JP3357101B2 - 高い球晶間及びラメラ間強度をもつ半結晶性ポリマーブレンド組成物 - Google Patents

高い球晶間及びラメラ間強度をもつ半結晶性ポリマーブレンド組成物

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【開示の背景】ポリプロピレンは衝撃で破壊されやすい
固有的に弱い球晶境界をもつ球晶形態に結晶化する。強
度に対して決定的である球晶境界は弱く多くの荷重条件
下に早期破壊を生ずる傾向がある。エチレンを強化剤と
して用いるポリプロピレンブレンドが記載された、例え
ばポリプロピレンマトリックス中に小粒子として分散さ
れたゴムを記載する「ポリプロビレンとエチレンープロ
ピレンゴムとのブレンドの形態及び性質」,ジャング
(Jang) ほか,ポリマー・エンジニアリング・アンド・
サイエンス(PolymerEngineering and Science), V.
24,No.8,1984年9月中旬、ポリプロピレン
ブレンドが改良されたタフネスを示すことを記載する
「ポリエステルないしポリペプチド合成」,エンサイク
ロペディア・オブ・ポリマー・サイエンス・アンド・エ
ンジニアリング(Encyclopedia of Polymer Science an
d Engimeering),V.12,pp.443〜444、ゴ
ム粒子がポリブロピレンマトリックス中にランダムに分
散され、成長マトリックス中に巻き込まれ、球晶境界に
優先的に存在しないことを観察した「ポリプロピレン中
のゴム強化」,ジャング(Jang) ほか,ジャーナル。オ
ブ・アプライド・ポリマー・サイエンス(Journal ofAp
plied Science),V.30(1985),pp.24
85〜2504、ゴム相が優先的に球晶境界へ押し出さ
れず、ゴム粒子の分布がポリプロピレンマトリックス中
にランダムであることを示す「ポリプロピレン及びゴム
改質ポリプロピレンの結晶形態」,ジャーナル・オブ・
アプライド・ポリマー・サイエンス(Journal of Appli
ed Polymer Science),V.29,pp.4377〜4
393(1984)参照。「プロピレン/エチレンーコ
ープロピレンブレンド:等温結晶化試料の相構造に対す
るEPRの分子構造及び組成の影響」,ドラジオ(D'Or
azio)ほか,ジャーナル・オブ・マテリアルズ・サイエ
ンス(Journal of Materials Science),V.26,p
p.4033〜4047(1991)は球晶内及び間の
領域中に分布した主に球晶形状ドメイン中の無定形EP
R微小成分偏析を論じている。しかし、球晶間境界強化
が認められなかった。実際に、論じられたコポリマーは
無定形であるので、それらは結晶化できず、従って本発
明にあけるように強化された球晶境界及びラメラ間結合
を与えることができない。
【0002】若干の米国特許もまたプロピレンエチレン
ポリマー組成物に向けられ、例えばカサハラ(Kasahar
a)ほかに対する第4946898 号及び第4948841 号、チー
ルソールト(Thiersault)ほかに対する第4774292 号並
びにミナミ(Minami)ほかに対する第4395519 号参照。上
記特許はブレンドのコポリマーが本発明がなすような球
晶境界に優先的に配置される半結晶性ポリマーブレンド
を開示していない。
【0003】
【発明の概要】本発明は多量の第1半結晶性ポリマー及
び少量の第2半結晶性ホモポリマー又は半結晶性コポリ
マーを含む強化された球晶境界及びラメラ間結合をもつ
半結晶性ポリマー並びにそれを製造する方法に関する。
第2半結晶性ホモポリマー又はコポリマーは球晶境界に
優先的に配置される。こゝに用いた少量は約0.1〜約
50重量%を意味し、多量は少なくとも約50重量%、
約99.9重量%までを意味する。本発明により第1半
結晶性ホモポリマーは、第1半結晶性ホモポリマーと同
様の半結晶性ポリマーを基にした第2半結晶性ホモポリ
マー又は半結晶性コポリマーとブレンドされる。第2半
結晶性ホモポリマー及び半結晶性コポリマーはともに第
1半結晶性ホモポリマーより低度の結晶化度及び結晶化
温度をもつ。第1半結晶性ホモポリマー及び第2半結晶
性ホモポリマー又はコポリマーは溶融又は溶液ブレンデ
ィングにより混合され、次いで第1半結晶性ホモポリマ
ーを、球晶境界に配置された第2半結晶性ホモポリマー
又はコポリマーより先に結晶化させる冷却条件下に処理
される。第1半結晶性ホモポリマーが結晶化するとき半
結晶性コポリマー又は第2ホモポリマーの非結晶性セグ
メントが球晶内及び間のラメラから排除される。おそら
く、隣接ラメラ及び(又は)球晶中の結晶性セグメント
の結晶化がタイモレキュール濃度を増加することにより
ラメラ間及び球晶間領域の補強に備える。これらの領域
は、そうでないと多くの荷重条件のもとで弱い傾向をも
つであろう。
【0004】半結晶性コポリマー又は第2ホモポリマー
ポリマー鎖は結晶性及び非結晶性セグメントを含む。こ
ゝに用いた非結晶性セグメントは、そのようなセグメン
トが第1ホモポリマーの結晶化と同じ条件のもとで結晶
化しないことを意味する。結晶性セグメントはそのよう
なセグメントガ第1ホモポリマーと同じ条件のもとで結
晶化することを意味する。
【0005】
【詳細な説明】こゝに示すポリマーはすべて半結晶性ポ
リマーである。半結晶性ポリマーは結晶相及び無定形相
の両方をもち、前者は板状ラメラ構造中に存在する。固
化の間にラメラは速やかに配向して球晶として知られる
構造になる。結晶化の間にラメラ及び球晶は低分子量ポ
リマー並びに種々の不純物をラメラ間及び球晶間領域へ
排除する傾向をもつ。この偏析は、ラメラ間及び球晶間
領域が機械的に弱い局所領域であるので、しばしば劣る
機械的性能を生ずる。本発明により第1ホモポリマーは
コポリマー又は第2ホモポリマーとブレンドされる。そ
のようなコポリマー又は第2ホモポリマーは溶融体中で
用いた濃度で第1ホモポリマーと相溶性でなければなら
ない。コポリマーは第1ホモポリマーおよびコモノマー
を含む。コポリマーは本発明により形成されるポリマー
ブレンドの約0.1〜約50重量%、好ましくは約10
重量%である。第2ホモポリマーが第1ホモポリマーと
混合されるとき、第2ホモポリマーもまた形成されるポ
リマーの約0.1〜約50重量%、好ましくは約10重
量%である。
【0006】コポリマー中のコモノマーの量は用いるコ
モノマーにより約0.1〜約70重量%の範囲内である
ことができる。コモノマーの量はコポリマーが溶融体中
でホモポリマーと相溶性であるようになければならず、
コポリマーは結晶化の間にブレンド中で共結晶化できね
ばならない。例えば、エチレンがコモノマーであると
き、それは8重量%までの量で存在することができる。
8重量%より大きいエチレン量は必要な溶融相溶性を与
えないであろう。そのような溶融相溶性は当業者により
容易に決定されることができる〔例えばローズ(Lohs
e),「ポリプロピレンとエチレンープロピレンコポリマ
ーとのブレンドの溶融混和性」,ポリマー・エンジニア
リング・アンド・サイエンス(Polymer Engineering an
d Science),1986年11月,Vol.26,No. 21,
pp.1500〜1509参照〕。こゝに用いたコモノ
マーはコポリマーを構成するモノマーの1つを意味す
る。本発明において用いるコポリマーはポリマー鎖主鎖
がオレフィンであることを意味するオレフィン基コポリ
マーであることができる。コポリマーはさらにランダム
コポリマー又はブロックコポリマーであることができ
る。ブロックコポリマーはモノマー単位が鎖上に比較的
長い交互シーケンスで生ずるものである。
【0007】第1ホモポリマーはポリオレフィンである
ことができる。第1ホモポリマーは例えばポリプロピレ
ン及びポリエチレンから選ばれることができる。好まし
くは第1ホモポリマーはポリプロピレン、より好ましく
はイソタクチックポリプロピレンである。コポリマーの
コモノマーは第1ホモポリマーがポリプロピレンである
ときエチレン及びαーオレフィンから選ばれ、エチレン
が好ましい。従って、第1ホモポリマーとしてのポリプ
ロピレンで使用されるコポリマーはプロピレンエチレン
及びプロピレンαーオレフィンであり、プロピレンエチ
レンが好ましい。ポリエチレンが第1ホモポリマーであ
るとき、コモノマーは例えばαーオレフィン、酢酸ビニ
ル及びアクリル酸メチルから選ぶことができ、αーオレ
フィンが好ましい。従ってポリエチレンが第1ホモポリ
マーであるときに使用されるコポリマーはエチレンαー
オレフィン、エチレン酢酸ビニル、及びエチレンアクリ
ル酸メチルである。αーオレフィンはブテン、ヘキセ
ン、オクテン及び4−メチルペンテンから選ぶことがで
きる。主条件はコポリマーがホモポリマーと溶融相溶性
であることである。
【0008】あるいは、第1ホモポリマーを第2ホモポ
リマーとブレンドすることができる。この場合に第1ホ
モポリマーはイソタクチック又はシンジオタクチックタ
クチシチーを示すホモポリマーであろう。第2ホモポリ
マーは第1ホモポリマーと同様のホモポリマーであろう
が、しかしその主鎖は、非立体規則性シーケンス、異な
る立体規則性のシーケンス、非立体規則性シーケンス及
び異なる立体規則性のシーケンス、又は孤立立体規則性
シーケンスに加えて第1ホモポリマーと同様のタクチシ
チーをもつであろう。第2ホモポリマーのそのような追
加シーケンスはおそらく第2ホモポリマーの結晶化度及
び結晶化温度を低下し、第1ホモポリマーが、球晶境界
に配置された第2ホモポリマーが結晶化する前に球晶を
形成することを可能にする。第2ホモポリマーの非立体
規則性シーケンス、異なる立体規則性のシーケンス、又
は非立体規則性シーケンス及び異なる立体規則性のシー
ケンスの組み合わせはジブロック、トリブロック又はマ
ルチブロック形態であろう。あるいは、第2ホモポリマ
ーは孤立立体規則性単位をランダム形態で含むことがで
きる。こゝに用いた非立体規則性シーケンス又は単位は
アタクチックシーケンス又は単位であり、異なる立体規
則性のシーケンスは、第1ホモポリマーがイソタクチッ
クホモポリマーであるときシンジオタクチックシーケン
スであり、第1ホモポリマーがシンジオタクチックホモ
ポリマーであるときイソタクチックシーケンスである。
一般に、必要とされることのすべては第2ホモポリマー
主鎖の一部が第1ホモポリマーのそれと同じであること
及び第2ホモポリマーの残部がホモポリマーを非立体規
則性シーケンス、異なる立体規則性シーケンス、その2
つの組み合わせ、又は孤立立体規則性単位で含むことで
ある。
【0009】例えば、第1ホモポリマーがイソタクチッ
クポリプロピレンであるならば、第2ホモポリマーはジ
ブロック、トリブロック又はマルチブロック形態におけ
るイソタクチック及びアタクチックポリプロピレン、又
はイソタクチック及びシンジオタクチックポリプロピレ
ンからなることができよう。あるいは第2ホモポリマー
は同様の配列におけるイソタクチック、シンジオタクチ
ック及びアタクチックポリプロピレンのブロックからな
ることができよう。最後に、第2ホモポリマーはランダ
ム形態で孤立アタクチック単位をもつイソタクチックポ
リプロピレンからなることができるであろう。ポリスチ
レンもまた前記のように第1及び第2ホモポリマーとし
て使用できる。第1ホモポリマーのそれと同じでなけれ
ばならない(同様のタクチシチーを示す)第2ホモポリ
マー主鎖の量は第2ホモポリマーが結晶化し、それによ
り第1ホモポリマーにより形成された球晶の隣接球晶境
界を横切るラメラの端に付着することができる有効量で
ある。第1ホモポリマーのそれと異ならねばならない第
2ホモポリマーの量は第1ホモポリマーを最初に球晶に
結晶化させ、球晶境界に存在する第2ホモポリマーを第
1ホモポリマーの球晶が生じた後隣接球晶のラメラを横
切って共結晶化させる有効量である。第1ホモポリマー
のそれと同じでなければならない第2ホモポリマー主鎖
の量は少なくとも約5%である。第1ホモポリマーのそ
れと異ならねばならない第2ホモポリマー主鎖の量は少
なくとも約0.5%である。第2ホモポリマーの一部は
第1ホモポリマーの球晶ラメラ間に残留し、共結晶化
し、第1ホモポリマーの球晶内の隣接ラメラ内に付着
し、それによりタイモレキュール濃度を増加し、さらに
ポリマーのタフネスを高めることができる。こゝに用い
た第1ホモポリマーのそれと異なるという語により非立
体規則性シーケンス、及び(又は)異なる立体規則性の
立体規則性シーケンス、あるいはランダム型の孤立非立
体規則性単位を意味する。
【0010】そのような第2ホモポリマーは当業者によ
り容易に製造することができる〔例えばジャーナル・オ
ブ・ジ・アメリカン・ケミカル・ソサイエティー(J. A
m. Chem. Soc.),1990,112,2030〜203
1,「rac−〔エチリデン(1−η5 −テトラメチル
シクロペンタジエニル)(1−η5 −インデニル)〕ジ
クロロチタン及びそのプロピレンの結晶性ー無定形ブロ
ック熱可塑性エラストマーへの単独重合」,マリンほか
(Mallin, Rausch, Lin, Dong and Chien);マクロモレ
キュールズ(Macromolecules) ,Vol.25,No. 4,1
992,1242〜1252,「結晶性ー無定形ブロッ
クポリプロピレン及び非対称アンサーメタロセン触媒重
合」,リナスほか(Linas, Dong, Mallin, Rausch, Li
n, Winter, and Chien);マクロモレキュールズ(Macro
molecules) ,1990,23,3559〜3568,
「rac−Et〔Ind〕2 ZrCl2 /MAO触媒の
立体化学的制御の程度及びアニソタクチックポリプロピ
レン1 の性質」,リーガほか(Rieger, Mu, Mallin, Ra
usch, and Chien)参照〕。第1ホモポリマーがポリプロ
ピレンであるとき、第2ホモポリマーは非立体規則性シ
ーケンス中に孤立メチル基をもつポリプロピレンであろ
う。おそらく、第2ホモポリマーの非立体規則性シーケ
ンス又はコポリマーのコモノマーは結晶化度を破壊し、
従って、それぞれホモポリマー及びコポリマーの結晶化
温度を低下する。
【0011】第1ホモポリマーをコポリマー又は第2ホ
モポリマーとブレンドした後、ブレンドを溶融し、次い
で特定ブレンドの結晶化温度及び結晶化速度論により指
令される速度で冷却させる。これは当業者により容易に
決定される。第1ホモポリマーは、球晶境界においてコ
ポリマー又は第2ホモポリマーが結晶化し始める前に球
晶を完全に形成しなければならない。これは主結晶化
が、球晶境界における第2ホモポリマー又はコポリマー
の結晶化の発生前に第1ホモポリマー中に完了されねば
ならないことを意味する。主結晶化は第1半結晶性ホモ
ポリマーの球晶形成の間に生ずる。所望冷却速度は第1
ホモポリマーとコポリマー、又は第1ホモポリマーと第
2ホモポリマーの間の結晶化温度及び結晶化速度の差の
関数であろう。差が大きいほど冷却速度が速いことがで
きる。第1ホモポリマーとコポリマー又は第2ホモポリ
マーとの結晶化温度の差は約20〜約100℃、好まし
くは約50〜約100℃であり、コポリマー又は第2ホ
モポリマーの結晶化温度が低い。
【0012】球晶形成の間に、おそらく第1ホモポリマ
ーが最初に結晶化するが、しかし第2ホモポリマー又は
コポリマーの結晶性セグメントをそれとともに共結晶化
させるであろう。しかし、コポリマー又は第2ホモポリ
マーの非結晶性セグメントは球晶内又は間の隣接ラメラ
間から排除されるであろう。球晶の体内にあるコポリマ
ー又はホモポリマー鎖の結晶性セグメントは隣接ラメラ
に付着し、ラメラ間タイモレキュール濃度を増加するこ
とによりこれらのラメラ間の結合を強化する。球晶境界
にあるコポリマー又はホモポリマー鎖の結晶性セグメン
トは隣接境界を横切ってラメラに付着し、球晶間タイモ
レキュールの濃度を高める。このようにして球晶及びラ
メラ間の分子の結合が強化され、改良された破壊耐性及
び機械的性能を生ずる。以下の実施例は例示であり、決
して限定ではない。
【0013】実施例1 35メルトフローレートポリプロピレンホモポリマー9
00gを、エチレン単位5.1%を含む30.1メルト
フローレートエチレンプロピレンランダムコポリマー
00gと組合わせた。次いで2つのポリマーをプラスチ
ック袋中の混合によりドライブレンドした。次いで混合
物を180℃の温度で押出し、ペレット化した。次いで
10ペレットを2アルミニウムシート間に置き、それを
次に圧縮成形用金型中に置き、200℃で1分間溶融さ
せた。106760N(24000ポンド)の圧力を溶
融体を含む0.3m×0.3m(12”×12”)金型
に適用した。次いで物質を5℃毎分の速度で冷却し、1
30℃で30分間圧力下に保持した。次いで物質を金型
から取出し、アルミニウムシートを剥がした。 実施例2 200メルトフローレートポリプロピレンホモポリマー
6.3gを、ジャーナル・オブ・ジ・アメリカン・ケミ
カル・ソサイエティー(J. Am. Chem. Soc.),199
0,112,2030〜2031,「rac−〔エチリ
デン(1−η5 −テトラメチルシクロペンタジエニル)
(1−η5 −インデニル)〕ジクロロチタン及びそのプ
ロピレンの結晶性−無定形ブロック熱可塑性エラストマ
ーへの単独重合」,マリンほか(Mallin, Rauch, Lin,
Dong and Chien)に従って、単に30℃で重合すること
により製造した結晶性−無定形ブロックポリプロピレン
0.7gと組合わせた。2つのポリマーを紙コップ中の
混合によりドライブレンドした。次いで混合物を190
℃の温度で押出し、ペレット化した。次いで5gを圧縮
成形用金型中、2アルミニウムシート間、引張金型厚さ
0.001m(0.020インチ)、幅0.003m
(0.1インチ)、長さ0.025m(1インチ)内に
置き、200℃で2分間、わずかの圧力下に溶融させ
た。22240N(5000lbs)の圧力を、溶融体
を含む0.3m×0.3m(12”×12”)定盤に適
用した。次いで金型及びアルミニウムを水冷定盤間に移
すことにより物質を約100℃毎分の速度で冷却した。
衝撃試験片は、引張試験片の若干をとり、上記と同様の
成形条件を用いてそれらをアイゾット型衝撃試験片に再
成形することにより製造した。このブレンドの引張特性
は、200メルトフローレート基ポリプロピレン単独に
対する5.7%に比べて300%の伸びを示す。衝撃エ
ネルギーは基ポリプロピレンに対する0.05J(0.
04フィート・ポンド)に比べてブレンドに対して0.
5J(0.4フイート・ポンド)であった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 米国特許3888949(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08L 1/00 - 101/16 WPI/L(QUESTEL)

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 多量の第1半結晶性ホモポリマー及び少
    量の第2半結晶性ホモポリマー又は半結晶性コポリマー
    を含み、前記第2半結晶性ホモボリマー又は半結晶性コ
    ポリマーが前記第1半結晶性ホモポリマーの球晶境界及
    びラメラ間に配置される強化された球晶境界及び大きい
    ラメラ間強度をもつポリマー組成物。
  2. 【請求項2】 第1半結晶性ホモポリマーがポリプロピ
    レン及びポリエチレンからなる群から選ばれる、請求項
    1に記載の組成物.
  3. 【請求項3】 第1半結晶性ホモポリマーがポリプロピ
    レンであり、半結晶性コポリマーがプロピレンエチレン
    である、請求項1に記載の組成物。
  4. 【請求項4】 第1半結晶性ホモポリマーがタクチシチ
    ーをもつホモポリマーであり、第2ホモポリマーが前記
    第1ホモポリマーと同様のホモポリマーであり、前記第
    2ホモポリマーが有効量の、ジブロック、トリブロッ
    ク、又はマルチブロック形態の非立体規則性シーケン
    ス、異なる立体規則性のシーケンス、非立体規則性シー
    ケンス及び異なる立体規則性のシーケンス、並びにラン
    ダム形態の孤立非立体規則性単位からなる群から選ばれ
    るシーケンスに加えて有効量の前記第1ホモポリマーと
    同様のタクチシチーをもつ、請求項1に記載の組成物。
  5. 【請求項5】 第1ホモポリマーがイソタクチックホモ
    ポリマーであるときに該非立体規則性シーケンスアタ
    クチックシーケンスであり、該異なる立体規則性シーケ
    ンスがシンジオタクチックシーケンスであり、第1ホモ
    ポリマーがシンジオタクチックホモポリマーであるとき
    該非立体規則性シーケンスアタクチックシーケンス
    であり、該異なる立体規則性シーケンスがイソタクチッ
    クシーケンスである、請求項4に記載の組成物。
  6. 【請求項6】 第1半結晶性ホモポリマーがポリプロピ
    レンである、請求項5に記載の組成物。
  7. 【請求項7】 第1半結晶性ホモポリマーがイソタクチ
    ックポリプロピレンであり、第2半結晶性ホモポリマー
    がアタクチックポリプロピレンとのマルチブロック形態
    のイソタクチックポリプロピレンである、請求項4に記
    載の組成物。
  8. 【請求項8】 第1ホモポリマーと同様のタクチシチー
    の有効量が少なくとも5%である、請求項4に記載の組
    成物。
  9. 【請求項9】 ジブロック、トリブロック、又はマルチ
    ブロック形態の非立体規則性シーケンス、異なる立体規
    則性のシーケンス、非立体規則性シーケンス及び異なる
    立体規則性のシーケンス、並びにランダム形態の孤立非
    立体規則性単位からなる群から選ばれるシーケンスの有
    効量が少なくとも0.5%である、請求項4に記載の組
    成物。
  10. 【請求項10】 高い球晶境界及びラメラ間強度をもつ
    ポリマー組成物を形成する方法であって、: (a)第1半結晶性ホモポリマーと半結晶性コポリマー
    又は第2半結晶性ホモポリマー(前記半結晶性コポリマ
    ー又は前記第2半結晶性ホモポリマーは前記第1半結晶
    性ホモポリマーより低い結晶化温度をもつ)とを混合し
    てポリマー混合物を形成する段階; (b)前記ポリマー混合物(前記半結晶性コポリマーと
    前記第1半結晶性ホモポリマー又は前記第2半結晶性ホ
    モポリマーと前記第1半結晶性ホモポリマーは溶融相溶
    性である)を溶融する段階; (c)前記溶融ポリマー混合物を、前記第1半結晶性ホ
    モポリマーに球晶を形成させるに足る速度で冷却し、そ
    の後冷却を続けて前記半結晶性コポリマー又は前記第2
    半結晶性ホモポリマーを球晶境界で結晶化させることに
    より結晶化する段階; を含む方法。
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