JP3372074B2 - ポリエチレン組成物 - Google Patents
ポリエチレン組成物Info
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Description
ション、ダイスウェル比等)、流動特性(加工特性
等)、機械特性(耐衝撃性、引張強度等)等に優れ、分
子量分布のきわめて広いポリエチレン組成物に関し、特
に低温時の機械的特性に優れ、メルトテンション、ダイ
スウェル比が大きいところから、ガソリンタンクなどの
大型中空成形品、大口径パイプなどの押出成形品等に適
するポリエチレン組成物に関する。
ン・α−オレフィン共重合体の分子量分布を広くする方
法が報告されている(例えば特開昭57−21409号
公報、特公昭63−47741号公報等)が、このよう
に単に分子量分布を広くするのみでは、溶融弾性や機械
的特性、特に低温時の機械的特性は改善されず、かえっ
て大幅に低下する。また機械的特性および流動特性の改
良については、高分子量成分と低分子量成分とからなる
エチレン・α−オレフィン共重合体の高分子量成分の短
鎖分岐度を特定し、かつ高分子量成分に短鎖分岐を多く
導入して、機械的特性、流動性のみならず、耐環境応力
亀裂性(ESCR)も改良する試みがなされている(特
開昭54−100444号公報、特公昭64−7096
号公報)。しかし、これらにおいても機械的特性、特に
低温時の機械的特性や溶融弾性は満足し得るものではな
い。更に、特開平2−305811号公報においては、 耐衝撃
性、ESCR、ピンチオフ融着性を改良する目的で、触
媒と2段重合の重合条件を特定する方法が提案されてい
るが、この方法では、ESCRや溶融弾性の点で若干の
改良がみられるが、機械的特性、特に低温時の機械的特
性を改良するには不十分である。その他にも、中空成形
用ポリエチレン組成物として、耐ドローダウン性、ダイ
スウェル比やESCRを改良したもの(特開昭59−8
9341号、特開昭60−20946号公報等)が開示
され、また2段重合法の欠点を改善する方法として3段
重合法が提案されている(特公昭59−10724号、
特開昭62−25105号、同62−25106号、
同62−25107号、 同62−25108号、同6
2−25109号公報等)。これらにおいても、前記溶
融弾性や流動特性は未だ不十分であり、特に低温時の機
械的特性には改善がみられない。
み、溶融弾性(メルトテンション、ダイスウェル比等)、
流動特性(加工特性等)、機械特性(耐衝撃性、引張強
度等)等の各種物性のバランスに優れ、分子量分布のき
わめて広いポリエチレン組成物であって、特に低温時の
機械的特性に優れ、メルトテンション、ダイスウェル比
が大きいため、ガソリンタンクなどの大型中空成形品、
大口径パイプなどの押出成形品等に適するポリエチレン
組成物を提供することを目的とするものである。
に沿って鋭意検討した結果、特定の高分子量成分と、分
子間の短鎖分岐分布がきわめて広い特定のエチレン・α
−オレフィン共重合体または短鎖分岐の存在しないエチ
レン単独重合体からなる低分子量成分とを配合すること
により、溶融弾性、流動特性、機械的特性等の各種物性
のバランスに優れ、特に低温時の機械的特性に優れたポ
リエチレン組成物が得られることを見出して本発明に到
達した。すなわち本発明は、 (I)下記(a)および(b)を満足する高分子量のエチレ
ン単独重合体 またはエチレン・α-オレフィン共重合体
1〜50重量%、 (a)極限粘度(η1)9〜45dl/g (b)密度(d1)0.890〜0.935g/cm3 および (II)固体担体に担持された高活性を有するチグラー型
触媒で重合した、下記(c)〜(f)を満足する低分子量の
エチレン単独重合体 またはエチレン・α-オレフィン共
重合体99〜50重量% (c)極限粘度(η2)0.3〜3.0dl/g (d)密度(d2)0.890〜0.980g/cm3 (e)連続昇温溶出分別法による溶出温度−溶出量曲線に
おいて、 溶出温度90℃以上の曲線下の面積Iaに対
する溶出温度25〜90℃の該面積Ibの比S(Ib/
Ia)が次式から計算されるS1以下、 S1=20η2 −1exp[−50(d2−0.900)] (f)25℃オルソジクロロベンゼン可溶分 W重量%が
次式から計算されるW1 以下、 W1=100η2 −0.5exp[− 50η2 0.5(d2− 0.900)] からなる混合物であって、かつ該混合物の極限粘度
(η)が1〜10dl/g、密度(d)0.890〜0.97
0g/cm3および次式数2から計算されるN−値が1.7〜
3.0であるポリエチレン組成物を提供するものであ
る。
高分子量成分(I)とは、 エチレン単独重合体またはエ
チレン・α−オレフィン共重合体であり、該共重合体の
α−オレフィンとしては、炭素数3〜18のものが用い
られ、特に炭素数4〜10のものが機械的特性の点から
好ましい。具体的には、1−ブテン、1−ペンテン、1
−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテン、1−オクテ
ン、1−ノネン、1−デセン等が挙げられる。なおα−
オレフィンは2種以上併用しても差し支えない。上記高
分子量成分(I)であるエチレン単独重合体またはエチ
レン・α-オレフィン共重合体は、 (a)極限粘度
(η1)が9.0〜45dl/g、 好ましくは10〜40dl/
g、 更に好ましくは12〜40dl/g の範囲のものが用
いられる。 η1が9.0dl/g 未満では、得られた組成物
の溶融弾性および機械的特性が低下し、また45dl/g
を超えると、 成形品の表面荒れやフィッシュアイの発
生など成形加工性が低下する。また成分(I)の(b)密
度(d1)は、 0.890〜0.935g/cm3の範囲、好
ましくは0.890〜0.930g/cm3が用いられる。d1
が0.890g/cm3未満のものは製造が困難である上に、
得られた組成物のベタつきの原因となるため好ましくな
い。 一方d1が0.935g/cm3を超えるときは、組成物
の機械的特性、特に低温時の機械的特性が低下するため
好ましくない。
は、固体担体に担持された高活性を有するチグラー型触
媒で重合されたエチレン単独重合体またはエチレン・α
−オレフィン共重合体である。エチレン・α−オレフィ
ン共重合体のα−オレフィンとしては、成分(I)の場
合と同様に炭素数3〜18のものが使用され、好ましく
は炭素数4〜10であり、 特に前記同様1−ブテン、
1−ペンテン、1−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテ
ン、1−オクテン、1−ノネン、1−デセン等が機械的
特性などの点で好ましい。なおα−オレフィンは2種以
上併用しても差し支えない。上記成分(II)の(c)極限
粘度(η2)は0.3〜3.0dl/g の範囲であり、好まし
くは0.6〜3.0dl/g の範囲である。η2が0.3dl/g
未満では、得られた組成物の機械的特性、特に低温時の
機械的特性が低下し、一方3.0dl/g を超えると、その
流動特性が低下するのでいずれも好ましくない。また成
分(II)の(d)密度(d2)は、0.890〜0.980g
/cm3の範囲、好ましくは0.900〜0.976g/cm3の
範囲が用いられる。d2が0.890g/cm3未満のものは
製造が困難である上に、得られた組成物のベタつきの原
因となるので好ましくない。他方0.980g/cm3を超え
るときは、製造が困難であるのみならず、得られた組成
物の機械的特性が低下するため同様に好ましくない。
(e)の条件は、短鎖分岐を多く含む高分岐度成分は溶剤
中へ低温で溶解するが、短鎖分岐の少ない低分岐度成分
は高温でなければ溶剤に溶解しない性質を利用して、分
岐分布を定量的に規定したものである。 すなわち溶剤
への溶解温度から分岐分布を測定する L. Wild らの連
続昇温溶出分別法(Temperature Rising Elution Fract
ionation(TREF);Journalof Polymer Science:Polyme
r Physics Edition, Vol.20, 441-455(1982))による溶
出温度−溶出量曲線において、溶出温度90℃以上の曲
線下の面積Iaと溶出温度25〜90℃の同面積Ibと
の間に特定の関係が成立することが必要であり、本発明
においては図1の模式図に示される面積比S=Ib/I
aの値が次式から求められるS1以下でなければならな
い。 S1=20η2 -1exp[- 50(d2- 0.900)] Sの値がS1を超えると、 分岐分布がほぼ均一に近づく
結果、機械的特性、特に低温時の機械的特性に対してき
わめて有効な高分岐度成分が相対的に減少することとな
り好ましくない。
オルソジクロロベンゼン可溶分は、溶出温度が低過ぎて
上記の連続昇温溶出分別法では定量され得ない程度に、
きわめて多量の分岐を有する成分の量を表すもので、極
限粘度および密度に対応した特定の値であることが必要
である。しかしながら、これはまた有用でない低分子量
成分の存在を示すものでもあり、この低分子量成分はで
きるだけ排除することが必要である。このためには、該
可溶分 W重量%が次式から求められるW1以下でなけれ
ばならない。好ましくはW2以下である。 W1=100η2 -0.5exp[- 50η2 0.5(d2- 0.900)] W2= 90η2 -0.5exp[- 50η2 0.5(d2- 0.900)] Wの値がW1以上では、 きわめて多量の分岐を有する成
分の外に有用でない低分子量成分が存在することを示し
ており、機械的特性、特に低温時の機械的特性が低下す
ることになる。
の配合割合は、成分(I)1〜50重量%、成分(II)
99〜50重量%である。特にガソリンタンクなどの大
型中空成形品については、それぞれ30〜50重量%お
よび70〜50重量%が好ましい。 成分(I)の量が1
重量%未満では溶融弾性および機械的特性、特に低温時
の機械的特性が低下し、一方、50重量%を超えるとき
は流動特性が低下するため、いずれも好ましくない。
ように(I)、(II)両成分の配合により得られるが、
配合後の組成物の性状は特定の範囲になければならな
い。 すなわちポリエチレン組成物の極限粘度(η)は
1〜10dl/g であり、 好ましくは1.5〜9dl/g であ
る。 ηが1dl/g 未満では溶融粘度および機械的特性、
特に低温時の機械的特性が低下し、 一方、10dl/g を
超えるときは流動特性が低下するため、いずれも好まし
くない。またポリエチレン組成物の密度(d)は 0.8
90〜0.970g/cm3であり、好ましくは0.900〜
0.970g/cm3である。 dが0.890g/cm3未満では
製造が困難である上に該組成物のベタつきの原因とな
り、また0.970g/cm3を超えるときは、機械的特性が
低下する。更に、ポリエチレン組成物のN−値が1.7
〜3.0であることが必要であり、好ましくは 1.7〜
2.8である。N−値が1.7未満では高速成形性が低下
し、3.0を超えるときはメルトフラクチャーが生じや
すくなる。
法については、該組成物の各成分が特定の条件を満たす
ものであれば、特に制限はない。例えば成分(I)およ
び成分(II)をそれぞれ1段重合で単独に製造した後、
公知の方法で両者を混合してもよく、または2段もし
くはそれ以上の多段重合により、公知の重合方法で製造
してもよい。2段重合もしくはそれ以上の多段重合によ
る方法で製造した組成物と、各成分を個別に重合した後
に混合して得られた組成物はいずれも同等の性質を有す
る。前者の混合により製造する場合には、一軸もしくは
二軸押出機またはバンバリーミキサーなどで混練する方
法、あるいは溶液混合法など公知の方法を使用すること
ができる。後者の多段重合による方法とは、複数個の反
応器を使用して、例えば第1段の反応器を成分(I)に
相当する高分子量の重合体の重合条件に保持し、第2段
の反応器を成分(II)の低分子量重合体の重合条件に保
持して、第1段で生成した重合体を連続的に第2段に流
通させポリエチレン組成物を製造する方法である。ただ
し、(I)、(II)各成分はいずれの反応器において製
造されてもよく、 製造順序・段数は特に限定されるも
のではない。上記いずれの場合も、反応形式については
特に制限はなく、スラリー法、気相法、溶液法、高圧イ
オン法など各種の方法を用いることができる。また重合
触媒は、例えばチグラー型触媒を使用することができ
る。これらの方法における反応温度、圧力などの周知の
操作条件は、例えば、化学工学、47、〔5〕(198
3)藤田、牛田、p329およびコンバーテック(19
90.1)土居、p77に記載されている。また、後記
の、実施例および比較例に使用される成分(II)である
B1〜B5の製造例からわかるように、コモノマーの供給
量を少なくして重合すると高分岐度成分が少なくなり、
W値が小さくなりやすく、さらに重合温度および圧力を
高くすると分岐度分布が狭くなるのでS値が大きく、W
値が小さくなる傾向がある。
に担持された高活性のチグラー型触媒であることが必要
であり、以下にその詳細を述べる。高活性チグラー型触
媒は、無機質固体担体、例えば金属マグネシウム、水酸
化マグネシウム、炭酸マグネシウム、酸化マグネシウ
ム、各種アルミナ、シリカ、シリカアルミナ、塩化マグ
ネシウム等、またはマグネシウムと、ケイ素、アルミニ
ウム、カルシウムから選ばれる元素とを含む複塩、複酸
化物、含水炭酸塩、含水ケイ酸塩等、更にはこれらの無
機質固体担体を含酸素化合物、含硫黄化合物、炭化水
素、ハロゲン含有物質で処理または反応させたものなど
の無機質固体担体に、遷移金属化合物、例えばチタン、
バナジウム、ジルコニウム、クロム等の金属のハロゲン
化物、アルコキシハロゲン化物、酸化物、ハロゲン化酸
化物等を担持させたものを固体成分として用い、これに
第 I〜IV 族金属の有機化合物、好ましくは亜鉛または
アルミニウムの有機金属化合物を組み合わせたもの、あ
るいはこれらを更にα−オレフィンと接触させて前処理
したものなどであり、通常触媒活性が 50g−ポリマー
/g−触媒・hr・kg/cm2−オレフィン圧 以上、 好まし
くは100g−ポリマー/g-触媒・hr・kg/cm2−オレフ
ィン圧 以上のものである。以上の中でも、ハロゲン化
マグネシウムを含む高活性のチーグラー型触媒が特に好
ましい。
本発明の要旨を逸脱しない範囲で高・中・低密度ポリエ
チレン、 直鎖状低密度ポリエチレン、 超低密度ポリエ
チレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−ア
クリル酸エチル共重合体、エチレン−メタクリル酸エチ
ル共重合体、ポリプロピレン等の他のオレフィン系重合
体、ゴム等または酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定
剤、滑剤、帯電防止剤、ブロッキング防止剤、加工助
剤、着色顔料等の公知の添加剤を配合して用いることが
できる。
が、本発明はそれらに限定されるものではない。まず、
本発明で使用する試験法を示す。 (1)極限粘度 135℃デカリン溶液中で[η]を測定した。 (2)密度 JIS K6760の規定による密度勾配管法(23
℃)で測定した。 (3)連続昇温溶出分別法(TREF) 前記の通り、L. Wild らの方法に従った。 (4)連続昇温溶出分別法による面積比(S) 前記および図1の通り。 (5)25℃オルソジクロロベンゼン可溶分(W) 試料 0.5g を20ml のオルソジクロロベンゼン(O
DCB) 中において、135℃で2時間加熱し、試料
を完全に溶解した後、25℃まで2時間で冷却する。こ
の溶液を25℃で一晩放置後、テフロン製フィルターで
濾過して濾液を採取し、赤外分光光度計でメチレンの非
対称伸縮振動の波数2950cm-1に対する吸収を測定
し、この結果からあらかじめ作成した検量線により濾液
中の試料濃度を定量する。 (6)N−値 高化式フローテスター(島津製作所製)を使用し樹脂温
度210℃で2mmφ×40mm のダイから押出し、 低位
試験圧力20kg/cm2および高位試験圧力150kg/cm2で
の見かけの剪断速度を求め、次式数3により算出する。
℃、荷重21.6kg) (8)引張降伏強さ(YTS) JIS K6760の規定による。(引張速度50mm/mi
n、試験片厚み2mm) (9)引張衝撃値(TIS) ASTM D1822に準拠して測定。(試験片厚み1.
5mm) (10)アイゾット衝撃値(IIS) JIS K7110に準拠し、−40℃で以下の方法に
より測定した。試料からプレスにより、厚み3mm のシ
ートを作製する。 試験片の形状は2号Aとする。 試料
の調整はいずれも23℃、湿度50%で88時間行った
後、 更に−40℃に温度調節された低温室中に約3時
間保持した後、低温室内で−40℃で測定する。試験片
はそれぞれ5個作製し、5回の測定の平均値を用いる。 (11)メルトテンション(MT) 東洋精機(株)製のメルトテンションテスターにより測
定。(測定温度190℃) (12)ダイスウェル比(DSR) 高化式フローテスターを用いて温度210℃で試料を押
出し、ストランドの径とダイの内径との比を求める。
剪断速度が100sec-1に相当する押出速度で測定し
た。 (13)耐環境応力亀裂性(ESCR) JIS K6760による定ひずみESCRのF50の値
を求める。
シウムを一成分とする固体担体に四塩化チタンを担持し
た固体触媒と トリエチルアルミニウム(TEA)の助触媒
とを用いて、 N2雰囲気下で表1に示す重合条件で1
段重合を行い、高分子量重合体A1〜A4を製造した。回
収した重合生成物の物性を表1に示す。上記重合体のう
ち、A1およびA2は本発明の基準を満足するが、A3お
よびA4はそれぞれ極限粘度および密度の点で本発明の
基準から外れるものである。 〔低分子量重合体の製造〕 上記高分子量重合体の場合と同様の反応器および同系統
の触媒を用いて、 N2雰囲気下で表2に示す重合条件
で1段重合を行い、低分子量重合体B1、B2、B4およ
びB5を製造した。またB3は他の触媒を用いて製造し
た。回収した重合生成物の物性を表2に示す。上記重合
体のうち、B1、B2およびB5は本発明の基準を満足す
るが、B3およびB4はそれぞれWおよびSの値が本発明
の基準から外れるものである。 〔組成物の調製〕 前記重合体を用い、溶液混合法により以下のブレンド条
件でポリエチレン組成物を調製して、実施例および比較
例に供し、その物性を評価した結果を表3から表6に示
した。 〈ブレンド条件〉 雰囲気 :N2 溶 媒 :キシレン(4.5l) 試料量 :合計200g 温 度 :200℃ 時 間 :2時間 析出溶媒:−20℃メタノール(8l) 洗浄溶媒:ヘキサン 洗 浄 :キシレン臭がなくなるまで 乾 燥 :室温から110℃まで ポリマー回収率:ほぼ100%
とした市販品のうち、下記銘柄について評価した結果を
表7に示した。 (1)ショウレックス 4551H (昭和電工(株)) (2)ハイゼックス 8200B (三井石油化学工業
(株)) (3)ユカロンHD BZ80 (三菱油化(株)) (4)東燃ポリエチレン B5551 (東燃石油化学(株)) (5)ノバテック BR300 (三菱化成工業(株))
反応器を使用し、無水塩化マグネシウムを一成分とする
固体担体に四塩化チタンを担持した固体触媒とトリエチ
ルアルミニウムの助触媒とを用いて、 N2雰囲気下で表
6に示す第1段の重合条件により、連続的に低分子量成
分の重合を行った。これらの重合物を連続的に未反応ガ
ス分離槽に導入して未反応ガスを分離した。引続き、内
容積30lの撹拌型反応器を用いて、表8に示す第2段
の重合条件で連続的に高分子量成分の重合を行った。各
段における重合生成物の量をそれぞれ熱収支から計算し
たが、その合計量は最終的に回収した重合生成物量と一
致した。第1段および第2段反応器より回収した重合生
成物の物性について、測定した結果を表9に示した。ま
た第2段反応器で生成した高分子量成分の物性は計算よ
り求めた。
型反応器を使用し、実施例9および10と同様の触媒を
用いてN2雰囲気下で、表10に示す第1段の重合条件
により、 連続的に高分子量成分の重合を行った。これ
らの重合物を連続的に未反応ガス分離槽に導入して未反
応ガスを分離した。引続き、内容積70lの撹拌型反応
器を用いて表10に示す第2段の重合条件で連続的に低
分子量成分の重合を行った。各段における重合生成物の
量をそれぞれ熱収支から計算したが、その合計量は最終
的に回収した重合生成物量と一致した。第1段および第
2段反応器より回収した重合生成物の物性について、測
定した結果を表11に示した。また第2段反応器で生成
した低分子量成分の物性は計算より求めた。
して図2〜図4に示した。これらの結果から、本発明の
ポリエチレン組成物は、同じHLMFRを示す市販品な
どに比べて、MT、DSRおよびIIS(−40℃)が
優れていることが明かである。従って、溶融弾性、流動
特性、機械的特性等に優れ、特に低温時の機械的特性に
優れたポリエチレン組成物であることがわかる。
性、流動特性、機械特性等のバランスに優れた分子量分
布の極めて広い組成物であり、具体的には次の特徴を有
する。 (1)低温アイゾット衝撃値などの低温時の機械的特
性、耐寒性に優れている。 (2)メルトテンション、ダイスウェル比等の溶融弾性
および流動特性に優れているため、高速成形性などの成
形加工性が良好である。 上記の長所を有する結果、各種フィルム、シート、パイ
プ、中空容器、各種被覆材料、発泡材料等に使用される
が、特に溶融弾性が著しく優れているため、ガソリンタ
ンク等の大型中空容器用組成物として有用である。
溶出量の関係を示す図である。
−メルトテンションの関係を示す図である。
ある。
関係を示す図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 (I)下記(a)および(b)を満足する高
分子量の エチレン単独重合体またはエチレン・α−オ
レフィン共重合体1〜50重量%、 (a)極限粘度(η1)9〜45dl/g (b)密度(d1)0.890〜0.935g/cm3 および(II)固体担体に担持された高活性を有するチグ
ラー型触媒で重合した、下記(c)〜(f)を満足する低分
子量のエチレン単独重合体またはエチレン・α−オレフ
ィン共重合体99〜50重量% (c)極限粘度(η2)0.3〜3.0dl/g (d)密度(d2)0.890〜0.980g/cm3 (e)連続昇温溶出分別法による溶出温度−溶出量曲線に
おいて、 溶出温度90℃以上の曲線下の面積Iaに対
する溶出温度25〜90℃の該面積Ibの比S(Ib/
Ia)が次式から計算されるS1以下、 S1=20η2 −1exp[−50(d2−0.900)] (f)25℃オルソジクロロベンゼン可溶分 W重量%が
次式から計算されるW1以下、 W1=100η2 −0.5exp[−50η2 0.5(d2−0.900)] からなる混合物であって、かつ該混合物の極限粘度
(η)が1〜10dl/g、密度(d)0.890〜0.97
0g/cm3および次式数1から計算されるN−値が1.7〜
3.0であるポリエチレン組成物。 【数1】 - 【請求項2】 前記高分子量のエチレン単独重合体も
しくはエチレン・α−オレフィン共重合体を、ハロゲン
化マグネシウム化合物を含む高活性のチグラー系触媒で
製造することを特徴とする請求項1に記載のポリエチレ
ン組成物。 - 【請求項3】 前記高分子量のエチレン・α−オレフ
ィン共重合体および低分子量のエチレン・α−オレフィ
ン共重合体が、エチレンと炭素数3〜18のα−オレフ
ィンとの共重合体からなることを特徴とする請求項1ま
たは2に記載のポリエチレン組成物。
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