JP3171650B2 - 架橋ポリオレフィン成形物の製造方法 - Google Patents

架橋ポリオレフィン成形物の製造方法

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  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は架橋ポリオレフィン成形
物の製造方法に関する。詳しくは特定の共重合体を含有
する成形物を特定の方法で触媒と接触処理して不均一に
架橋した架橋ポリオレフィン成形物を製造する方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】機械物性の改良、耐溶剤性の改良、耐熱
性の改良などの目的でポリオレフィンを架橋することは
広く行われている。架橋する方法としても既に種々の方
法が提案されており、2官能の単量体とラジカル発生剤
を混合して加熱溶融する方法、アルコキシシラン等の加
水分解性の基を有する単量体を共重合し成形ののち沸騰
水などで加水分解して架橋する方法(特開昭58-11724
4)、放射線を照射して架橋する方法などがよく知られて
いる。また本発明者らによって提案されたアルケニルシ
ランの共重合体を触媒で処理する方法などもある( 特
3-106951) 。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】通常は均一な架橋密度
を有するような成形物が製造されるが、用途によっては
不均一な架橋密度を有するものが望まれる。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記問題を
解決して簡便に架橋密度に勾配を有する架橋ポリオレフ
ィン成形物を製造する方法について鋭意検討し本発明を
完成した。
【0005】即ち本発明は、アルケニルシランとオレフ
ィンの共重合体の成形物をロジウムの塩及び下記一般式
(化5)
【化5】 (式中R 1 、R 2 は、同じか異なる炭素数1〜12の炭
化水素残基、nは0〜3の整数、Mはチタン、ジルコニ
ウム、ハフニウムから選ばれた金属。)で表される周期
律表IVB族金属のアルコキシ化合物から選ばれた触媒が
内部にまで均一に浸透しないように少なくとも2つの不
飽和結合を有する化合物を含有する触媒溶液と接触
し、ついで触媒溶液から取り出して加熱処理すること
を特徴とする不均一に架橋した架橋成形物の製造方法で
ある。
【0006】本発明においてアルケニルシランとしては
少なくとも一つのSi−H結合を有するものが好ましく
用いられ、例えば下記一般式(化1)で表される化合
物、
【0007】
【化1】H2C=CH-(CH2)n -SiHP R3-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。)が例示でき、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一部のSi−H結合のHがク
ロルで置換された化合物などが例示できる。
【0008】またオレフィンとしては下記一般式(化
2)で示される化合物、
【0009】
【化2】H2C=CH-R (式中Rは水素または炭素数1 〜12の炭化水素残基。)
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。
【0010】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、不活性溶媒を使用する溶媒法の他に
塊状重合法、気相重合法で製造することができる。また
製造するに用いる触媒としては遷移金属化合物と有機金
属化合物からなる触媒を用いるのが一般的であり、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。
【0011】具体的には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 Ca
talysts and Polymerization by John Boor Jr(Academi
c Press),Journal of Macromorecular Science Reviews
in Macromolecular Chemistry and Physics,C24(3) 355-385(1984)、同C25
(1) 578-597(1985)) 。
【0012】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。
【0013】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。
【0014】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
であるアルミノキサンも利用できる。
【0015】ここでアルケニルシランとオレフィンの重
合割合としては架橋度を高くするという意味から、通常
アルケニルシランが 0.1〜30モル%程度、好ましくは
0.5〜10モル%である。また他のオレフィンの重合体と
混合して用いる場合には1〜20モル%である。
【0016】重合体の分子量としては特に制限はない
が、成形物の物性を向上させる意味からは分子量はでき
るだけ高い方が、少ないアルケニルシラン含量でも架橋
度を高めることができる。また成形性という点では分子
量があまり高いと成形性が悪くなることから、好ましく
は 135℃のテトラリン溶液で測定した極限粘度が 0.5〜
10程度、特に好ましくは 1.0〜5.0 程度である。
【0017】ポリオレフィン(例えば、下記のような混
合して用いるポリオレフィンが使用できる。)にアルケ
ニルシランをグラフト重合して得たグラフト共重合体も
本発明の目的に使用可能であり、その場合、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
ニルシランをパーオキサイドなどのラジカル開始剤の存
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。
【0018】本発明においては必要に応じ上記共重合体
とポリオレフィンを混合して用いることができ、用いる
ポリオレフィンとしては上記一般式(化2)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−オレフィンあるいは、ス
チレンまたはその誘導体の単独重合体、相互のランダム
共重合体、或いは、始めにオレフィン単独、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。
【0019】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共重合体の製造法と同様に行
うことでも製造可能である。
【0020】本発明においては必要に応じ、無機フィラ
ーを混合して用いることができ、そのような無機フィラ
ーとしては、ポリオレフィンの物性改良に用いられるフ
ィラーであればどのようなものでも利用できるが通常金
属の塩、酸化物、窒化物、炭化物などで針状のもの、鱗
片状のもの、繊維状のものなど補強効果の大きい形状を
したものが好ましく利用される。具体的には、タルク、
カオリン、マイカ、炭酸カルシウム、珪酸カルシウム、
硫酸カルシウム、亜硫酸カルシウム、チタン酸バリウム
などが利用できる。使用量としては、全組成物中のフィ
ラーの含量が1〜60wt%となるようにするのが物性の点
で好ましい。
【0021】上記アルケニルシランとオレフィンの共重
合体、さらに必要に応じ混合されるフィラー、ポリオレ
フィンの混合方法としては特に制限はなく通常の方法で
パウダー状態で混合されそのまま利用されたり、さらに
溶融混練し造粒され、ついで射出成形、押出成形、プレ
ス成形などによって成形される。ここで混合物中のアル
ケニルシラン濃度としては0.01〜20モル%、好ましくは
0.1〜10モル%になるように混合すると架橋濃度の高い
架橋ポリオレフィン成形物が得られる。
【0022】本発明において用いられる触媒は、塩化ロ
ジウムのトリフェニルフォスフィン錯体などのロジウム
の塩、あるいはチタン酸エステルなどの以下の一般式
(化3)で示す周期律表IVB 族金属のアルコキシ化合物
である
【0023】
【化3】R1 n M(O-R2)4-n (式中R1 、R2 は、同じか異なる炭素数1 〜12の炭化
水素残基、nは0〜3の整数、Mはチタン、ジルコニウ
ム、ハフニウムから選ばれた金属。) 。
【0024】本発明において少なくとも2つの不飽和結
合を有する化合物としては、反応性の不飽和結合を含有
する化合物としてジビニルベンゼン、ジイソプロペニル
ベンゼン、ジアリルベンゼンなどの芳香族ビニル化合
物、エチレングリコールジメタクリレート、エチレング
リコールジアクリレートなどの不飽和エステル、ポリブ
タジエン、ポリイソプレンなどの重合体などが例示で
き、反応性の不飽和結合を少なくとも2つ以上有する化
合物であればどの様なものも利用できる。
【0025】この少なくとも2つの不飽和結合を有する
化合物の上記触媒溶液中の濃度としては、0.1M/リット
ル以上、最大は溶媒として少なくとも2つの不飽和結合
を有する化合物を用いることで行われる。溶液の安定性
という点からは不飽和化合物の濃度は低い方が良いが、
効率的に架橋を進行させるという点では濃い方が望まし
く、両方のバランスから定められる。比較的重合しにく
い不飽和化合物を用いる場合は濃い条件で実施される。
【0026】本発明において重要なのは、上記触媒およ
び不飽和化合物が内部にまで完全に均一に浸透しない様
上記触媒溶液と接触しついで加熱することで触媒が
浸透した部分だけを完全に架橋させることにある。この
ためには成形物を後述の溶媒に触媒を比較的高濃度に
溶解した溶液に比較的低い温度で比較的短い時間接触す
ることで行われる。接触温度としては常温〜 150℃、接
触時間としては数分〜数時間である。特に接触温度が触
媒の浸透に大きく影響するので成形物の特性に応じて目
標の触媒の浸透の深さとするため適切な温度が設定され
る。具体的には、オレフィンがプロピレンである場合に
は 100℃未満の温度で接触を行えば、1時間で触媒の浸
透は1mm以下となる。浸透速度は触媒の種類、溶媒の種
類、濃度によって異なるため、使用する溶媒、触媒を用
いて予め触媒の浸透の程度を測定しておき、それに従っ
て目標に対する条件を定める必要がある。
【0027】ここで利用される溶媒としては、具体的に
は炭素数1 〜20の炭化水素化合物、ハロゲン化炭化水素
化合物が利用でき、とくにハロゲン化炭化水素化合物、
芳香族炭化水素化合物が好ましく利用される。具体的に
は、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、
ジクロロメタン、クロロホルム、ジクロロエタン、トリ
クロロエタン、パークロロエタンなどが例示され通常
0.1〜10000ppmの濃度となる様に溶解して利用される。
【0028】本発明においては接触によって所望の深さ
に触媒を浸透させた後、成形物を取り出し、さらに加熱
することで架橋を進行させる。ここで加熱温度として
は、成形物が変形しない限り高温であるのが望ましい。
例えば、オレフィンがプロピレンである場合には80〜 1
60℃、特に架橋がある程度進行した後には 160〜 200℃
の融点以上であっても良い。
【0029】上述の処理によって成形物は表面からの深
さ方向に架橋密度の異なる成形物とすることができる
が、一つの成形物の各部の触媒溶液との接触温度を変え
ることで成形物の位置によって架橋密度が異なる成形物
とすることもできる。
【0030】
【実施例】以下に実施例を示しさらに本発明を説明す
る。
【0031】実施例1 直径12mmの鋼球9kgの入った内容積4リットルの粉砕用
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45
mlを入れ、40時間粉砕した。こうして得た共粉砕物 300
gを5リットルのフラスコに入れ、四塩化チタン 1.5リ
ットルおよびトルエン 1.5リットルを加え、 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 1.5リットルおよびトルエン1.5 リットルを加え、
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。
【0032】内容積5リットルの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 100mg、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、プロピレン 1.5kg、ビニルシラン80gを加え、水素
0.5Nリットル圧入した後、75℃で2時間重合した。重合
後未反応のプロピレンをパージし、パウダーを取り出
し、濾過乾燥して 480gのパウダーを得た。
【0033】135 ℃のテトラリン溶液で極限粘度 (以下
ηと略記する) を測定し、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2.35dl/gであり、融点156 ℃、結晶化温度 1
20℃である結晶性のプロピレン共重合体であった。尚、
元素分析によればビニルシラン単位を 1.3wt%含有して
いた。
【0034】得られた共重合体100gにタルク(浅田製粉
(株)製CT−8)30g を混合しプレス成形して厚さ2
mmの成形物を得た。この成形物を塩化ロジウムのトリフ
ェニルフォスフィン錯体を1g /リットル、ジビニルベ
ンゼンを50g/リットルになる様にトルエンに溶解した
溶液に一方の面のみが触媒溶液と接触するようにして80
℃で1時間接触した。次いで成形物を取り出し 150℃で
5時間加熱処理した。得られた成形物を厚さ方向に 0.5
mmの厚さに切断し各部を沸騰キシレンで12時間抽出した
ところ触媒と接触した部分から不溶分の割合はそれぞれ
98%、48%、12%、2%であり架橋密度の勾配が形成さ
れた。
【0035】一方、触媒溶液に成形物の全体を浸積した
ものについて同様に評価したところ不溶分の割合はそれ
ぞれ98%、98%、97%、98%であり全ての部分の架橋の
程度は同じであった。また触媒溶液にジビニルベンゼン
を用いずに同様に一方の面からのみ触媒溶液と接触した
ところ各部の沸騰キシレン不溶分の割合は96%、15%、
2%、2%であり表面だけが架橋しておりしかも架橋密
度も低い。
【0036】実施例2 ビニルシランに変えアリルシラン1gを用いた他は実施
例1と同様に重合してアリルシラン含量0.25wt%のプロ
ピレンの共重合体を製造した。共重合体のηは1.85dl/g
であり、融点 158℃、結晶化温度 115℃、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%であっ
た。
【0037】このパウダー100gを用いた他は実施例1と
同様にして成形物を作り、触媒としてチタンテトラブト
キサイドを用いた他は実施例1と同様に処理したとこ
ろ、97%、32%、8%、2%であり架橋密度の勾配が形
成された。
【0038】
【発明の効果】本発明の方法を実施することにより成形
物の場所によって架橋密度の異なる機能性の架橋ポリオ
レフィン成形物を得ることができ工業的に極めて価値が
ある。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08J 3/00 - 3/28 C08J 7/00 - 7/18 C08L 1/00 - 101/16 C08F 8/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アルケニルシランとオレフィンの共重合体
    の成形物をロジウムの塩及び下記一般式(化4) 【化4】 (式中R 1 、R 2 は、同じか異なる炭素数1〜12の炭
    化水素残基、nは0〜3の整数、Mはチタン、ジルコニ
    ウム、ハフニウムから選ばれた金属。)で表される周期
    律表IVB族金属のアルコキシ化合物から選ばれた触媒が
    内部にまで均一に浸透しないように少なくとも2つの不
    飽和結合を有する化合物を含有する触媒溶液と接触
    し、ついで触媒溶液から取り出して加熱処理すること
    を特徴とする不均一に架橋した架橋ポリオレフィン成形
    物の製造方法。
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