JP3803155B2 - ポリエチレン製成形体 - Google Patents
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Description
【発明の技術分野】
本発明は、中空成形体、パイプ成形体、インフレーションフィルムなどのポリエチレン製成形体に関し、さらに詳しくは、従来公知のエチレン系重合体またはエチレン系重合体組成物からなる成形体と比較して機械強度等に優れたポリエチレン製成形体に関するものである。
【0002】
【発明の技術的背景】
エチレン単独重合体、エチレン・α−オレフィン共重合体などのエチレン系重合体からなるポリエチレン製成形体は、たとえば化粧瓶、洗剤瓶などの小型容器、灯油缶、工業用薬品缶などの中型容器、自動車用燃料タンク、ドラム缶などの大型容器などの中空成形体、下水道用パイプ、上水道用パイプ、ガスパイプなどのパイプ成形体、スーパーマーケットのレジ袋等に用いられるインフレーションフィルムなどとして広く使用されている。
【0003】
これらのポリエチレン製成形体のうち中空成形体は、環状のダイスから筒状の溶融樹脂(パリソン)を押し出し、次にこのパリソンを金型で挟み、圧空を吹き込み賦形するブロー成形により製造される。一般に、大型容器をブロー成形する場合、パリソンが自重で垂れ下がる現象(ドローダウン)が発生したり、賦形時に偏肉が発生して成形体の形状が悪くなることがある。このドローダウンを小さくするためには、メルトテンション(溶融張力)が大きいエチレン系重合体を選択する必要がある。また、成形体の偏肉を小さくするため、または成形体のピンチオフ形状をよくするためには、スウェル比が大きいエチレン系重合体を選択する必要がある。さらに、中空成形体の要求特性として衝撃強度、ESCR等が挙げられ、また最近は、経済性向上のため剛性の向上も求められている。
【0004】
ところで、塩化マグネシウム担持型チタン系触媒に代表されるチーグラー・ナッタ型触媒により製造されたエチレン系重合体は、長鎖分岐がほとんど存在せず、剛性、衝撃強度に優れているが、Cr系フィリップス型触媒により製造されたエチレン系重合体に比べて成形性に劣っているため、賦形時に偏肉が発生することがある。一方、高圧法により製造されたエチレン共重合体およびCr系フィリップス型触媒により製造されたエチレン共重合体は、チーグラー・ナッタ型触媒により製造されたエチレン共重合体に比べ、メルトテンションおよびスウェル比が高いため、ピンチオフ形状が良好であるなど成形性に優れているが、長鎖分岐が存在するため剛性、衝撃強度に劣っている。
【0005】
このようなエチレン系重合体の特性を向上させようとする方法が種々提案されている。たとえば特開昭55−12735号公報には、チーグラー・ナッタ型触媒により製造されたポリエチレンと、高圧法により製造されたポリエチレンとのブレンド物が記載されている。また特開昭60−36546号公報には、チーグラー・ナッタ型触媒により製造されたポリエチレンと、Cr系触媒により製造されたポリエチレンとのブレンド物が記載されている。しかしながらこれらのポリエチレンブレンド物は、チーグラー・ナッタ型触媒により製造されたエチレン系重合体に比べて、成形性は向上されているが、剛性および耐衝撃強度に劣っている。
【0006】
このためもし従来のエチレン系重合体からなる中空成形体に比べ、機械強度、剛性のバランスに優れたポリエチレン製中空成形体が出現すれば、その工業的価値は極めて大きい。
【0007】
ポリエチレン製成形体のうちパイプ成形体は、パイプ疲労特性、機械強度などが要求される。パイプ疲労特性の試験としては、具体的には熱間内圧クリープ試験、ノッチ入り引張クリープ試験、ノッチ入り引張疲労試験などが行われ、これらのいずれにおいても高い性能を持つことが望ましい。また最近は、パイプの薄肉化などの経済性向上のため剛性の向上が求められつつあり、消費電力減少のため成形性も求められている。
【0008】
ところで、現在のガスパイプ用途などに使用されているポリエチレンは、中密度(密度;0.940〜0.945g/cm3 )のものが多く、パイプ疲労特性、成形性はある程度優れているものの耐クリープ性、剛性は十分ではない。また、耐クリープ性はパイプを架橋することで向上させる方法もとられているが、剛性が充分ではない。また、剛性向上を目的として、高密度ポリエチレン(密度;0.950g/cm3 付近)も用いられつつあるが、パイプ疲労特性で十分なものが得られていなかった。
【0009】
このためもし従来のエチレン系重合体からなるパイプ成形体よりもパイプ疲労特性、機械強度、剛性のバランスに優れたポリエチレン製パイプ成形体が出現すれば、その工業的価値は極めて大きい。
【0010】
ポリエチレン製成形体のうちインフレーションフィルムは、偏肉が少ないこと、機械的強度に優れることなどが要求される。偏肉を発生させないためには、成形時に押し出された管状物の溶融体(バブル)の安定性を向上させることが必要であり、このためにはメルトテンション(溶融張力)が大きいエチレン系重合体を選択する必要がある。
【0011】
ところで、塩化マグネシウム担持型チタン系触媒に代表されるチーグラー・ナッタ型触媒により製造されたエチレン系重合体は、長鎖分岐がほとんど存在せずフィルム衝撃強度に優れているため、大量にインフレーションフィルムの材料として使用されているが、Cr系フィリップス型触媒により製造されたエチレン系重合体に比べてメルトテンションが低く成形性(バブル安定性)に劣る。一方、高圧法により製造されたエチレン系重合体およびCr系フィリップス型触媒により製造されたエチレン系重合体は、チーグラー・ナッタ型触媒により製造されたエチレン系重合体に比べ、メルトテンションが高く成形性に優れているが、長鎖分岐が存在するため衝撃強度に劣る。
【0012】
このようなエチレン系重合体の特性を向上させようとする方法が特開昭55−12735号公報、特開昭60−36546号公報などに記載されている。しかしながらこれらのポリエチレンブレンド物は、チーグラー・ナッタ型触媒により製造されたエチレン系重合体に比べて、成形性は向上されているが、剛性および耐衝撃強度に劣っている。
【0013】
このためもし従来のエチレン系重合体からなるインフレーションフィルムよりも機械強度に優れたポリエチレン製インフレーションフィルムが出現すれば、その工業的価値は極めて大きい。
【0014】
本発明者らは、このような従来技術に鑑みてエチレン系重合体について研究したところ、特定のメタロセン触媒を用いて製造されたエチレン系重合体からなる成形体は、成形性、機械強度および剛性などに優れることを見出した。
【0015】
そして、さらに研究を重ねた結果、高密度のエチレン系重合体と、低密度のエチレン系重合体とのブレンド物であって、エチレン系重合体の少なくとも一方がメタロセン触媒を用いて製造されたものであるエチレン系重合体組成物からなる成形体は、機械強度、剛性等に優れることを見出して、本発明を完成するに至った。
【0016】
【発明の目的】
本発明は、機械的強度に優れたポリエチレン製成形体、たとえば、中空成形体、パイプ成形体、インフレーションフィルムなどを提供することを目的としている。
【0017】
【発明の概要】
本発明に係るポリエチレン製成形体は、
(A)エチレン単独重合体またはエチレンと炭素原子数が3〜20のα-オレフィンとの
共重合体であって、
(A-1) 密度(dA )が0.95〜0.98g/cm3 の範囲にあり、
(A-2) 極限粘度[η]が0.5〜3.0dl/gの範囲にある
エチレン系重合体20〜90重量%と、
(B)エチレン単独重合体またはエチレンと炭素原子数が3〜20のα−オレフィンとの共重合体であって、
(B-1) 密度(dB )が0.91〜0.965g/cm3 の範囲にあり、
(B-2) 極限粘度[η]が3.0〜10dl/gの範囲にある
エチレン系重合体80〜10重量%とからなり、
前記(A)エチレン系重合体および(B)エチレン系重合体がともに下記メタロセン触媒を用いて製造された重合体であり、
(1) 前記(A)エチレン系重合体の密度(dA )と前記(B)エチレン系重合体の密度(dB )との比(dA /dB )が1よりも大きく
(2) 密度が0.940〜0.970g/cm3 の範囲にあり、
(3) メルトフローレート(190℃、2.16kg荷重下測定)が0.005〜20g/10分の範囲にあり、
(4) メルトフローレート(MFR(g/10分))とメルトテンション(MT(g))とが、
log (MT) ≧−0.4 log(MFR)+0.70
で示される関係を満たし、
(5) 径スウェル比が1.35を超えるエチレン系重合体組成物
からなることを特徴としている。
【0018】
上記のようなエチレン系重合体(A)およびエチレン系重合体(B)は、たとえば下記メタロセン触媒を用いて製造することができる。
[I]下記一般式(i)〜( iii )のいずれかで表される遷移金属化合物と、
[II]前記遷移金属化合物[I]を活性化させうる化合物であって、かつ
(II-1)有機アルミニウム化合物、および
(II-2)アルミノキサンから選ばれる少なくとも1種の化合物と、
[III]微粒子担体と、
からなる担体担持型メタロセン触媒。
【0019】
【化4】
【0020】
(式中、Mは、周期律表第4〜6族の遷移金属原子を示し、
R1 、R2 、R3 およびR4 は、互いに同一でも異なっていてもよく、水素原子、ハロゲン原子、炭素原子数が1〜20の炭化水素基、炭素原子数が1〜20のハロゲン化炭化水素基、ケイ素含有基、酸素含有基、イオウ含有基、窒素含有基またはリン含有基を示し、また互いに隣接する基の一部が結合してそれらの基が結合する炭素原子とともに少なくとも1個の環を形成していてもよく、
X1 およびX2 は、互いに同一でも異なっていてもよく、水素原子、ハロゲン原子、炭素原子数が1〜20の炭化水素基、炭素原子数が1〜20のハロゲン化炭化水素基、酸素含有基、イオウ含有基または窒素含有基を示し、
Yは、2価の炭化水素基、2価のケイ素含有基または2価のゲルマニウム含有基を示す。)
【0021】
【化5】
【0022】
(式中、M、X1 およびX2 は、前記一般式(i)と同様であり、
R5 〜R9 は、互いに同一でも異なっていてもよく、そのうち少なくとも2個以上がメチルまたはエチルであり、他は水素原子であり、
R10〜R14は、互いに同一でも異なっていてもよく、そのうち少なくとも2個以上がメチルまたはエチルであり、他は水素原子である。)
【0023】
【化6】
【0024】
(式中、M、X1 およびX2 は、前記一般式(i)と同様であり、
R15〜R19は、互いに同一でも異なっていてもよく、そのうちの4個がメチルまたはエチルであり、かつ他は水素原子であるか、または5個がメチルまたはエチルであり、
R20およびR21は、互いに同一でも異なっていてもよく、炭素原子数が1〜5のアルキル基または水素原子である。)
本発明において成形体としては、中空成形体、パイプ成形体、インフレーションフィルムなどが挙げられる。
【0025】
【発明の具体的説明】
以下、本発明に係るポリエチレン製成形体について具体的に説明する。
本発明に係るポリエチレン製成形体は、下記エチレン系重合体(A)とエチレン系重合体(B)とからなるエチレン系重合体組成物(1)から形成されている。
【0026】
ポリエチレン製成形体
本発明に係るポリエチレン製成形体は、下記エチレン系重合体(A)とエチレン系重合体(B)とからなるエチレン系重合体組成物(1)から形成されており、エチレン系重合体(A)およびエチレン系重合体(B)の少なくとも一方はメタロセン触媒を用いて製造されたものである。
【0027】
エチレン系重合体(A)
エチレン系重合体(A)は、エチレン単独重合体またはエチレンと炭素原子数が3〜20のα−オレフィンとのランダム共重合体である。
【0028】
ここで炭素原子数が3〜20のα−オレフィンとしては、たとえばプロピレン、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-デセン、1-ドデセン、1-テトラデセン、1-ヘキサデセン、1-オクタデセン、1-エイコセンおよびこれらの組合わせなどが挙げられる。
【0029】
エチレン系重合体(A)は、エチレンから導かれる単位を、60〜100重量%、好ましくは80〜100重量%、より好ましくは90〜100重量%の割合で、
炭素原子数が3〜20のα−オレフィンから導かれる単位を、0〜40重量%、好ましくは0〜20重量%、より好ましくは0〜10重量%の割合で含有していることが望ましい。
【0030】
本発明では、エチレン系重合体の組成は13C−NMRスペクトルにより求める。エチレン系重合体の13C−NMRスペクトルは、通常10mmφの試料管中で約200mgの試料を1mlのヘキサクロロブタジエンに均一に溶解させ、測定温度120℃、測定周波数25.05MHz、スペクトル幅1500Hz 、パルス繰返し時間4.2sec.、パルス幅6μsec.の条件下で測定される。
【0031】
(A-1) エチレン系重合体(A)の密度(dA )は、0.95〜0.98g/cm3 、好ましくは0.96〜0.98g/cm3 、より好ましくは0.965〜0.980g/cm3 の範囲にある。
【0032】
本発明では、エチレン系重合体の密度は、下記に示すメルトフローレート測定の際に得られるストランドを、120℃で1時間熱処理し、室温まで1時間かけて徐冷した後、密度勾配管で測定される。
【0033】
(A-2) エチレン系重合体(A)の極限粘度[η]は0.5〜3.0dl/g(MFR;1000〜0.01g/10分)、好ましくは0.8〜2.0dl/gの範囲にある。
【0034】
本発明では、エチレン系重合体の極限粘度[η]は、135℃デカリン中で測定される。
本発明では、エチレン系重合体のメルトフローレートは、ASTM D1238−65Tに準拠して、190℃、2.16kg荷重下で測定される。
【0035】
上記のようなエチレン系重合体(A)は、メタロセン触媒を用いて製造されたものであることが好ましく、特に後述するようなメタロセン触媒を用いて製造されたものであることが好ましい。
【0036】
エチレン系重合体(B)
エチレン系重合体(B)は、エチレン単独重合体またはエチレンと炭素原子数が3〜20のα−オレフィンとのランダム共重合体である。炭素原子数が3〜20のα−オレフィンとしては、前記と同様のα−オレフィンが挙げられる。
【0037】
エチレン系重合体(B)は、エチレンから導かれる単位を、60〜100重量%、好ましくは80〜98重量%、より好ましくは90〜96重量%の割合で、炭素原子数が3〜20のα−オレフィンから導かれる単位を0〜40重量%、好ましくは2〜20重量%、より好ましくは4〜10重量%の割合で含有していることが望ましい。
【0038】
(B-1) エチレン系重合体(B)の密度(dB )は、0.91〜0.965g/cm3 、好ましくは0.915〜0.960g/cm3 、より好ましくは0.920〜0.960g/cm3 である。
【0039】
(B-2) エチレン系重合体(B)の極限粘度[η]は、1.0〜10dl/g(MFR;35〜0.0003g/10分)、好ましくは3.0〜10dl/gである。
【0040】
上記のようなエチレン系重合体(B)は、メタロセン触媒を用いて製造されたものであることが好ましく、特に下記のようなメタロセン触媒を用いて製造されたものであることが好ましい。
【0041】
エチレン系重合体の製造
前記エチレン系重合体(A)およびエチレン系重合体(B)の少なくとも一方は、メタロセン触媒を用いて製造されるが、エチレン系重合体(A)およびエチレン系重合体(B)ともにメタロセン触媒を用いて製造されたものであることが好ましい。
【0042】
本発明では、このメタロセン触媒として、
[I]特定構造の遷移金属化合物と、
[II]前記遷移金属化合物[I]を活性化させうる化合物であって、かつ
(II-1)有機アルミニウム化合物、
(II-2)アルミノキサン、および
(II-3)前記遷移金属化合物[I]と反応してイオン対を形成する化合物から選ばれる少なくとも1種の化合物と、
[III]微粒子担体と、
からなる担体担持型メタロセン触媒を用いることできる。
【0043】
このような触媒を形成する各成分について説明する。
遷移金属化合物[I]としては、たとえば下記一般式(i)で表される架橋型のメタロセン化合物を用いることができる。
【0044】
【化7】
【0045】
式中、Mは周期律表第4〜6族の遷移金属原子を示し、具体的には、チタニウム、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデンまたはタングステンであり、好ましくはチタニウム、ジルコニウムまたはハフニウムであり、特に好ましくはジルコニウムである。
【0046】
R1 、R2 、R3 およびR4 は、互いに同一でも異なっていてもよく、水素原子、ハロゲン原子、ハロゲンで置換されていてもよい炭素原子数が1〜20の炭化水素基、ケイ素含有基、酸素含有基、イオウ含有基、窒素含有基またはリン含有基であり、また互いに隣接する基の一部が結合してそれらの基が結合する炭素原子とともに環を形成していてもよい。なおそれぞれ2個ずつ表示されたR1 〜R4 は、これらが結合して環を形成する際には同一記号同士の組み合せで結合することが好ましいことを示しており、たとえばR1 とR1 とで結合して環を形成することが好ましいことを示している。
【0047】
ハロゲン原子としては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素が挙げられる。
炭素原子数が1〜20の炭化水素基としては、たとえば
メチル、エチル、n-プロピル、イソプロピル、n-ブチル、イソブチル、sec-ブチル、tert-ブチル、n-ペンチル、ネオペンチル、n-ヘキシル、シクロヘキシル、オクチル、ノニル、ドデシル、アイコシル、ノルボルニル、アダマンチルなどのアルキル基、
ビニル、プロペニル、シクロヘキセニルなどのアルケニル基、
ベンジル、フェニルエチル、フェニルプロピルなどのアリールアルキル基、
フェニル、トリル、ジメチルフェニル、トリメチルフェニル、エチルフェニル、プロピルフェニル、ビフェニル、α−またはβ−ナフチル、メチルナフチル、アントラセニル、フェナントリル、ベンジルフェニル、ピレニル、アセナフチル、フェナレニル、アセアントリレニル、テトラヒドロナフチル、インダニル、ビフェニリルなどのアリール基が挙げられる。
【0048】
またこれらの炭化水素基は、ハロゲンで置換されていてもよい。
R1 〜R4 が結合して形成する環としてはベンゼン環、ナフタレン環、アセナフテン環、インデン環などの縮環基、ベンゼン環、ナフタレン環、アセナフテン環、インデン環などの縮環基上の水素原子がメチル、エチル、プロピル、ブチルなどのアルキル基、ハロゲンで置換された基が挙げられる。
【0049】
ケイ素含有基としては、メチルシリル、フェニルシリルなどのモノ炭化水素置換シリル、ジメチルシリル、ジフェニルシリルなどのジ炭化水素置換シリル、トリメチルシリル、トリエチルシリル、トリプロピルシリル、トリシクロヘキシルシリル、トリフェニルシリル、ジメチルフェニルシリル、メチルジフェニルシリル、トリトリルシリル、トリナフチルシリルなどのトリ炭化水素置換シリル、
トリメチルシリルエーテルなどの炭化水素置換シリルのシリルエーテル、
トリメチルシリルメチルなどのケイ素置換アルキル基、トリメチルフェニルなどのケイ素置換アリール基などが挙げられる。
【0050】
酸素含有基としては、ヒドロオキシ基、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシなどのアルコキシ基、フェノキシ、メチルフェノキシ、ジメチルフェノキシ、ナフトキシなどのアリロキシ基、フェニルメトキシ、フェニルエトキシなどのアリールアルコキシ基などが挙げられる。
【0051】
イオウ含有基としては、前記含酸素化合物の酸素がイオウに置換した置換基、およびメチルスルフォネート、トリフルオロメタンスルフォネート、フェニルスルフォネート、ベンジルスルフォネート、p-トルエンスルフォネート、トリメチルベンゼンスルフォネート、トリイソブチルベンゼンスルフォネート、p-クロルベンゼンスルフォネート、ペンタフルオロベンゼンスルフォネートなどのスルフォネート基、メチルスルフィネート、フェニルスルフィネート、ベンゼンスルフィネート、p-トルエンスルフィネート、トリメチルベンゼンスルフィネート、ペンタフルオロベンゼンスルフィネートなどのスルフィネート基が挙げられる。
【0052】
窒素含有基としては、アミノ基、メチルアミノ、ジメチルアミノ、ジエチルアミノ、ジプロピルアミノ、ジブチルアミノ、ジシクロヘキシルアミノなどのアルキルアミノ基、フェニルアミノ、ジフェニルアミノ、ジトリルアミノ、ジナフチルアミノ、メチルフェニルアミノなどのアリールアミノ基またはアルキルアリールアミノ基などが挙げられる。
【0053】
リン含有基としては、ジメチルフォスフィノ、ジフェニルフォスフィノなどが挙げられる。
X1 およびX2 は、互いに同一でも異なっていてもよく、水素原子、ハロゲン原子、ハロゲンで置換されていてもよい炭素原子数が1〜20の炭化水素基、酸素含有基、イオウ含有基または窒素含有基である。これらの原子または基としては、具体的には、R1 〜R4 で示したような原子または基と同様のものが挙げられる。
【0054】
Yは、2価の炭化水素基、2価のケイ素含有基または2価のゲルマニウム含有基である。
具体的には、2価の炭化水素基としては、メチレン、ジメチルメチレン、1,2-エチレン、ジメチル-1,2-エチレン、1,3-トリメチレン、1,4-テトラメチレン、1,2-シクロヘキシレン、1,4-シクロヘキシレンなどのアルキレン基;ジフェニルメチレン、ジフェニル-1,2-エチレンなどのアリールアルキレン基などが挙げられる。
【0055】
2価のケイ素含有基としては、メチルシリレン、ジメチルシリレン、ジエチルシリレン、ジ(n-プロピル)シリレン、ジ(i-プロピル)シリレン、ジ(シクロヘキシル)シリレン、メチルフェニルシリレン、ジフェニルシリレン、ジ(p-トリル)シリレン、ジ(p-クロロフェニル)シリレンなどのアルキルシリレン、アルキルアリールシリレン、アリールシリレン基、テトラメチル-1,2-ジシリレン、テトラフェニル-1,2-ジシリレンなどのアルキルジシリレン、アルキルアリールジシリレン、アリールジシリレン基などが挙げられる。
【0056】
2価のゲルマニウム含有基としては、上記2価のケイ素含有基のケイ素をゲルマニウムに置換した化合物が挙げられる。
このような遷移金属化合物[I]としては、たとえば
ジメチルシリレン-ビス(シクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド、
ジメチルシリレン-ビス(メチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド、
ジメチルシリレン-ビス(ジメチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド、
ジメチルシリレン-ビス(トリメチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド、
ジメチルシリレン-(シクロペンタジエニル)(インデニル)ジルコニウムジクロリド、
ジメチルシリレン(シクロペンタジエニル)(フルオレニル)ジルコニウムジクロリド、
エチレン-ビス(1-n-ブチル-3-メチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド、
エチレン-(ペンタメチルシクロペンタジエニル)(シクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド、
イソプロピリデン(シクロペンタジエニル)(フルオレニル)ジルコニウムジクロリド、
イソプロピリデン(シクロペンタジエニル)(2,7-ジ-t-ブチルフルオレニル)ジルコニウムジクロリド、
イソプロピリデン(シクロペンタジエニル)(メチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリドなどが挙げられる。
【0057】
上記例示において、シクロペンタジエニル環の二置換体は1,2-および1,3-置換体を含む。
また上記のようなジルコニウム化合物において、ジルコニウムを、チタン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデンまたはタングステンに置き換えた遷移金属化合物を挙げることもできる。
【0058】
前記一般式(i)で表される遷移金属化合物のなかでは、下記一般式(i-a)で表される遷移金属化合物が好ましい。
【0059】
【化8】
【0060】
(式中、M、R1 、R3 、X1 、X2 およびYは、式(i)と同様であり、
R22〜R25およびR41〜R44は、互いに同一でも異なっていてもよく、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基またはアリール基を示し、このアルキル基またはアリール基は、ハロゲンまたは有機シリル基で置換されていてもよい。)
このような式(i-a)で示される化合物としては、より具体的には、
ジメチルシリレン-ビス(インデニル)ジルコニウムジクロリド、
ジメチルシリレン-ビス(インデニル)ジルコニウムジブロミド、
ジメチルシリレン-ビス(インデニル)ジメチルジルコニウム、
ジメチルシリレン-ビス(インデニル)ジフェニルジルコニウム、
ジメチルシリレン-ビス(インデニル)メチルジルコニウムモノクロリド、
ジメチルシリレン-ビス(インデニル)ジルコニウムビス(メタンスルフォネート)、
ジメチルシリレン-ビス(インデニル)ジルコニウムビス(p-トルエンスルフォネート)、
ジメチルシリレン-ビス(インデニル)ジルコニウムビス(p-トルエンスルフォネート)、
ジメチルシリレン-ビス(インデニル)ジルコニウムビス(トリフルオロメタンスルフォネート)、
ジメチルシリレン-ビス(インデニル)ジルコニウムトリフルオロメタンスルフォネート、
ジメチルシリレン-ビス(4,5,6,7-テトラヒドロインデニル)ジルコニウムジクロリド、
ジメチルシリレン-ビス(2-メチルインデニル)ジルコニウムジクロリド、
ジメチルシリレン-ビス(2-メチル-4-フェニルインデニル)ジルコニウムジクロリド、
ジメチルシリレン-(インデニル)(フルオレニル)ジルコニウムジクロリド、
ジメチルシリレン-ビス(フルオレニル)ジルコニウムジクロリド、
ジフェニルシリレン-ビス(インデニル)ジルコニウムジクロリド、
メチルフェニルシリレン-ビス(インデニル)ジルコニウムジクロリド、
エチレン-ビス(インデニル)ジメチルジルコニウム、
エチレン-ビス(インデニル)ジルコニウムジクロリド、
エチレン-ビス(インデニル)ジルコニウムビス(トリフルオロメタンスルフォネート)、
エチレン-ビス(インデニル)ジルコニウムビス(メタンスルフォネート)、
エチレン-ビス(インデニル)ジルコニウムビス(p-トルエンスルフォネート)、
エチレン-ビス(インデニル)ジルコニウムビス(p-クロルベンゼンスルフォネート)、
エチレン-ビス(2-メチルインデニル)ジルコニウムジクロリド、
イソプロピリデン-ビス(インデニル)ジルコニウムジクロリド、
イソプロピリデン-ビス(2-メチルインデニル)ジルコニウムジクロリド、
ジメチルシリレン-ビス(4,5-ベンゾインデニル)ジルコニウムジクロリド、
ジメチルシリレン-ビス(2-メチル-4,5-ベンゾインデニル)ジルコニウムジクロリド、
ジメチルシリレン-(2-メチル-4,5-ベンゾインデニル)(2,7-ジ-tert-ブチルフルオレニル)ジルコニウムジクロリド、
エチレン-ビス(2-メチル-4,5-ベンゾインデニル)ジルコニウムジクロリド、
メチレン-ビス(2-メチル-4-フェニルインデニル)ジルコニウムジクロリド、
エチレン-ビス(2-メチル-4-フェニルインデニル)ジルコニウムジクロリド、
ジメチルシリレン-ビス(2-エチル-4-フェニルインデニル)ジルコニウムジクロリド、
ジメチルシリレン-ビス(2-エチル-4-(α-ナフチル)インデニル)ジルコニウムジクロリド、
エチレン-ビス(2-エチル-4-フェニルインデニル)ジルコニウムジクロリド、
エチレン-ビス(2-エチル-4-(α-ナフチル)インデニル)ジルコニウムジクロリド、
エチレン-ビス(2-n-プロピル-4-(α-ナフチル)インデニル)ジルコニウ
ムジクロリド、
エチレン-ビス(2,4,7-トリメチルインデニル)ジルコニウムジクロリド、
イソプロピリデン-ビス(2,4,7-トリメチルインデニル)ジルコニウムジクロリドなどが挙げられる。
【0061】
また上記のようなジルコニウム化合物において、ジルコニウムを、チタン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデンまたはタングステンに置き換えた遷移金属化合物を挙げることもできる。
【0062】
本発明では、遷移金属化合物[I]として、下記一般式(ii)または(iii)で表される非架橋型のメタロセン化合物を用いることもできる。
【0063】
【化9】
【0064】
式中、M、X1 およびX2 は、前記一般式(i)と同様である。
R5 〜R9 は、互いに同一でも異なっていてもよく、そのうち少なくとも2個以上がメチルまたはエチルであり、他は水素原子である。
【0065】
R10〜R14は、互いに同一でも異なっていてもよく、そのうち少なくとも2個以上がメチルまたはエチルであり、他は水素原子である。
このような一般式(ii)で表される化合物として具体的には、
ビス(1,3-ジメチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド、
ビス(1,3-ジエチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド、
ビス(1-エチル-3-メチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド、
ビス(1,2,3-トリメチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド、
ビス(1,2,4-トリメチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド、
(1,3-ジメチルシクロペンタジエニル)(1,3-ジエチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリドなどが挙げられる。
【0066】
また上記のようなジルコニウム化合物において、ジルコニウムを、チタン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデンまたはタングステンに置き換えた遷移金属化合物を挙げることもできる。
【0067】
【化10】
【0068】
式中、M、X1 およびX2 は、前記一般式(i)と同様である。
R15〜R19は、互いに同一でも異なっていてもよく、そのうちの4個がメチルまたはエチルであり、かつ他は水素原子であるか、または5個がメチルまたはエチルである。
【0069】
R20およびR21は、互いに同一でも異なっていてもよく、炭素原子数が1〜5のアルキル基または水素原子である。
炭素原子数が1〜5のアルキル基としては、メチル、エチル、n-プロピル、イソプロピル、n-ブチル、イソブチル、sec-ブチル、tert-ブチル、n-ペンチル、ネオペンチルなどが挙げられる。
【0070】
このような一般式(iii)で表される化合物として具体的には、
(ペンタメチルシクロペンタジエニル)(シクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド、
(ペンタエチルシクロペンタジエニル)(シクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド、
(ペンタメチルシクロペンタジエニル)(メチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド、
(ペンタメチルシクロペンタジエニル)(ブチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド、
(ペンタメチルシクロペンタジエニル)(1,3-ジメチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド、
(ペンタメチルシクロペンタジエニル)(1-ブチル-3-メチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリドなどが挙げられる。
【0071】
また上記のようなジルコニウム化合物において、ジルコニウムを、チタン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデンまたはタングステンに置き換えた遷移金属化合物を挙げることもできる。
【0072】
これらのなかでは5置換シクロペンタジエニル環と無置換シクロペンタジエニル環とを有するものが特に好ましい。
上記の遷移金属化合物[I]を活性化させうる化合物[II](以下「成分[II]」ともいう)としては、
(II-1) 有機アルミニウム化合物、
(II-2) アルミノキサン、および
(II-3) 前記遷移金属化合物[I]と反応してイオン対を形成する化合物から選ばれる少なくとも1種の化合物が用いられる。
【0073】
有機アルミニウム化合物(II-1) (以下「成分(II-1) 」ともいう)は、たとえば下記一般式(iv)で示される。
Ra n AlX3-n … (iv)
(式中、Ra は炭素原子数が1〜12の炭化水素基を示し、Xはハロゲン原子または水素原子を示し、nは1〜3である。)
上記一般式(iv)において、Ra は炭素原子数が1〜12の炭化水素基、例えばアルキル基、シクロアルキル基またはアリール基であるが、具体的には、メチル、エチル、n-プロピル、イソプロピル、イソブチル、ペンチル、ヘキシル、オクチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、フェニル、トリルなどである。
【0074】
このような有機アルミニウム化合物(II-1) としては、具体的には、
トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリイソプロピルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリオクチルアルミニウム、トリ2-エチルヘキシルアルミニウムなどのトリアルキルアルミニウム、
イソプレニルアルミニウムなどのアルケニルアルミニウム、
ジメチルアルミニウムクロリド、ジエチルアルミニウムクロリド、ジイソプロピルアルミニウムクロリド、ジイソブチルアルミニウムクロリド、ジメチルアルミニウムブロミドなどのジアルキルアルミニウムハライド、
メチルアルミニウムセスキクロリド、エチルアルミニウムセスキクロリド、イソプロピルアルミニウムセスキクロリド、ブチルアルミニウムセスキクロリド、エチルアルミニウムセスキブロミドなどのアルキルアルミニウムセスキハライド、
メチルアルミニウムジクロリド、エチルアルミニウムジクロリド、イソプロピルアルミニウムジクロリド、エチルアルミニウムジブロミドなどのアルキルアルミニウムジハライド、
ジエチルアルミニウムハイドライド、ジイソブチルアルミニウムハイドライドなどのアルキルアルミニウムハイドライドなどを挙げることができる。
【0075】
また有機アルミニウム化合物(II-1) として、下記一般式(v)で表される化合物を用いることもできる。
Ra nAlY3-n … (v)
(式中、Ra は上記と同様であり、Yは−ORb 基、−OSiRc 3 基、−OAlRd 2 基、−NRe 2 基、−SiRf 3 基または−N(Rg)AlRh 2 基であり、nは1〜2であり、Rb 、Rc 、Rd およびRh はメチル、エチル、イソプロピル、イソブチル、シクロヘキシル、フェニルなどであり、Re は水素原子、メチル、エチル、イソプロピル、フェニル、トリメチルシリルなどであり、Rf およびRg はメチル、エチルなどである。)
具体的には、下記のような化合物が挙げられる。
(1)Ra n Al(ORb)3-n で表される化合物、たとえば
ジメチルアルミニウムメトキシド、ジエチルアルミニウムエトキシド、ジイソブチルアルミニウムメトキシドなど、
(2)Ra n Al(OSiRc 3)3-n で表される化合物、たとえば
Et2Al(OSiMe3)、(iso-Bu)2Al(OSiMe3)、(iso-Bu)2 Al(OSiEt3)など、
(3)Ra n Al(OAlRd 2)3-n で表される化合物、たとえば、
Et2 AlOAlEt2 、(iso-Bu)2 AlOAl(iso-Bu)2 など、
(4) Ra n Al(NRe 2)3-n で表される化合物、たとえば、
Me2AlNEt2 、Et2 AlNHMe 、Me2 AlNHEt 、Et2 AlN(SiMe3)2 、(iso-Bu)2 AlN(SiMe3)2 など、
(5)Ra n Al(SiRf 3 )3-n で表される化合物、たとえば、
(iso-Bu)2 AlSi Me3 など、
(6)Ra n Al(N(Rg)AlRh 2)3-n で表される化合物、たとえば、
Et2 AlN(Me)AlEt2 、
(iso-Bu)2AlN(Et)Al(iso-Bu)2 など。
【0076】
これらのうちでは、一般式Ra 3 Al、Ra n Al(ORb)3-n 、Ra n Al(OAlRd 2 )3-n で表わされる化合物が好ましく、特にRa がイソアルキル基であり、n=2である化合物が好ましい。
【0077】
有機アルミニウム化合物(II-1) は、1種単独でまたは2種以上組合わせて用いることができる。
アルミノキサン(II-2) (以下「成分(II-2) 」ともいう)は、従来公知のベンゼン可溶性のアルミノキサンであってもよく、また特開平2−276807号公報で開示されているようなベンゼン不溶性の有機アルミニウムオキシ化合物であってもよい。
【0078】
上記のようなアルミノキサンは、例えば下記のような方法によって製造することができる。
(1)吸着水を含有する化合物または結晶水を含有する塩類、例えば塩化マグネシウム水和物、硫酸銅水和物、硫酸アルミニウム水和物、硫酸ニッケル水和物、塩化第1セリウム水和物などの炭化水素媒体懸濁液に、トリアルキルアルミニウムなどの有機アルミニウム化合物を添加して、吸着水または結晶水と、有機アルミニウム化合物とを反応させる方法。
(2)ベンゼン、トルエン、エチルエーテル、テトラヒドロフランなどの媒体中で、トリアルキルアルミニウムなどの有機アルミニウム化合物に直接水、氷または水蒸気を作用させる方法。
(3)デカン、ベンゼン、トルエン等の媒体中でトリアルキルアルミニウム等の有機アルミニウム化合物に、ジメチルスズオキシド、ジブチルスズオキシド等の有機スズ酸化物を反応させる方法。
【0079】
なおこのアルミノキサンは、少量の有機金属成分を含有してもよい。また回収された上記のアルミノキサンの溶液から溶媒あるいは未反応有機アルミニウム化合物を蒸留して除去した後、溶媒に再溶解してもよい。
【0080】
アルミノキサンを製造する際に用いられる有機アルミニウム化合物としては、具体的には、上記に有機アルミニウム化合物(II-1) として示したものと同様のものが挙げられる。
【0081】
これらのうち、トリアルキルアルミニウムおよびトリシクロアルキルアルミニウムが特に好ましい。
有機アルミニウム化合物は、組合せて用いることもできる。
【0082】
アルミノキサンの製造の際に用いられる溶媒としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、クメン、シメンなどの芳香族炭化水素、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン、ドデカン、ヘキサデカン、オクタデカンなどの脂肪族炭化水素、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロオクタン、メチルシクロペンタンなどの脂環族炭化水素、ガソリン、灯油、軽油などの石油留分あるいは上記芳香族炭化水素、脂肪族炭化水素、脂環族炭化水素のハロゲン化物とりわけ、塩素化物、臭素化物などの炭化水素溶媒が挙げられる。その他、エチルエーテル、テトラヒドロフランなどのエーテル類を用いることもできる。これらの溶媒のうち特に芳香族炭化水素が好ましい。
【0083】
またベンゼン不溶性の有機アルミニウムオキシ化合物は、60℃のベンゼンに溶解するAl成分がAl原子換算で10%以下、好ましくは5%以下、特に好ましくは2%以下であり、ベンゼンに対して不溶性あるいは難溶性である。
【0084】
このような有機アルミニウムオキシ化合物のベンゼンに対する溶解性は、100ミリグラム原子のAlに相当する該有機アルミニウムオキシ化合物を100mlのベンゼンに懸濁した後、攪拌下60℃で6時間混合した後、ジャケット付G−5ガラス製フィルターを用い、60℃で熱時濾過を行ない、フィルター上に分離された固体部を60℃のベンゼン50mlを用いて4回洗浄した後の全濾液中に存在するAl原子の存在量(xミリモル)を測定することにより求められる(x%)。
【0085】
アルミノキサン(II-2) は、1種単独でまたは2種以上組合わせて用いることができる。
前記遷移金属化合物[I]と反応してイオン対を形成する化合物(II-3) (以下「成分(II-3) 」ともいう)としては、特開平1−501950号公報、特開平1−502036号公報、特開平3−179005号公報、特開平3−179006号公報、特開平3−207703号公報、特開平3−207704号公報、USP−5321106号明細書などに記載されたルイス酸、イオン性化合物およびカルボラン化合物を挙げることができる。
【0086】
ルイス酸としては、トリフェニルボロン、トリス(4-フルオロフェニル)ボロン、トリス(p-トリル)ボロン、トリス(o-トリル)ボロン、トリス(3,5-ジメチルフェニル)ボロン、トリス(ペンタフルオロフェニル)ボロン、MgCl2 、Al2 O3 、SiO2-Al2 O3 などを挙げることができる。
【0087】
イオン性化合物としては、トリフェニルカルベニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、トリn-ブチルアンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、N,N-ジメチルアニリニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、フェロセニウムテトラ(ペンタフルオロフェニル)ボレートなどを挙げることができる。
【0088】
カルボラン化合物としては、ドデカボラン、1-カルバウンデカボラン、ビスn-ブチルアンモニウム(1-カルベドデカ)ボレート、トリn-ブチルアンモニウム(7,8-ジカルバウンデカ)ボレート、トリn-ブチルアンモニウム(トリデカハイドライド-7-カルバウンデカ)ボレートなどを挙げることができる。
【0089】
これらの成分(II-3) は、1種単独でまたは2種以上組合わせて用いることができる。
遷移金属化合物[I]を活性化させうる化合物[II]として、上記のような成分(II-1) 、成分(II-2) および成分(II-3) から選ばれる2種以上の化合物を組合わせて用いることもできる。
【0090】
[III]担体としては、粒径10〜300μm、好ましくは20〜200μmの顆粒状ないしは微粒子状固体が用いられる。
この担体としては、多孔質無機酸化物が好ましく用いられ、具体的にはSiO2 、Al2O3 、MgO、ZrO2 、TiO2 、B2O3 、CaO、ZnO、BaO、ThO2 などまたはこれらの混合物、例えばSiO2-MgO、SiO2-Al2O3 、SiO2-TiO2 、SiO2-V2O5 、SiO2-Cr2O3 、SiO2-TiO2-MgOなどが用いられる。これらの中では、SiO2 および/またはAl2O3 を主成分とするものが好ましい。
【0091】
なお上記無機酸化物には少量のNa2CO3 、K2CO3 、CaCO3 、MgCO3 、Na2SO4 、Al2(SO4)3 、BaSO4 、KNO3 、Mg(NO3)2 、Al(NO3)3 、Na2O、K2O、Li2Oなどの炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩、酸化物成分が含有されていてもよい。
【0092】
担体[III]としては、種類および製法によりその性状は異なるが、比表面積が50〜1000m2 /g、さらには100〜700m2 /gであり、細孔容積が0.3〜2.5cm3 /gのものが好ましく用いられる。
【0093】
このような無機担体は、必要に応じて100〜1000℃、好ましくは150〜700℃で焼成して用いることができる。
担体[III]の吸着水量は、1.0重量%未満であることが好ましく、さらには0.5重量%未満であることがより好ましい。また表面水酸基は1.0重量%以上であることが好ましく、さらには1.5〜4.0重量%、特には2.0〜3.5重量%であることが好ましい。
【0094】
ここで、担体の吸着水量(重量%)は、200℃の温度で、常圧、窒素流通下で4時間乾燥させたときの重量減を吸着水量として求められる。
また担体の表面水酸基量(重量%)は、200℃の温度で、常圧、窒素流通下で4時間乾燥して得られた担体の重量をX(g)とし、さらに該担体を1000℃で20時間焼成して得られた表面水酸基が消失した焼成物の重量をY(g)として、下記式により計算することができる。
【0095】
表面水酸基量(重量%)={(X−Y)/X}×100
また、担体[III]として有機化合物を用いることもでき、たとえば、エチレン、プロピレン、1-ブテン、4-メチル-1-ペンテンなどの炭素原子数が2〜14のα−オレフィンを主成分として生成される(共)重合体あるいはビニルシクロヘキサン、スチレンを主成分として生成される重合体あるいは共重合体を用いることができる。
【0096】
エチレン系重合体(A)およびエチレン系重合体(B)の製造に好ましく用いられる触媒は、上記のような担体[III]に、遷移金属化合物[I]と成分[II]とが担持されてなる担体担持型メタロセン触媒(固体触媒)である。
【0097】
この固体触媒は、成分[I]、成分[II]および担体[III]を任意の順序で接触させて調製することができるが、好ましくは成分[II]と担体[III]とを混合接触させ、次いで遷移金属化合物[I]を混合接触させて調製することが好ましい。
【0098】
これら各成分は、不活性炭化水素溶媒中で接触させることができる。この溶媒としては、たとえばプロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン、ドデカン、ヘキサデカンなどの脂肪族炭化水素、シクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロペンタン、シクロオクタンなどの脂環族炭化水素、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素、エチレンクロリド、クロルベンゼン、ジクロロメタンなどのハロゲン化炭化水素、ガソリン、灯油、軽油などの石油留分あるいはこれらの混合物などを用いることができる。
【0099】
これら各成分から触媒を調製するに際して、遷移金属化合物[I]は、担体[III]1g当り通常5×10-6〜5×10-4モル、好ましくは10-5〜2×10-4モルの量で用いられる。成分[II]は、遷移金属化合物[I]の遷移金属に対する成分[II]のアルミニウムまたはホウ素との原子比(AlまたB/遷移金属)が、通常10〜500、好ましくは20〜200となる量で用いられる。成分[II]として、有機アルミニウム化合物(II-1) とアルミノキサン(II-2) とが用いられるときには、成分(II-1) 中のアルミニウム原子(Al-1)と成分(II-2) 中のアルミニウム原子(Al-2)の原子比(Al-1/Al-2)が0.02〜3、さらには0.05〜1.5となる量で用いられることが望ましい。
【0100】
これら各成分は、通常−50〜150℃、好ましくは−20〜120℃の温度で、通常1分〜50時間、好ましくは10分〜25時間接触させる。
上記のようにして調製される固体触媒は、担体[III]1g当り、遷移金属化合物[I]が遷移金属原子として5×10-6〜5×10-4グラム原子の量で担持されていることが好ましく、さらには10-5〜2×10-4グラム原子の量で担持されていることがより好ましい。また成分[II]は、担体[III]1g当りアルミニウム原子またはホウ素原子として10-3〜5×10-2グラム原子の量で担持されていることが望ましく、さらには2×10-3〜2×10-2グラム原子の量で担持されていることが好ましい。
【0101】
エチレン系重合体(A)およびエチレン系重合体(B)の製造には、上記のような固体触媒をそのまま用いることができが、この固体触媒にオレフィンを予備重合させて予備重合触媒を形成してから用いることもできる。
【0102】
予備重合触媒は、上記成分[I]〜[III]の存在下、通常、不活性炭化水素溶媒中、オレフィンを予備重合させることにより調製することができる。なお上記各成分[I]〜[III]からは固体触媒が形成されていることが好ましい。この固体触媒に加えて、さらに成分[II]を添加してもよい。
【0103】
予備重合に際して、遷移金属化合物[I]は、担体[III]1g当り、通常5×10-6〜5×10-4モル、好ましくは10-5〜2×10-4モルの量で用いられる。成分[II]は、遷移金属化合物[I]中の遷移金属に対する成分[II]中のアルミニウムまたはホウ素の原子比(AlまたはB/遷移金属)で、通常10〜500、好ましくは20〜200の量で用いられる。成分[II]として有機アルミニウム化合物(II-1) とアルミノキサン(II-2) とが用いられるときには、(II-1) 中のアルミニウム原子(Al-1)と(II-2) 中のアルミニウム原子(Al-2)の原子比(Al-1/Al-2)が0.02〜3、さらには0.05〜1.5となる量で用いられることが好ましい。
【0104】
遷移金属化合物[I]または各成分から形成された固体触媒の予備重合系における濃度は、重合容積1リットル当たり、遷移金属に換算して、通常10-6〜2×10-2モル、さらには5×10-5〜10-2モルであることが望ましい。
【0105】
予備重合は、通常−20〜60℃、好ましくは0〜50℃の温度で、0.5〜100時間、好ましくは1〜50時間程度行なわれる。
予備重合オレフィンとしては、エチレンおよび前述したような炭素原子数が3〜20のα−オレフィンを用いることができ、これらを共重合させてもよい。
【0106】
予備重合触媒は、不活性炭化水素溶媒を用いて調製された固体触媒懸濁液にオレフィンを導入してもよく、また不活性炭化水素溶媒中で生成した固体触媒を懸濁液から分離した後、再び不活性炭化水素中に懸濁して、得られた懸濁液中にオレフィンを導入してもよい。
【0107】
予備重合によって、担体[III]1g当り0.1〜500g、好ましくは0.2〜300g、さらに好ましくは0.5〜200gの量のオレフィン重合体(予備重合体)が生成することが望ましい。
【0108】
このようにして得られる予備重合触媒では、担体[III]1g当り遷移金属化合物[I]は遷移金属として約5×10-6〜5×10-4グラム原子、好ましくは10-5〜2×10-4グラム原子の量で、成分[II]は遷移金属に対する成分[II]中のアルミニウムまたはホウ素のモル比(AlまたはB/遷移金属)で、5〜200、さらには10〜150の量で担持されていることが望ましい。
【0109】
予備重合は、回分式あるいは連続式のいずれでも行うことができ、また減圧、常圧あるいは加圧下、いずれでも行うことができる。
予備重合においては、水素を共存させて、極限粘度[η](135℃のデカリン中で測定)0.2〜7dl/g、好ましくは0.5〜5dl/g程度の予備重合体を製造することが望ましい。
【0110】
エチレン系重合体(A)およびエチレン系重合体(B)の製造では、上記のような固体触媒または予備重合触媒の存在下に、エチレンを単独重合させるか、エチレンと他のα−オレフィンとを共重合させる。
【0111】
この(本)重合は懸濁重合、スラリー状の液相または気相で行われる。スラリー重合においては、不活性炭化水素を溶媒としてもよいし、オレフィン自体を溶媒とすることもできる。スラリー重合において用いられる不活性炭化水素溶媒として具体的には、前記と同様のものが挙げられる。これら不活性炭化水素媒体のうち脂肪族系炭化水素、脂環族系炭化水素、石油留分などが好ましい。
【0112】
また、重合は、回分式、半連続式、連続式のいずれの方法においても実施することができる。
(本)重合では、固体触媒または予備重合触媒は、遷移金属/リットル(重合容積)で、通常10-8〜10-3グラム原子/リットル、さらには10-7〜10-4グラム原子/リットルとなる量で用いられることが望ましい。
【0113】
また予備重合触媒を用いて行なわれる本重合には、担体に担持されていない成分[II]を追加してもよい。成分[II]は、遷移金属に対して成分[II]中のアルミニウムまたはホウ素の原子比(AlまたはB/遷移金属)が、5〜300、好ましくは10〜200、さらに好ましくは15〜150となる量で用いることができる。
【0114】
本重合は、通常−50〜200℃、好ましくは0〜100℃の温度で実施することができる。
特にエチレン系重合体(A)をスラリー重合法により製造する際には、通常0〜200℃、好ましくは20〜150℃の温度で重合することが望ましく、気相重合法により製造する際には、通常50〜120℃、好ましくは60〜110℃の温度で重合することが望ましい。
【0115】
エチレン系重合体(B)をスラリー重合法により製造する際には、通常0〜200℃、好ましくは20〜150℃の温度で重合することが望ましく、気相重合法により製造する際には、通常50〜120℃、好ましくは60〜110℃の温度で重合することが望ましい。
【0116】
重合圧力は、通常常圧〜100kg/cm2 、好ましくは常圧〜50kg/cm2 の圧力下である。
得られるエチレン系重合体の分子量は、重合系に水素を存在させるか、あるいは重合温度、重合圧力を変化させることによって調節することができる。
【0117】
組成物
本発明に係る第1のポリエチレン製成形体を形成するエチレン系重合体組成物(1)は、前記エチレン系重合体(A)と、前記エチレン系重合体(B)とからなり、
エチレン系重合体(A)を20〜90重量%、好ましくは30〜80重量%、より好ましくは40〜75重量%の割合で、
エチレン系重合体(B)を10〜80重量%、好ましくは20〜70重量%、より好ましくは25〜60重量%の割合で含有している。
【0118】
またこのエチレン系重合体組成物(1)は、(A)エチレン系重合体の密度(dA )と前記(B)エチレン系重合体の密度(dB )との比(dA/dB)が1よりも大きく、好ましくは1を超えて1.2以下、より好ましくは1.005〜1.08となるようなエチレン系重合体(A)とエチレン系重合体(B)とから形成されている。
【0119】
このようなエチレン系重合体組成物(1)は、下記特性(1) 〜(4) を満たしている。
(1) 密度は、0.940〜0.970g/cm3 、好ましくは0.945〜0.970g/cm3 、より好ましくは0.950〜0.965g/cm3 の範囲にある。
【0120】
(2) メルトフローレートは、0.005〜20g/10分、好ましくは0.008〜8g/10分、より好ましくは0.01〜1.5g/10分の範囲にある。
(3) 本発明に係るエチレン系重合体組成物(1)のメルトフローレート(MFR(g/10分))値と、メルトテンション(MT(g))値とは、下記式
log (MT) ≧−0.4 log(MFR)+0.70
を満たしている。
【0121】
メルトフローレート(MFR)値とこのような関係式を満たすエチレン系重合体組成物(1)のメルトテンション(MT)値は、通常1〜100g、好ましくは2〜50gである。
【0122】
メルトテンション(MT)は、溶融試料を一定速度で延伸したときの応力として測定される。本発明では、具体的には、溶融試料(エチレン系重合体組成物)を、MT測定機(東洋精機製作所製)を用いて、樹脂温度190℃、押出速度15mm/分、巻取り速度10〜20m/分、ノズル径2.09mmφ、ノズル長さ8mmの条件下で延伸したときの応力として測定される。
【0123】
(4) 径スウェル比は、1.35を超えており、好ましくは1.35〜1.65である。
このような径スウェル比のエチレン系重合体組成物(1)は、成形性に優れている。たとえばこのエチレン系重合体組成物(1)をブロー成形すると、ピンチオフ形状がよいので強度に優れた中空成形体が得られる。さらに中空成形体の肉厚分布を狭くすることができるので目付量を低減することができ、また同一目付量であれば座屈強度に優れた中空成形体が得られる。
【0124】
なおスウェル比は、下記のように測定することができる。
キャピログラフ−1B(東洋精機製作所製、バレル径10mm)に、チューブ状のノズル(内径(D0 )3mm、外径4mm、長さ10mm)を取付け、バレル(試料を入れる部分)を200℃に昇温し、保持する。バレルに試料約10gを入れ、ピストンを装着し、気泡抜きを行なった後、6分間予熱する。予熱後、10、20、30、50、75(mm/min)の各ピストン速度で試料を押出し、ノズル出口より15mm下方のストランド径(Di )をレーザー光線により測定する。
【0125】
このようにして測定された各ピストン速度でのストランド径(Di )と、チューブノズル径(D0 )との比(SRi =Di /D0 )を、半対数方眼紙に各ピストン速度に対してプロットして得られた曲線から、ピストン速度50(mm/min)のきのSR値を読み取り、このSR値を径スウェル比とする。なおピストン速度に対応してずり速度を求めることもできる。
【0126】
エチレン系重合体組成物(1)には、本発明の目的を損なわない範囲で、耐候性安定剤、耐熱安定剤、帯電防止剤、スリップ防止剤、アンチブロッキング剤、防曇剤、滑剤、顔料、染料、核剤、可塑剤、老化防止剤、塩酸吸収剤、酸化防止剤等の添加剤が必要に応じて配合されていてもよい。
【0127】
エチレン系重合体組成物(1)は、上記のような特性を満たすようにエチレン系重合体(A)およびエチレン系重合体(B)を選択し、公知の方法によりブレンドするか、あるいは重合により直接製造することができる。
【0128】
ブレンド方法としては、
(1)エチレン系重合体(A)、エチレン系重合体(B)および所望により他の成分を押出機、ニーダーなどを用いてブレンドする方法、
(2)エチレン系重合体(A)、エチレン系重合体(B)および所望により他の成分を、適当な良溶媒(たとえばヘキサン、ヘプタン、デカン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの炭化水素溶媒)に溶解し、次いで溶媒を除去する方法、
(3)エチレン系重合体(A)、エチレン系重合体(B)および所望により他の成分を適当な良溶媒にそれぞれ別個に溶解した溶液を調製した後混合し、次いで溶媒を除去する方法、
(4)上記(1)〜(3)の方法を組み合わせて行う方法などが挙げられる。
【0129】
エチレン系重合体(A)とエチレン系重合体(B)とからなるエチレン系重合体組成物を重合によって直接製造する方法としては、たとえば二段重合プロセスにより、前段でエチレン系重合体(A)を重合し、後段でエチレン系重合体(B)を重合するか、または前段でエチレン系重合体(B)を重合し、後段でエチレン系重合体(A)を重合することにより製造することができる。
【0130】
また、複数の重合器を用い、一方の重合器でエチレン系重合体(A)を重合し、次に他方の重合器で前記エチレン系重合体(A)の存在下にエチレン系重合体(B)を重合するか、または一方の重合器でエチレン系重合体(B)を重合し、次に他方の重合器で前記エチレン系重合体(B)の存在下でエチレン系重合体(A)を重合することにより製造することもできる。
【0131】
成形体
本発明に係る第1のポリエチレン製成形体は、上記のようにして得られたエチレン系重合体組成物(1)をブロー(吹き込み)、射出ブロー、押出し等の各種成形法を用いて成形することにより得られる。
【0132】
ポリエチレン製中空成形体は、従来公知のブロー成形装置により製造することができる。また成形条件も、従来公知の条件を採用することができる。たとえば押出ブロー成形の場合には、樹脂温度100℃〜300℃でダイより上記エチレン系重合体組成物(1)を溶融状態でチューブ状パリソンを押出し、次いで付与すべき形状の金型中にパリソンを保持した後、空気を吹き込み樹脂温度130℃〜300℃で金型に着装し、中空成形品を得る。延伸倍率は、横方向に1.5〜5倍であることが望ましい。
【0133】
射出ブロー成形の場合には、樹脂温度100℃〜300℃で上記エチレン系重合体組成物(1)を金型に射出してパリソンを成形し、次いで付与すべき形状の金型中にパリソンを保持した後空気を吹き込み、樹脂温度120℃〜300℃で金型に着装し、中空成形体を得る。延伸倍率は、縦方向に1.1〜1.8倍であることが望ましく、横方向に1.3〜2.5倍であることが望ましい。
【0134】
本発明に係るポリエチレン製中空成形体は、偏肉が少なく、機械的強度、剛性などに優れている。中空成形体としては、たとえば化粧瓶、洗剤瓶などの小型容器、灯油缶、工業用薬品缶などの中型容器、自動車用燃料タンク、ドラム缶などの大型容器が挙げられる。
【0135】
ポリエチレン製パイプ成形体は、通常の押出成形法で加工することにより得ることができる。
本発明に係るポリエチレン製パイプ成形体は、パイプ疲労特性、機械強度などに優れている。
【0136】
ポリエチレン製インフレーションフィルムは、通常のインフレーション成形法により製造することができる。
本発明に係るポリエチレン製インフレーションフィルムは、偏肉が少なく、機械的強度などに優れている。
【0137】
【発明の効果】
本発明のポリエチレン製成形体は、密度が異なるエチレン系重合体(A)およびエチレン系重合体(B)をブレンドしたエチレン系重合体組成物から形成されているので、偏肉が少なく、機械的強度および剛性に優れている。
【0138】
【実施例】
以下、実施例に基づいて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【0139】
なお、本発明においてエチレン系重合体組成物の物性の評価は下記のようにして行われる。
[ブロー成形テスト]
ブロー成形機を用いて、成形温度210℃でブロー成形を行い目付1.3kgのブローボトルを成形し、その成形性(ドローダウン、ピンチオフ形状)を調べるとともに、−18℃の条件下6mの高さから繰り返し落下させることによりボトルが何回目で割れるかについてテストした。
【0140】
[パイプ成形テスト]
エチレン系共重合体組成物を、65mmφ・L/D=25の単軸押出機(株式会社池貝製)で、加工温度=200℃で、呼び径50mm、肉厚5mmのパイプに成形した。
【0141】
[熱間内圧クリープ試験]
JIS K6774 ガス用ポリエチレン管(呼び径 50mm、1号)に準じたパイプを使用し、同規格に準じて試験を行った。但し、フープストレスは59kg/cm2 で行った。
【0142】
[全周ノッチ式引張クリープ試験]
JIS K6774 付属書1に準じて試験を行った。但し、加える応力は80kg/cm2 で行った。
【0143】
[アイゾット衝撃試験(IZ)]
JIS K7110に準じて試験を行った。試験温度は、−30℃で行った。
[インフレフィルム成形テスト]
20mm小型押出機を用い、成形温度220℃、フロストライン高さ30mm、膨比:2で、厚み約30μmのインフレフィルムを成形を行い、バブル安定性を調べるとともに、フィルムインパクト強度を調べた。
【0144】
【合成例1】
[固体触媒(a)の調製]
250℃で10時間乾燥したシリカ5.0gを80mlのトルエンで懸濁状にした後、0℃まで冷却した。その後、メチルアルミノキサンのトルエン溶液(Al;1.33モル/リットル)28.7mlを1時間で滴下した。この際、系内の温度を0℃に保った。引続き0℃で30分間反応させ、次いで1.5時間かけて95℃まで昇温し、その温度で4時間反応させた。その後60℃まで降温し上澄液をデカンテーション法により除去した。
【0145】
このようにして得られた固体成分をトルエンで2回洗浄した後、トルエン80mlで再懸濁した。この系内へジメチルシリレン-ビス(2-メチル-4-フェニルインデニル)ジルコニウムジクロリドのトルエン溶液(Zr;0.00223ミリモル/ml)86mlを室温で添加し、さらに80℃で2時間反応させた。その後、上澄液を除去し、ヘキサンで3回洗浄することにより、1g当り2.4mgのジルコニウムを含有する固体触媒(a)を得た。
【0146】
[予備重合触媒(A)の調製]
上記で得られた固体触媒(a)7gをヘキサン200mlで再懸濁した。この系内にトリイソブチルアルミニウムのデカン溶液(1ミリモル/ml)9.5mlを加え、35℃で1.5時間エチレンの予備重合を行うことにより固体触媒1g当り2.0mgのジルコニウムを含有し、3gのエチレン系重合体が予備重合された予備重合触媒(A)を得た。
【0147】
【合成例2】
[固体触媒(b)の調製]
合成例1において、ジメチルシリレン-ビス(2-メチル-4-フェニルインデニル)ジルコニウムジクロリドのトルエン溶液に代えて、ビス(1,3-ジメチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリドのトルエン溶液(Zr;0.00778ミリモル/ml)を24ml用いた以外は合成例1と同様にして固体触媒(b)を得た。
【0148】
[予備重合触媒(B)の調製]
固体触媒(a)に代えて、固体触媒(b)を用いた以外は、予備重合触媒(A)の調製と同様にして、固体触媒1g当たり2.3mgのジルコニウムを含有し、3gのエチレン系重合体が予備重合された予備重合触媒(B)を得た。
【0149】
【実施例1】
エチレン系重合体組成物(a)の製造
充分に窒素置換した内容量2リットルのステンレス製オートクレーブに、ヘキサン1リットルを装入し、系内を70℃にし、エチレンで置換した。次いで、トリイソブチルアルミニウムのデカン溶液(1ミリモル/ml)1.5ml、および予備重合触媒(A)を、ジルコニウム原子換算で0.005ミリモルをオートクレーブに添加した。さらにオートクレーブ中にエチレンを導入し、全圧8kg/cm2-G として重合を開始した。系内は直ちに80℃に上昇した。その後、エチレンのみを補給し、全圧を8kg/cm2-G に保ち、80℃で0.5時間重合を行った(工程(i))。
【0150】
重合終了後、エチレンの供給を止め、代わりにエチレンと水素との混合ガス(水素含量;0.7モル%)を導入して80℃で1時間さらに重合を行った(工程(ii))。
【0151】
重合終了後、ポリマーを濾過した後、80℃で1晩乾燥した。264gのエチレン系重合体組成物(a)が得られた。
次に、エチレン系重合体組成物(a)50gおよびフェノール系耐熱安定剤(Irganox 1076、チバガイギー(株)製)0.05g、燐系耐熱安定剤(Irgafos 168 、チバガイギー(株)製)0.025gをドライブレンドした後、バッチ式ニーダー(ラボプラストミル、東洋精機(株)製)を用い、200℃で溶融混練した。得られたエチレン系重合体組成物(a)の密度は0.958g/cm3 であり、MFRは0.02g/10分(極限粘度[η];3.57dl/g)であった。
【0152】
なお、上記工程(i)のみの操作を行った結果、密度が0.941g/cm3 であり、極限粘度[η]が6.83dl/gであるエチレン系重合体106gが得られた。この結果により、上記工程(ii)で得られたエチレン系重合体は、密度が0.970g/cm3 であり、極限粘度[η]が1.38dl/g(MFR;5.6g/10分)であり、重合量が158gであると計算された。結果を表1に示す。
【0153】
このエチレン系重合体組成物(a)を用いて、ブロー成形テストを行った。耐ドローダウン性、ピンチオフ形状ともに良好であり、偏肉の少ないブローボトルが得られた。また、得られたブローボトルの物性を試験した。
【0154】
【実施例2】
エチレン系重合体組成物(b)の製造
実施例1において、予備重合触媒(A)に代えて、予備重合触媒(B)を用い、工程(i)において、エチレンに代えて、エチレンと1-ブテンとの混合ガス(1-ブテン含量;0.476モル%)を用いて0.5時間重合を行い(工程(iii))、工程(ii)においてエチレンと水素との混合ガスとして水素含量が0.20モル%の混合ガスを用いて1時間重合を行った以外は実施例1と同様にして重合を行った(工程(iv))。
【0155】
重合終了後、ポリマーを濾過した後、80℃で1晩乾燥した。150gのエチレン系重合体組成物(b)が得られた。
次に、エチレン系重合体組成物(b)を用いて実施例1と同様にして安定剤と溶融混練した。得られたエチレン系重合体組成物(b)の密度は0.957g/cm3 であり、MFRは0.038g/10分(極限粘度[η];2.63dl/g)であった。
【0156】
なお、上記工程(iii)のみの操作を行った結果、密度が0.938g/cm3 であり、極限粘度[η]が5.0dl/gであるエチレン系重合体60gが得られた。この結果により、上記工程(iv)で得られたエチレン系重合体は、密度が0.960g/cm3 であり、極限粘度[η]が1.05dl/g(MFR;40g/10分)であり、重合量が90gであると計算された。結果を表1に示す。
【0157】
このエチレン系重合体組成物(b)を用いて、インフレフィルム成形テストを行った。インフレーション成形時のバブルの安定性は良好であり、偏肉の少ないインフレーションフィルムが得られた。また、得られたインフレーションフィルムの物性を試験した。
【0158】
エチレン系重合体組成物(b)を用いて、パイプ成形テスト成形テストを行った。パイプの成形性は良好であった。また、得られたパイプの物性を試験した。
【0159】
【表1】
Claims (4)
- (A)エチレン単独重合体またはエチレンと炭素原子数が3〜20のα−オレフィンとの共重合体であって、
(A-1) 密度(dA )が0.95〜0.98g/cm3 の範囲にあり、
(A-2) 極限粘度[η]が0.5〜3.0dl/gの範囲にある
エチレン系重合体20〜90重量%と、
(B)エチレン単独重合体またはエチレンと炭素原子数が3〜20のα−オレフィンとの共重合体であって、
(B-1) 密度(dB )が0.91〜0.965g/cm3 の範囲にあり、
(B-2) 極限粘度[η]が3.0〜10dl/gの範囲にあるエチレン系重合体80〜10重量%とからなり、
前記(A)エチレン系重合体および(B)エチレン系重合体がともに下記メタロセン触媒を用いて製造された重合体であり、
(1) 前記(A)エチレン系重合体の密度(dA )と前記(B)エチレン系重合体の密度(dB )との比(dA /dB )が1よりも大きく
(2) 密度が0.940〜0.970g/cm3 の範囲にあり、
(3) メルトフローレート(190℃、2.16kg荷重下測定)が0.005〜20g/10分の範囲にあり、
(4) メルトフローレート(MFR(g/10分))とメルトテンション(MT(g))とが
log(MT)≧−0.4 log(MFR)+0.7
で示される関係を満たし、
(5) 径スウェル比が1.35を超えるエチレン系重合体組成物
からなることを特徴とするポリエチレン製成形体;
メタロセン触媒:
[I]下記一般式(i)〜( iii )のいずれかで表される遷移金属化合物と、
[ II ]前記遷移金属化合物[I]を活性化させうる化合物であって、かつ
(II-1) 有機アルミニウム化合物、および
(II-2) アルミノキサンから選ばれる少なくとも1種の化合物と、
[ III ]微粒子担体と、
からなる担体担持型メタロセン触媒;
R 1 、R 2 、R 3 およびR 4 は、互いに同一でも異なっていてもよく、水素原子、ハロゲン原子、炭素原子数が1〜20の炭化水素基、炭素原子数が1〜20のハロゲン化炭化水素基、ケイ素含有基、酸素含有基、イオウ含有基、窒素含有基またはリン含有基を示し、また互いに隣接する基の一部が結合してそれらの基が結合する炭素原子とともに少なくとも1個の環を形成していてもよく、
X 1 およびX 2 は、互いに同一でも異なっていてもよく、水素原子、ハロゲン原子、炭素原子数が1〜20の炭化水素基、炭素原子数が1〜20のハロゲン化炭化水素基、酸素含有基、イオウ含有基または窒素含有基を示し、
Yは、2価の炭化水素基、2価のケイ素含有基または2価のゲルマニウム含有基を示す 。)
R 5 〜R 9 は、互いに同一でも異なっていてもよく、そのうち少なくとも2個以上がメチルまたはエチルであり、他は水素原子であり、
R 10 〜R 14 は、互いに同一でも異なっていてもよく、そのうち少なくとも2個以上がメチルまたはエチルであり、他は水素原子である。)
R 15 〜R 19 は、互いに同一でも異なっていてもよく、そのうちの4個がメチルまたはエチルであり、かつ他は水素原子であるか、または5個がメチルまたはエチルであり、
R 20 およびR 21 は、互いに同一でも異なっていてもよく、炭素原子数が1〜5のアルキル基または水素原子である。)。 - 前記成形体は、中空成形体である請求項1に記載のポリエチレン製成形体。
- 前記成形体は、パイプ成形体である請求項1に記載のポリエチレン製成形体。
- 前記成形体は、インフレーションフィルムである請求項1に記載のポリエチレン製成形体。
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