含有するポリオレ
フィンの成形物を一気に製造することもできる。
架橋反応を行う際には、不活性ガス雰囲気であれ、酸
素の存在下であれ可能であり、目的に応じその環境を選
ぶことができる。
〔実施例〕
以下に実施例を示しさらに本発明を説明する。
実施例1 直径12mmの鋼球9kgの入った内容積4lの粉砕用ポット
を4個装備した振動ミルを用意する。各ポットに窒素雰
囲気下で塩化マグネシウム300g、テトラエトキシシラン
60mlおよびα,α,α−トリクロロトルエン45mlを入
れ、40時間粉砕した。こうして得た共粉砕物300gを5lの
フラスコに入れ、四塩化チタン1.5lおよびトルエン1.5l
を加え、100℃で30分間撹拌処理し、次いで上澄液を除
いた。再び四塩化チタン1.5lおよびトルエン1.5lを加
え、100℃で30分間撹拌処理し、次いで上澄液を除い
た。その後固形分をn−ヘキサンで繰り返し洗浄して遷
移金属触媒スラリーを得た。一部をサンプリングしてチ
タン分を分析したところチタン分は1.9wt%であった。
内容積200mlの耐圧ガラスオートクレーブに窒素雰囲
気下トルエン40ml、上記遷移金属触媒50mg、ジエチルア
ルミニウムクロライド0.128ml、P−トルイル酸メチル
0.06mlおよびトリエチルアルミニウム0.20mlを入れ、つ
いでビニルシラン4.0gを圧入した後、プロピレンを5kg/
cm2になるまで装入し、70℃で圧力一定で2時間重合し
た。その後スラリーを取り出し、濾過乾燥して43gのパ
ウダーを得た。135℃のテトラリン溶液で測定した極限
粘度(以下ηと略記する)、示差熱分析装置を用い10℃
/minで昇温或いは降温することで融点及び結晶化温度を
最大ピーク温度として測定したところ、得られたパウダ
ーは、ηが1.61dl/gであり、融点156℃、結晶化温度118
℃である結晶性のポリプロピレンであった。尚、元素分
析によればビニルシラン単位を1.8wt%含有していた。
得られた共重合体にフェノール系の酸化防止剤を0.1w
t%加えプレス成形して厚さ1mmのシートを作り、トルエ
ン10mlに1mg塩化ロジュウムのトリフェニルホスフィン
錯体を溶解した溶液に入れ60℃で20時間処理した。その
後シートを取り出し沸騰キシレンで12時間抽出したとこ
ろ不溶分は96wt%であった。なお成形したシートをその
まま沸騰キシレンで12時間抽出したところ不溶分は0.2w
t%であった。
比較例1 ビニルシランを共重合することなく実施例1と同様に
重合してηが1.60dl/gであり、融点158℃、結晶化温度1
10℃、沸騰n−ヘプタンで6時間抽出した時の抽出残分
の割合が96.8%のポリプロピレンを得、実施例1と同様
にした。沸騰キシレンで12時間抽出したところ不溶分は
0.6wt%であった。
実施例2 実施例1で得たプロピレンとビニルシランの共重合体
と比較例1で得たポリプロピレンを1:10で混合して実施
例1と同様にした。沸騰キシレンで12時間抽出したとこ
ろ不溶分は48wt%であった。
実施例3 ロジウム触媒に変え塩化白金酸(IV)を用いた他は実
施例1と同様にしたところ沸騰キシレンで12時間抽出し
た不溶分は96wt%であった。
実施例4 ビニルシランに変えアリルシラン0.4gを用いて重合し
てアリルシラン含量0.13wt%のポリプロピレンの共重合
体を製造した。共重合体のηは1.58dl/gであり、融点15
8℃、結晶化温度118℃、沸騰n−ヘプタンで6時間抽出
した後の抽出残分の割合が96.2%であった。このパウダ
ー100gに1mgの塩化ロジュウムのトリフェニルホスフィ
ン錯体を加え良く混合した後230℃でシート状に成形し
た。沸騰キシレンで12時間抽出したところ不溶分は21wt
%であった。
比較例2 ロジウム触媒を用いなかった他は実施例4と同様に成
形した。成形物の沸騰キシレンで12時間抽出したところ
不溶分は0.6wt%であった。
〔発明の効果〕
本発明の方法を実施することによりポリオレフィンの
架橋反応を極めて簡便に進行させることが可能であり、
工業的に極めて意義がある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI //(C08F 210/00 230:08) (C08F 255/00 230:08) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C08L 23/00 - 23/36 C08J 3/24 - 3/28 C08F 210/00 - 210/18 C08F 8/00 - 8/50

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一般式H2C=CH−(CH2n−SiHpR3-p(式
    中nは0〜12、pは1〜3、Rは炭素数1〜12の炭化水
    素残基。)で表されるアルケニルシラン又は該アルケニ
    ルシランの1〜3個のSi−H結合のHがクロルで置換さ
    れたアルケニルシランとオレフィンの共重合体を周期律
    表第VIII族の金属触媒、アゾ化合物及びアミン類から選
    ばれたヒドロシリル化触媒で処理することを特徴とする
    架橋ポリオレフィンの製造方法。
  2. 【請求項2】一般式H2C=CH−(CH2n−SiHpR3-p(式
    中nは0〜12、pは1〜3、Rは炭素数1〜12の炭化水
    素残基。)で表されるアルケニルシラン又は該アルケニ
    ルシランの1〜3個のSi−H結合のHがクロルで置換さ
    れたアルケニルシランとオレフィンの共重合体とポリオ
    レフィンの混合物を周期律表第VIII族の金属触媒、アゾ
    化合物及びアミン類から選ばれたヒドロシリル化触媒で
    処理することを特徴とする架橋ポリオレフィンの製造方
    法。
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