JP5237376B2 - 改良した加工性を有する軟質ポリオレフィン組成物 - Google Patents

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Description

本発明は改良した加工性を有する軟質ポリオレフィン組成物に関する。さらに詳細には、本発明は、一定の加工助剤の添加により得られる改良した加工性を有する軟質ヘテロ相ポリオレフィン組成物に関する。
軟質ポリオレフィン組成物は、結晶性熱可塑性フラクションとエラストマーフラクションとのブレンドにより得ることができる。典型的には、このような組成物は、結晶性フラクションがマトリックスを構成し、当該マトリックス中にエラストマー相が微細分散されているのでヘテロ相である。軟質ヘテロ相ポリオレフィン組成物は、反応器内ブレンドを生成する多数反応器中の逐次重合を含む種々のプロセスにより得ることができる。弾性特性を有するが熱可塑性挙動を依然として保持する軟質ポリオレフィン組成物は、押出法や射出成形を含む、熱可塑性ポリマー類に使用されるのと同じ製造プロセスにより成形品に変えることができるので、多くの用途に使用されている。
結晶性フラクションが実質量のプロピレンホモポリマー又はポリエチレンとエチレン及び/又は別のα−オレフィンとのランダムコポリマーを含み、エラストマーフラクションが実質量のエラストマーエチレン−プロピレンコポリマーを含み、場合により、ジエンを含有する(EPDM)、軟質ポリオレフィン組成物は、少なくとも2個の反応器中で、チグラー・ナッタ触媒又はメタロセン触媒系の存在下で、逐次的重合により、有利に製造できる(例えば、WO03/011962号公報に記載されている)。しかし、高極限粘度を有するエラストマーフラクションを実質量含む組成物は、しばしば1未満の非常に低いメルトフローレート(MFR)(230℃、2.16kg、ASTM D 1238、条件L)のために、溶融状態で加工するのが困難な場合がある。一般に、ポリオレフィン物質のMFRを増すために広く使用されている技術はビスブレーキングである。ポリオレフィン物質のビスブレーキング法は当業者に周知である。一般に、ビスブレーキングは、液状若しくは粉末又はキャリヤーに吸収させた過酸化物を使用することにより行われる。次いで、ポリオレフィン組成物/過酸化物混合物を熱可塑化し、混合物を運搬する手段、例えば、高温の押出機に導入する。滞留時間及び温度は、所望の程度のポリマー鎖分解を行うように選択した特定の過酸化物(すなわち、押出機の処理温度で過酸化物の半減期に基づく)に関連して制御する。結果として、全分子量を減少させると共に組成物中に存在するポリマーの分子量分布を狭くし、それにより、重合化ポリマーに関してMFRを増加させる。例えば、小(fractional)MFR(すなわち、1未満)のポリマー、又は0.5〜10のMFRのポリマーを、過酸化物の種類、押出温度及び押出滞留時間の選択により15〜50のMFRに選択的にビスブレーキングできる。エチレン含有コポリマーの存在下で架橋を避けるために、手順の実施に充分な注意を払わなければならない。しかし、過酸化物ビスブレーキングは、しばしば粘着性の物質をもたらし、機械特性を悪化させる。したがって、ビスブレーキングにより得られる改良して加工性はポリオレフィン組成物の低品質の大きな欠点を受ける。
一定のポリオレフィン物質の加工性を改良するためにビスブレーキングの代わりに溶融粘度減少剤が特許文献に開示されている。米国特許第6,277,918号明細書は、結晶性ポリブテン−1と実質量(75重量%を超える)のLLDPEタイプのエチレンコポリマーを含むポリオレフィン組成物との使用を開示する。
米国特許第6,667,364号明細書は、PEに富んだTPV(熱可塑性加硫物)の加工性を改良するために溶融粘度減少剤の使用を開示し、ここで、PEは連続硬質相であり、特定のEPDMゴムが軟質相である。この特許に開示された粘度減少剤にはアイソタクチックポリ(1−ブテン)及び一定のオイル又はワックス等がある。これらの組成物高粘度は、PEとEPDMゴムの相容性に起因する。PP又はゴムのいずれかが他より大量に存在するTPVは加工性であると見なされている(カラム2、51〜55行)。
引用した文献は、本質的に結晶性プロピレン(コ)ポリマーと実質量のエチレン−プロピレンエラストマーコポリマー成分とを含む軟質ポリオレフィン組成物の溶融状態の加工性の悪さに対する解決を提供していない。
かくて、改良した加工性を有する軟質ポリオレフィン組成物に対する必要性があり、ここで、機械特性を悪化させる及び/又は粘着性若しくは粘度減少剤として使用するオイルの最終物品の表面への移動(ブルーミング)のような望ましくない作用をもたらすことなくメルトフローレートの増加が達成される。
したがって、本発明は、MFRが1以上、好ましくは、2以上を示す軟質ポリオレフィン組成物に関し、
(A)プロピレンホモポリマー又は別のα−オレフィンとのプロピレンコポリマーを含むポリプロピレン成分8〜45重量%、前記ポリプロピレン成分は少なくとも85重量%のプロピレンを含有し、室温でのキシレン可溶性が20重量%未満である;
(B)エチレンと少なくとも1種のその他のα−オレフィンからなるコポリマー又はコポリマーの組成物を含み、エチレンを15重量%〜40重量%を含有するエラストマー成分82〜45重量%、前記ゴムは室温でのキシレン可溶性が60重量%を超える;
(C)ブテン−1のホモポリマー又はコポリマー及びパラフィンワックス若しくはグリースを含む粘度減少剤10〜25重量%を含む。
本発明の軟質ポリオレフィン組成物は低曲げ弾性率、すなわち、100MPa未満、好ましくは、60MPa未満、より好ましくは、30MPa未満を示し、同時に、可撓性でない組成物の機械特性及び光学特性を維持する。本発明の軟質ポリオレフィン組成物は8〜45重量%、好ましくは、10〜30重量%、より好ましくは12〜18重量%のポリプロピレン成分(A);82〜45重量%、好ましくは。80〜60重量%、より好ましくは、78〜72重量%のエラストマー成分(B);及び10〜25重量%、好ましくは、10〜20重量%、より好ましくは14〜16重量%の、ブテン−1のホモポリマー又はコポリマー及びパラフィンワックス若しくはグリースを含む粘度減少剤を含む。
本発明のポリプロピレン成分(A)は,(i)結晶性プロピレンホモポリマー又は(ii)プロピレンと少なくとも1種の式HCH=CHR(RはHもしくはC2−6線状若しくは分枝状アルキルである)α−オレフィンからなるプロピレンの結晶性コポリマーである。
「結晶性」という用語は、本明細書中では、高結晶性を示し、室温でのキシレン可溶性が20重量%未満であることを意味する。ホモポリマー(i)は、10重量%未満、好ましくは、5重量%未満、そしてさらにより好ましくは3重量%未満の室温における好適なキシレン可溶性を示す。「室温」の意味は、本明細書中では約25℃の温度を意味する。プロピレンコポリマー(ii)は少なくとも85重量%のプロピレン、好ましくは、少なくとも90重量%プロピレンを含有し、15重量%未満、好ましくは10重量%未満、そして、さらに好ましくは8重量%未満の室温における好適なキシレン可溶性を示す。前記α−オレフィンは、好ましくは、エチレン、ブテン−1、ペンテン−1、4−メチルペンテン、ヘキセン−1、オクテン−1又はそれらのいずれかの組合せであり、さらに好ましくは、プロピレン(ii)のコポリマーはプロピレン及びエチレンのコポリマーである。
プロピレンとエチレンと又はその他のα−オレフィンと若しくはそれらの組合せとのコポリマーは、本発明の組成物に高い透明性を与えるので、好適な(A)成分である。
本発明のポリオレフィン組成物のエラストマー成分(B)は、エチレンとプロピレン及び/又は少なくとも1種のその他のα−オレフィンとのコポリマー又は組成物を含み、15重量%〜40重量%のエチレンを含有し、当該エラストマー成分は60重量%を超える室温におけるキシレン可溶性を示す。該エラストマー成分は、好ましくは、第1エラストマーコポリマー(1)及び第2エラストマーコポリマー(2)を含む。
「エラストマー」という用語は、本明細書中では、低結晶性を示すか非晶質であり、60重量%を超える室温におけるキシレン可溶性を示す。第1エラストマーコポリマー(1)は、エチレンとプロピレン及び/又は少なくとも1種のC4〜C10α−オレフィンと、場合により0.5〜5重量%のジエンを含有するコポリマーであり;前記C4〜C10α−オレフィンは、好ましくは、ブテン−1、ヘキセン−1若しくはオクテン−1である。エチレン含量は15〜32重量%、好ましくは、25〜30重量%の範囲である。エラストマーコポリマー(1)の室温におけるキシレン可溶性は50重量%より大きく、好ましくは、70重量%より大きく、さらにより好ましくは、80重量%より大きく、キシレン可溶性フラクションの極限粘度は3.0〜5.0dl/g、より好ましくは、3.5〜4.5dl/g、さらにより好ましくは、3.8〜4.3dl/gである。第2エラストマーコポリマー(2)は、エチレンとプロピレン及び/又は少なくとも1種のC4−C10α−オレフィンとのコポリマーであり、場合により、0.5〜5重量%のジエンを含有し;当該C4−C10α−オレフィンは、好ましくは、ブテン−1、ヘキセン−1又はオクテン−1である。エチレン含量は32重量%を超え45重量%までであり、好ましくは、35〜40重量%の範囲である。エラストマーコポリマー(2)の室温におけるキシレン可溶性は80重量%を超え、好ましくは、85重量%を超え、キシレン可溶性フラクションの極限粘度は4.0〜6.5dl/g、好ましくは、4.5〜6.0dl/gであり、より好ましくは、5.0〜5.7dl/gである。前述したように、エラストマーフラクション(B)のコポリマー(1)及び(2)を形成するために、エチレンとプロピレン及び/又は別のα−オレフィン又はその組み合わせとの共重合は、例えば、ブタジエン、1,4−ヘキサジエン、1,5−ヘキサジエン、及びエチリデン−ノルボルネン−1のようなジエン(共役又は非共役)の存在下で起こる。存在するとき、ジエンはフラクション(B)の重量に関して、0.5〜5重量%である。
エラストマーコポリマー(1)(2)の重量比は1:5〜5:1である。典型的には、本発明のポリオレフィン組成物の曲げ弾性率は100MPa未満、好ましくは、60MPa未満、より好ましくは30MPa未満であり;ショアA硬度は90未満、好ましくは、65〜80であり;100%における残留伸びが60%未満、好ましくは、50%未満である。
本発明の軟質ポリオレフィン組成物は、本発明の軟質ポリオレフィン組成物のポリプロピレン成分(A)及びエラストマー成分(B)をブレンドすることによるか、又は少なくとも2段階の逐次重合により製造できる。好適な実施態様では、逐次重合は、WO03/011962号公報に記載されている、トリアルキルアルミニウム化合物、場合により、電子ドナー、並びに無水マグネシウムクロリドに担持されたTiのハライドもしくはハロゲン−アルコレートと電子供与化合物とを含む固形触媒成分を含む触媒系の存在下で行う。
ポリプロピレン成分(A)及びエラストマー成分(B)のみ、すなわち、加工助剤を全く添加しないものは、例えば、上記逐次重合プロセスより反応器内ブレンドとして得られるとき、非常に低いMFR,典型的には、小MFR(fractional MFR)を示し、溶融状態で、特に射出成形を必要とする用途について容易に加工できない。
本発明では、これらの成分を粘度減少剤(C)と共にブレンドでき、すなわち、仕上げ処理を含む重合化、あるいは、粘度減少剤(C)とブレンドする前に制限的ビスブレーキングに付し、MFRの部分増加を達成する。
本発明の粘度減少剤(C)は、結晶性ポリ−1−ブテン成分及びパラフィンワックス若しくはグリース成分を含む。
ポリブテン−1ポリマー類は当業界で周知であり、特に耐圧性及び耐クリープ性に関して良好な特性を示す。ポリブテン−1ポリマー類は、一般に、一定のチグラー・ナッタ触媒系の共存下でブテン−1を重合することにより製造される。本発明の粘度減少剤の成分として好適に使用されるポリブテン−1は、半結晶性で高度にアイソタクチックな線状ホモポリマー(特に、NMRを使用するmmmmペンタド/総ペンタドとして及び0℃のキシレン中に可溶な物質の重量として双方で測定した、96〜99%アイソタクチック性)であり、ブテン−1を立体特異性触媒(文献に記載)を用いて重合することにより得られる。本発明の軟質ポリオレフィン組成物に使用されるポリブテン−1ポリマーは、好ましくは、結晶形態2(第1形態から動力学的に好ましい形態に)の融点が81〜109℃を示す。
ブテン−1の適しているポリマー類は、ホモポリマー類及び好ましくは30モル%までのオレフィンコモノマー(特に、5〜8個の炭素原子を含有するα−オレフィン類)を含有するコポリマー類の双方である。これらのポリマー類は、例えば、ブテン−1の低圧チグラー/ナッタ重合により、例えば、ブテン−1(及びコモノマー)をTiClに基づく触媒、又は塩化マグネシウムに担持されたハロゲン化化合物、及び適切な助触媒(特にアルミニウムのアルキル化合物)と重合することにより得ることができる。ポリマーの過酸化物による連続処理により、メルトフローレートの高値を得ることができる。MFRが100を超えるポリブテン−1が本発明の組成物に好適である。
190℃/2.16kgで100〜500g/10分のメルトフローレートを示すポリブテン−1ホモポリマー又はコポリマーが本発明の使用に特に好適である。
本発明の粘度減少剤のパラフィンワックス又はグリース成分は、ワセリングリースとしても知られている、炭化水素の固体若しくは半固体混合物である。それは疎水性で、高度に粘性のグリースであり、標準的には、50℃を典型的には超える融点を示す、周囲温度で固体若しくは半固体である。
ポリブテン−1成分及びパラフィンワックス若しくはグリース成分は、5:1〜1:5、好ましくは、2:1〜1:2の割合で粘度減少剤(C)中に存在する。
本発明の軟質ポリオレフィン組成物類は、医学、自動車、包装、消費者向けを含む多分野に用途を見出す。完成品が射出成形により製造される用途における本発明組成物の使用は特に有利である。
オレフィンポリマー類に慣用的に使用される慣用添加剤、充填剤及び顔料(例えば、成核剤、増量油(extension oil)、鉱質充填剤、並びにその他の有機及び無機顔料)を添加できる。
特記しない限り、下記の試験方法は、発明の詳細な説明及び実施例中で報告する特性を決定するために使用する。
特性 方法
メルトフローレート ISO 1133(条件「L」)
100%残留伸び ASTM D412
破断点引張強さ ISO 527(500mm/分でS型試験片を試験)
破断点伸び ISO 527
23℃における曲げ弾性率 ISO 178
ショア硬度A ISO 868(5秒後測定)
特記しない限り、種々の物理特性分析に付す試料はISO 8986−2に準じて製造した。120×120×2mm厚さプラークを、関連コポリマー試料と1%2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール(BHT)とを180℃でBrabender中で混合することにより得たポリマー組成物の圧縮成形(200℃、30℃/分の速度で冷却)により得た。
試験前に2mm厚さのプラークを、存在するときPBの相変換を促進させるために、室温で10分間200バールのオートクレーブ中に入れた。これらのプラークから、S−型試料に切断し500mm/分のヘッド速度で引っ張り強さ試験に供した。残留伸び、曲げ弾性率及びショアA硬度の試験片もこれらのプラークから切り分けた。前進フロントに平行に、連続的に流れ方向に対して直角に総ての試験片を切り分けた。
スパイラルフロー測定試験
スパイラルフロー評価は中空螺旋型の中央に溶融ポリマーを注入し、凝固樹脂の総長さを測定し、圧力及び温度の特定条件下でポリマーが凝固する前に該材料がいかなる距離を流れるかを決定することを含む。
Figure 0005237376
種々の異なる圧力でスパイラルフロー測定を行った。
Figure 0005237376
(実施例1)
WO03/011962 A1の実施例3の組成を有するポリオレフィン物質を使用して、本発明の軟質ポリオレフィン組成物を調製した。ポリプロピレン成分(A)は、WO03/011962 A1の表1の第1重合段階で生成した(コ)ポリマーに相当し、エラストマー成分(B)は、WO03/011962 A1の表1の第2及び第3重合段階で生成した(コ)ポリマーに相当する。(A+B)総量におけるポリプロピレン成分(A)の量は15重量%であり、(A+B)総量におけるエラストマー成分(B)の量は85重量%だった。重合化した組成物を二軸スクリュー押出機Berstorff中で過酸化物(100ppmLuperox 101)を用いて、MFR0.6に達するまでビスブレーキングに付した。
粘度減少剤(C)を、
− 以下の物理特性を有するポリブテン−1ホモポリマー:
特性 ASTM法 値
メルトフローレート D1238 175g/10分
密度 D1505 0.915g/cm
破断点引張応力 D638 20MPa
曲げ弾性率 D638 487MPa
溶融範囲 DSC 124〜130℃;及び
− CONQORD OILs.r.l.のワセリンBF医薬品等級ペトロラタムの販売名で市販されているパラフィンワックス若しくはグリース、室温で固体であり、融点が60℃
を用いて調製した。
上述したようにMFR0.6にビスブレーキングした(A+B)85重量%、及び粘度減少剤(C)(ポリブテン−1:パラフィンワックス若しくはグリースが1:2だった)15重量%を用いて軟質ポリオレフィン組成物を調製した。Brabender実験室ニーダー中に成分(A+B)及び粘度減少剤(C)を導入し、混合した。表1にこうして得られた軟質組成物の特性を列挙する。
(実施例2)
実施例1と同様にして組成物を調製したが、ポリブテン−1対パラフィンワックス若しくはグリースの比が2:1の粘度減少剤(C)を使用した。
(実施例3)
実施例1と同様にして組成物を調製したが、ポリブテン−1対パラフィンワックス若しくはグリースの比が1:1の粘度減少剤(C)を使用した。
(比較例4)
WO03/011962 A1の実施例3にしたがって得られた成分A+Bのみを含有する組成物を、粘度減少剤を添加しないで、MFR0.6に過酸化物ビスベレーキングに付し、本発明の実施例1〜3との比較目的で試験した。
(比較例5)
WO03/011962 A1の実施例3にしたがって得られた成分A+Bのみを含有する組成物を、いずれの粘度減少剤を添加しないで、過酸化物(100ppm Luperox 101)を用いて、二軸スクリュー押出機Berstorff中で、MFRが15に達するまでビスブレーキングに付した。最終組成物を本発明の実施例1〜3との比較目的で試験した。
(比較例6)
WO03/011962 A1の実施例3にしたがって得られた成分A+B 85重量%(MFR 0.6に過酸化物ビスブレーキング)を、ポリブテン−1 15重量%と混合した。最終組成物を本発明の実施例1〜3との比較目的で試験した。
(比較例7)
WO03/011962 A1の実施例3にしたがって得られた成分A+B 85重量%(MFR 0.6に過酸化物ビスブレーキング)を、CONQORD OILs.r.l.の同じワセリンBF医薬品等級ペトロラタム 15重量%と混合した。最終組成物を本発明の実施例1〜3との比較目的で試験した。
結果を下記表1に示す。
Figure 0005237376
上記実施例は、本発明の軟質組成物(比較例4と比較した実施例1〜3)が官能値から約2にMFRを上昇させ、100バールで120から200を超えるスパイラル長さに延ばし、それにより、溶融状態の組成物の加工性を改良することを示す。このような改良が組成物の機械特性を有意に悪化させることなく得られる。さらに、ショアAにより測定した軟質も強化する。
比較例5は、MFR15まで上げたビスブレーキングによる加工性の改良が、軟質を改良することなく機械特性の有意の悪化、特に、可撓性、破断点応力及び破断点伸びの悪化に結びつくことを示す。さらに、粘着性が、典型的に、このようなビスブレーキングの程度に結びつくことを示す。
比較例6は、ポリブテン−1のみは加工性を改良するが、ベースポリマー組成物に関して硬度を悪化させることを示す。
比較例7は、匹敵量のパラフィンワックス若しくはグリース単独はMFR及びスパイラル長さ値の所望の増加をもたらさないことを示す。

Claims (6)

  1. 軟質ポリオレフィン組成物であって、
    (A)プロピレンホモポリマー又は別のα−オレフィンとのプロピレンコポリマーを含むポリプロピレン成分8〜45重量%、前記ポリプロピレン成分は少なくとも85重量%のプロピレンを含有し、室温でのキシレン可溶性が20重量%未満である;
    (B)エチレンとプロピレン及び/又は少なくとも1種のその他のα−オレフィンからなるコポリマー又はコポリマーの組成物を含み、エチレンを15重量%〜40重量%を含有するエラストマー成分45〜82重量%、前記ゴムは室温でのキシレン可溶性が60重量%を超える;
    (C)ブテン−1のホモポリマー又はコポリマー及びパラフィンワックス又はグリースを含む粘度減少剤10〜25重量%を含み、
    前記組成物がMFR≧1(230℃および2.16kgにおいてISO法1133に準拠して測定)であり、前記ブテン−1のホモポリマー又はコポリマー及び前記パラフィンワックス又はグリースが、前記粘度減少剤(C)中に1:5〜5:1の比で存在する、前記軟質ポリオレフィン組成物。
  2. MFR≧2(230℃および2.16kgにおいてISO法1133に準拠して測定)を特徴とする、請求項1に記載の軟質ポリオレフィン組成物。
  3. 前記ブテン−1のホモポリマー又はコポリマーがMFR≧100(190℃および2.16kgにおいてASTM D1238に準拠して測定)であることを特徴とする、請求項1又は2のいずれかに記載の軟質ポリオレフィン組成物。
  4. 前記粘度減少剤(C)の添加前の前記ポリプロピレン成分(A)及び前記エラストマー成分(B)のブレンドが1未満のMFR値(230℃および2.16kgにおいてISO法1133に準拠して測定)であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の軟質ポリオレフィン組成物。
  5. 前記パラフィンワックス又はグリースの融点が50℃を超えることを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の軟質ポリオレフィン組成物。
  6. 請求項1〜5のいずれかに記載の軟質ポリオレフィン組成物の射出成形により製作された成形物品。
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