JP5261639B2 - 直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物、射出発泡成形体およびその製造方法 - Google Patents

直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物、射出発泡成形体およびその製造方法 Download PDF

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本発明は、直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物、射出発泡成形体およびその製造方法に関し、さらに詳しくは、表面外観に優れ、射出発泡成形性が良好で、大幅な軽量化が可能な直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物、射出発泡成形体およびその製造方法に関する。
従来、ポリプロピレン系樹脂は、良好な物性及び成形性を有し、また、環境にやさしい材料として急速にその使用範囲が拡大している。特に、自動車部品等では、軽量で剛性に優れたポリプロピレン系樹脂製品が提供され、そのような製品の一つに、ポリプロピレン系樹脂の射出発泡成形体がある。
上記ポリプロピレン系樹脂の射出成形において、軽量化、コストダウン、成形体の反り・ヒケ防止を目的に、発泡を行ういわゆる射出発泡成形が従来から行われてきた(例えば、特許文献1参照。)。また、近年、自動車分野においては、燃費向上(CO排出低減)のために、さらなる軽量化が図られており、大幅な薄肉化、例えば1〜2mm程度の薄肉部分を有する製品の成形が必要である。
しかし、ポリプロピレン系樹脂は、メルトテンション(溶融張力)が低く、気泡が破壊されやすい。その結果、内部にボイドが発生しやすく、発泡倍率を高くすることが困難であった。また、気泡が不均一で大きいために、得られた成形体の剛性も充分でなかった。なお、ここでいうボイドとは、内部の気泡が連通化するなどして生じる粗大な気泡で、実質その径が1.0mmを超える気泡のことをいう。
ポリプロピレンの発泡性を改良する方法として、例えば、ポリプロピレンに発泡剤と架橋助剤とを添加して、その分子を架橋させつつ発泡体を製造する方法が提案されている(例えば、特許文献2参照。)。しかし、この方法でも、ポリプロピレンのメルトテンションの向上は不充分であり、かつこのようなポリプロピレンには、架橋しない架橋助剤が残存する結果、臭気が課題となる。
放射線照射により長鎖分岐を導入することにより、通常の線状ポリプロピレン系樹脂に比べてメルトテンションが高く、さらに溶融物の延伸歪みの増加に伴い粘度が上昇する、いわゆる歪硬化性を示すポリプロピレン系樹脂がサンアロマー社よりHMS−PP(ハイ・メルトストレングス・ポリプロピレン)として市販されている(特許文献3参照。)。
この様なHMS−PPを基材樹脂として射出発泡成形に使用することで発泡成形体が得られることも、知られている(特許文献4参照。)。
通常、剛性を維持した上で大幅な軽量化を達成するには、軽量化前の非発泡射出成形体に対して、射出充填時の金型キャビティ・クリアランス厚み(発泡前厚み)を大幅に薄くし、高発泡させることが必要になる。しかし、ここで使用されているHMS−PPは、メルトフローレートが4g/10分程度しかなく、溶融時の流動性が低いために、大幅な薄肉化、例えば1〜2mm程度の薄肉部分を有する成形においては、ショートショットになり易い問題がある。また、架橋構造を有する熱可塑性樹脂は、再度溶融加工することが困難な傾向にあり、発泡体のコストや廃棄物の量や資源のリサイクルという観点でも、問題がある。
また、メルトインデックス(MI)およびキャピラリースウェル比を規定した架橋構造を有しない熱可塑性樹脂を用いることにより、良好な発泡セル制御や高外観の発泡成形体が達成されている(例えば、特許文献5、6参照。)が、該成形体が大型化、複雑化、薄肉化するに連れ、高倍率及び発泡前厚みを薄くし発泡させた際にセル形態を良好に保った射出発泡成形体を得るのは困難であった。
また、プロピレン単独重合成分や共重合体成分の極限粘度、さらにメルトインデックス(MI)、メルトフローインデックス(MFR)を規定した、プロピレン系多段重合体や、ポリプロピレン系樹脂組成物を用いることにより、発泡成形性、外観に優れた射出発泡成形体が得られているが、該成形体が大型化、複雑化、薄肉化するに連れ、ショートショットになり易かったり、外観が不充分となる場合が多い(例えば、特許文献7、8参照。)。
一方、表面外観が良好な発泡成形体を得る製造方法としては、従来より種々の方法が提案されている。例えば、狭くした金型キャビティ内にポリプロピレン系樹脂を発泡圧力以上の圧力で可動型を後退させながら射出充填してスキン層を形成させた後、充填完了後さらに可動型を後退させてコア層を発泡させる製造方法は、特別な装置なしに表面外観良好な発泡成形体が得られる(例えば、特許文献9参照。)。
しかし、これらの方法で得られる発泡成形体は、いずれも2倍未満の低発泡倍率のもので、高発泡倍率のものは得られていない。
また、線状ポリプロピレン系樹脂、ラジカル重合開始剤および共役ジエン化合物を溶融混練して得られる歪硬化性を示す改質ポリプロピレン系樹脂、および発泡剤から成る材料を用いて、金型が固定型と前進および後退が可能な可動型とから構成され、発泡前の成形体厚み(t)よりも小さいクリアランス(t)を有するキャビティ中に前記溶融混合物を射出充填する工程、次いで可動型を後退させて発泡前の成形体厚み(t)に相当するクリアランスまで射出充填を完了する工程、さらに可動型を後退させて前記ポリプロピレン系樹脂を発泡させる工程とからなる射出発泡成形体の製造方法が提案され、射出発泡成形性、表面外観が良好で、高発泡倍率の射出発泡成形体が得られている(例えば、特許文献10参照。)。
しかし、該成形体が大型化、複雑化、薄肉化するに連れ、ショートショットになり易かったり、外観や発泡倍率、およびリサイクル性が不充分となる場合が多い。
こうした状況の下、従来のポリプロピレン系樹脂組成物の問題点を解消し、比較的大型で、デザインが複雑化、薄肉化された射出発泡成形体、とりわけ自動車部品用射出発泡成形体、なかでもトリム類、天井材、トランク周りなどの自動車内装部品用射出発泡成形体を得る際に必要な性能である、表面外観に優れ、射出発泡成形性が良好で、大幅な軽量化が可能であり、リサイクル性にも優れ、剛性などの物性も向上したポリプロピレン系樹脂組成物、射出発泡成形体およびその製造方法に対する研究開発が求められている。
特開平6−198668号公報 特公昭45−40420号公報 特開昭62−121704号(特公平7−45551号)公報 特開2001−26032号公報 特開平8−231816号公報 特開2004−307665号公報 国際公開WO2005/097842号 特開2006−152271号公報 特開2003−11190号公報 特開2005−224963号公報
本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、射出発泡成形体に用いた場合、表面外観に優れ、射出発泡成形性が良好で、大幅な軽量化が可能であり、リサイクル性にも優れ、剛性などの物性も向上した直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物、射出発泡成形体およびその製造方法を提供することにある。
因みに、本明細書で、表面外観に優れるとは、シルバーストリークの発生を抑制した良好な外観を呈すことを意味し、射出発泡成形性が良好とは、面張りが良好であり、設定発泡倍率通りに発泡し、セル形態としてセル径が均一であることを意味する。なお、面張りとは、成形体の表面における面の均一性を表し、また、面張りが良好であるということは、成形体表面全体に凹凸が無く、部分的にも微細な凹みや膨らみが無い状態を示すことである。
本発明者らは、上記課題を解決するため、鋭意研究を重ねた結果、直鎖状プロピレン重合体部分および直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分からなる特定性状・性能を有する直鎖状プロピレン・エチレンブロック共重合体(成分A−1)30〜100重量%と、その他のプロピレン系重合体(成分A−2)0〜70重量%からなるポリプロピレン系樹脂(成分A)と、発泡剤(成分B)、必要に応じて、フィラー(成分C)、エラストマー(成分D)を配合し、各成分の含有割合などの最適化を行ったところ、特に、直鎖状であっても、歪硬化性を示すなどの特定性状・性能を有する直鎖状プロピレン・エチレンブロック共重合体(成分A−1)30〜100重量%と、その他のプロピレン系重合体(成分A−2)0〜70重量%からなるポリプロピレン系樹脂(成分A)に、発泡剤(成分B)を配合し、射出発泡成形用樹脂組成物にすると、表面外観に優れ、射出発泡成形性が良好で、大幅な軽量化が可能であり、リサイクル性にも優れ、剛性などの物性も向上した直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物およびその射出発泡成形体が得られることを見出し、これらの知見に基づき、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の第1の発明によれば、直鎖状プロピレン重合体部分および直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分からなり、下記の特性(i)〜(vi)を有する直鎖状プロピレン・エチレンブロック共重合体(成分A−1)30〜100重量%と、その他のプロピレン系重合体(成分A−2)0〜70重量%からなるポリプロピレン系樹脂(成分A)と、発泡剤(成分B)を含有することを特徴とする直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物が提供される。
特性(i):直鎖状プロピレン重合体部分のメルトフローレート(230℃、2.16kg荷重)が130g/10分以上である。
特性(ii):直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分の直鎖状プロピレン・エチレンブロック共重合体(成分A)全体に対する割合が2〜50重量%である。
特性(iii):メルトフローレート(230℃、2.16kg荷重)が60g/10分を超える。
特性(iv):ダイスウエル比が1.2〜2.5である。
特性(v):180℃伸張粘度測定において歪硬化性を示す。
特性(vi):溶融粘弾性測定における、第一法線応力差(N1)とせん断応力(SS)との比(N1/SS)が1.01以上である。
本発明の第2の発明によれば、第1の発明において、直鎖状プロピレン・エチレンブロック共重合体(成分A−1)は、直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分の固有粘度[η]copolyが5.3〜15.0dl/gであることを特徴とする直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物が提供される。
また、本発明の第3の発明によれば、第1又は2の発明において、直鎖状プロピレン・エチレンブロック共重合体(成分A−1)全体の重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との比(Q値:Mw/Mn)が7〜13であることを特徴とする直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物が提供される。
さらに、本発明の第4の発明によれば、第1〜3のいずれかの発明において、直鎖状プロピレン・エチレンブロック共重合体(成分A−1)における、直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分のエチレン含量は、直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体全量に対し、15〜80重量%であることを特徴とする直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物が提供される。
また、本発明の第5の発明によれば、第1〜4のいずれかの発明において、ポリプロピレン系樹脂(成分A)100重量部に対して、フィラー(成分C)を1〜70重量部含有することを特徴とする直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物が提供される。
さらに、本発明の第6の発明によれば、第5の発明において、フィラー(成分C)は、タルク、ポリエステル繊維、ウィスカー、ガラス繊維または炭素繊維から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物が提供される。
また、本発明の第7の発明によれば、第1〜6のいずれかの発明において、ポリプロピレン系樹脂(成分A)100重量部に対して、エラストマー(成分D)を1〜50重量部含有することを特徴とする、直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物が提供される。
また、本発明の第8の発明によれば、第1〜7のいずれかの発明に係る直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物からなることを特徴とする射出発泡成形体が提供される。
さらに、本発明の第9の発明によれば、金型が固定型と前進および後退が可能な可動型とから構成され、最終製品の形状位置に相当する金型キャビティ・クリアランス(T)よりも小さい金型キャビティ・クリアランス(T)を有する金型キャビティに、溶融状態又は半溶融状態の直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物を射出充填する射出工程と、金型キャビティ・クリアランス(T)まで可動型を後退させ、発泡剤による膨張圧力によって金型キャビティの空隙を充填せしめる発泡工程とからなる型開き射出成形法で、直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物からなる射出発泡成形体を製造する方法であって、直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物を射出充填する射出工程において、発泡前成形体充填容積100%に対する射出率が20%/秒以上の条件で成形することを特徴とする第8の発明に係る射出発泡成形体の製造方法が提供される。
本発明は、上記した如く、直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物などに係るものであるが、その好ましい態様としては、次のものが包含される。
(1)第1の発明において、発泡剤(成分B)は、(i)重炭酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、重炭酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、亜硝酸アンモニウム、アゾジカルボンアミド(ADCA)、N,N’−ジニトロソペンタメチレンテトラミン、ベンゼンスルホニルヒドラジド若しくは4,4’−ジフェニルジスルホニルアジドから選ばれる化学発泡剤、(ii)炭酸ガス、窒素、アルゴン若しくはヘリウムから選ばれる物理発泡剤または(iii)発泡剤(膨張剤)を内包したマイクロカプセルであることを特徴とする直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物。
(2)上記(1)の発明において、発泡剤(成分B)の配合量は、化学発泡剤の場合、ポリプロピレン系樹脂(成分A)100重量部に対し、0.001〜10重量部であり、物理発泡剤の場合、超臨界状態を呈する量であることを特徴とする直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物。
(3)第1の発明において、直鎖状プロピレン・エチレンブロック共重合体(成分A−1)の直鎖状プロピレン重合体部分は、多段重合法、好ましくは二段重合法により重合されたものであることを特徴とする直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物。
(4)第1の発明において、直鎖状プロピレン・エチレンブロック共重合体(成分A−1)は、180℃伸張粘度測定における歪硬化性を有し、180℃伸張粘度測定において、歪速度が1.0/secにおける歪硬化度(λmax)の値が2.0以上であることを特徴とする直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物。
(5)第8の発明において、平均気泡径が500μm以下の発泡層と、厚みが10〜1000μmの非発泡層とを有することを特徴とする射出発泡成形体。
(6)第8の発明において、発泡倍率が2.0〜10倍であることを特徴とする射出発泡成形体。
本発明の直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物および射出発泡成形体は、架橋変成などを行わないにもかかわらず、表面外観に優れ、射出発泡成形性が良好で、大幅な軽量化が可能であり、リサイクル性にも優れ、剛性などの物性も向上するという顕著な効果を発現する。特に、従来困難であった、発泡前の絶対成形肉厚が2mm未満、とりわけ1.5mm以下の領域において、成形が可能であり、均一な高発泡倍率を発現するので大幅な軽量化が可能となる。また、架橋変成などを行わないため、リサイクル性にも優れ、環境適応性も良好である。そのため、トリム類、天井材、トランク周りなど自動車内装部品をはじめとする射出成形部品用途に、好適に用いることができる。
本発明は、直鎖状プロピレン・エチレンブロック共重合体(成分A−1、以下単に成分A−1ともいう)30〜100重量%と、その他のプロピレン系重合体(成分A−2、以下単に成分A−2ともいう)0〜70重量%からなるポリプロピレン系樹脂(成分A、以下単に成分Aともいう)、発泡剤(成分B、以下、単に成分Bともいう。)、および必要に応じて配合される、フィラー(成分C、以下、単に成分Cともいう。)、エラストマー(成分D、以下、単に成分Dともいう。)の各成分を含有することを特徴とする直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物および射出発泡成形体である。
以下、直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物の各成分、直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物の製造、および射出発泡成形体の製造などについて、詳細に説明する。
[I]直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物の構成成分
1.ポリプロピレン系樹脂(成分A)
本発明の直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物で用いられるポリプロピレン系樹脂(成分A)は、以下に述べる、直鎖状プロピレン・エチレンブロック共重合体(成分A−1)30〜100重量%、好ましくは40〜100重量%、とりわけ好ましくは50〜100重量%と、その他のプロピレン系重合体(成分A−2)0〜70重量%、好ましくは0〜60重量%、とりわけ好ましくは0〜50重量%とからなるものである。
ここで、成分A−1が30重量%未満であると、本発明の直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物およびその射出発泡成形体の表面外観および射出発泡成形性が低下する。
なお、本発明の直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物における各成分の配合割合は、成分Aの配合割合100重量部を基準とする。
1−1.直鎖状プロピレン・エチレンブロック共重合体(成分A−1)
本発明の直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物で用いられる直鎖状プロピレン・エチレンブロック共重合体(成分A−1)は、直鎖状プロピレン重合体部分と、直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分からなる直鎖状プロピレン・エチレンブロック共重合体である。
成分A−1は、下記特性(i)〜(vi)を有し、直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物において、優れた表面外観、および高度な射出発泡成形性(面張り、発泡倍率、セル形態)を発現することに寄与する特徴を有する。
特性(i):直鎖状プロピレン重合体部分のメルトフローレート(以下MFRと記す。)(230℃、2.16kg荷重)が130g/10分以上である。
特性(ii):直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分の成分A−1全体に対する割合が2〜50重量%である。
特性(iii):MFR(230℃、2.16kg荷重)が60g/10分を超える。
特性(iv):ダイスウエル比が1.2〜2.5である。
特性(v):180℃伸張粘度測定において歪硬化性を示す。
である。
特性(vi):溶融粘弾性測定における、第一法線応力差(N1)とせん断応力(SS)との比(N1/SS)が1.01以上である。
ここで、直鎖状プロピレン重合体部分、直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分や直鎖状プロピレン・エチレンブロック共重合体(成分A−1)における「直鎖状」とは、メチル分岐構造以外の分岐構造が極めて少ないことを意味し、これは、通常のポリプロピレン系樹脂にも多くみられる構造である。
例えば、13C−NMR分析により、分岐炭素に基づく31.5〜31.7ppmにピークが観測されないことで確認できる(Macromol.chem.phys.2003年、Vol.204、1738頁参照。)。
成分A−1は、前記のように、直鎖状構造であるにもかかわらず、歪硬化性を示す。この歪硬化性は、通常、分子の絡み合いにより生ずると言われており、歪硬化性を発現させるには、例えば、直鎖状プロピレン重合体部分の分子量と、直鎖状プロピレン・エチレンランダム共重合体部分の分子量の差を大きくしたり、また、直鎖状プロピレン重合体部分と直鎖状プロピレン・エチレンランダム共重合体部分の相溶性をあげる手法が挙げられる。
成分A−1は、これらを満足するばかりでなく、直鎖状プロピレン重合体部分中における直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分の分散構造が特異であって、すなわち、一般のプロピレン・エチレンブロック共重合体の場合(この場合では、剪断を受けた場合、エチレン・プロピレンランダム共重合体部分が、プロピレン重合体部分の界面に排斥され凝集して、個々に分散する。)とは異なり、一種の網目状に近似した状態(すなわち、直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分が、直鎖状プロピレン重合体部分に網目状に浸み込む。)を呈しているため、歪硬化性を示すと、考察されている。
また、一種の網目状に近似した状態を呈していることにより、直鎖状プロピレン重合体部分と、直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分との相溶性がより一段と高められていると、考察されている。
歪硬化性を示すことの効果は、本発明の直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物および射出発泡成形体において、射出発泡成形時の溶融樹脂流動先端部(フローフロント)での破泡等に起因するシルバーストリークが発生し難くなり、表面外観が美麗になり易く、また、高倍率で、均一微細な気泡を有する射出発泡成形体が得られ易くなることである。
(1)製造
本発明に用いる直鎖状プロピレン・エチレンブロック共重合体(成分A−1)は、単一の反応器を用いるセミバッチ法で製造することができる。
以下、単一の反応器に、重合溶媒、重合触媒及び水素を仕込み、プロピレン、水素を連続的に供給し、直鎖状プロピレン重合体を製造、一度反応器ガスをパージし、次いでプロピレン、エチレンを連続的に供給し、直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体を製造、取り出すセミバッチ法での製造について説明する。
(i)重合用反応器
重合用の反応器としては、特に形状、構造を問わないが、スラリー重合、バルク重合で一般に用いられる攪拌機付き槽や、チューブ型反応器、気相重合に一般に用いられる流動床反応器、攪拌羽根を有する横型反応器などが挙げられる。単一の反応器を用いる重合方法では、重合過程全体を通して、これらから選ばれる一つの反応器を用いて重合を行う。
(ii)重合触媒
重合触媒は、その必要とする全量を重合開始時に存在させ、重合当初から重合に関与させることが好ましく、重合開始後、新たに触媒を追加しないことが好ましい。重合開始後、触媒を新たに追加しなければ、パウダー性状の悪化やゲル発生の原因となり、追加した触媒で生成する、結晶性プロピレン重合体に対するエチレン・プロピレンランダム共重合体の割合が高いパウダーを、抑制できる。
重合触媒の種類は、特に限定されるものではなく、公知の触媒が使用可能である。例えば、チタン化合物と有機アルミニウムを組み合わせた、いわゆるチーグラー・ナッタ触媒、あるいは、メタロセン触媒(例えば、特開平5−295022号公報に開示。)が使用できる。ゴム成分の固有粘度は、比較的高いほうが好ましいため、重合時連鎖移動の少ないチーグラー・ナッタ触媒がより好ましい。チーグラー・ナッタ触媒は、チタン化合物として有機アルミニウム等で還元して得られた三塩化チタンまたは三塩化チタン組成物を電子供与性化合物で処理し更に活性化したもの(例えば、特開昭47−34478号、特開昭58−23806号、特開昭63−146906号公報に開示。)、塩化マグネシウム等の担体に四塩化チタンを担持させることにより得られ、いわゆる担持型触媒(例えば、特開昭58−157808号、特開昭58−83006号、特開昭58−5310号、特開昭61−218606号公報に開示。)等が含まれる。これらの触媒は、特に制限なく公知の触媒が使用可能である。
また、助触媒として、有機アルミニウム化合物を使用する。例えば、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウムなどのトリアルキルアルミニウム、ジエチルアルミニウムクロライド、ジイソブチルアルミニウムクロライドなどのアルキルアルミニウムハライド、ジエ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、ジエチルアルミニウムエトキシドなどのアルキルアルミニウムアルコキシド、メチルアルモキサン、テトラブチルアルモキサンなどのアルモキサン、メチルボロン酸ジブチル、リチウムアルミニウムテトラエチルなどの複合有機アルミニウム化合物などが挙げられる。また、これらを2種類以上混合して使用することも可能である。
また、上述の触媒には、立体規則性改良や粒子性状制御、可溶性成分の制御、分子量分布の制御等を目的とする各種重合添加剤を使用することができる。例えば、ジフェニルジメトキシシラン、tert−ブチルメチルジメトキシシランなどの有機ケイ素化合物、酢酸エチル、安息香酸ブチル、p−トルイル酸メチル、ジブチルフタレートなどのエステル類、アセトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン類、ジエチルエーテルなどのエーテル類、安息香酸、プロピオン酸などの有機酸類、エタノール、ブタノールなどのアルコール類等の電子供与性化合物を挙げることができる。
(iii)重合形式及び重合溶媒
重合形式としては、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ベンゼン若しくはトルエン等の不活性炭化水素を重合溶媒として用いるスラリー重合、プロピレン自体を重合溶媒とするバルク重合、また、原料のプロピレンを気相状態下で重合する気相重合が可能である。また、これらの重合形式を組み合わせて行うことも可能である。
例えば、直鎖状プロピレン重合体の重合をバルク重合で行い、直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体の重合を気相重合で行う方法や、直鎖状プロピレン重合体の重合をバルク重合と続いて気相重合で行い、直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体の重合は気相重合で行う方法などが挙げられる。
(iv)重合添加剤
重合添加剤は、触媒との組み合わせにもよるが、三塩化チタン触媒に、安息香酸ブチルといった芳香族エステルを添加したケースがより水素の消費が多いため、添加することが好ましい。
(v)重合圧力
セミバッチ重合においては、直鎖状プロピレン重合体製造時、重合圧力を一定で行うことも、随時変化させることも、可能である。重合圧力を高く設定すると、触媒活性を高くできる利点がある一方、回収する未反応のプロピレンが増加する不利益があるため、0.2〜5MPa、好ましくは0.3〜2MPa程度で実施するのが好ましい。
また、直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体製造時も、重合圧力を一定で行うことも、随時変化させることも、可能であるが、0.1〜0.2MPa程度で実施するのが好ましい。
(vi)重合温度
本発明において、重合温度に関しては、特に限定されないが、通常20〜100℃、好ましくは40〜80℃の範囲から選択される。この重合温度は、重合開始時と重合終了時において同一でも異なっていても良い。
(vii)重合時間
本発明において、重合時間も、特に限定されないが、通常30分〜10時間で実施される。一般に、直鎖状プロピレン重合体製造は、気相重合で2〜5時間、バルク重合で30分〜2時間、スラリー重合で4〜8時間を標準とし、また、直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体は、気相重合で1〜3時間、バルク重合で20分〜1時間、スラリー重合で1〜3時間を標準とする。
(viii)直鎖状プロピレン重合体部分の製造
上記少なくとも2段の逐次の多段重合工程においては、前段の重合工程で、プロピレン及び連鎖移動剤として水素を供給して、前記触媒の存在下でプロピレン単独重合を行い、直鎖状プロピレン重合体部分を製造する。
この際、直鎖状プロピレン・エチレンブロック共重合体(成分A−1)における、直鎖状プロピレン重合体部分のMFRを、130g/10分以上にするためのみならず、第一法線応力とせん断応力との比を1.01以上にするためには、前段の重合工程において、水素とプロピレンとを反応器中に供給し、触媒の存在下に、プロピレンに対する水素濃度を経時的に低下させながらプロピレンを重合させ、直鎖状プロピレン重合体が得られたときは、未反応ガス中の水素とプロピレンとのガス濃度比(H/C)を0.1モル比以下に保持することが好ましい。
前段の重合工程終了時に、未反応ガス中における水素とプロピレンのガス濃度比(H/C)を制御する方法としては、例えば、以下の方法が挙げられる。
つまり、前記のとおり、セミバッチ重合においては、結晶性プロピレン重合体製造時、重合圧力を一定で行うことも、随時変化させることも、可能であるため、未反応ガス中の水素とプロピレンのガス濃度比(H/C)を低下させる方法としては、(i)プロピレンの供給量は一定に保ち、水素の供給量を減少させる方法、(ii)重合圧力を一定にして、プロピレンの供給量を増加させ、水素の供給量を減少させる方法、(iii)プロピレンと水素両方の供給量を減少させる方法、及び(iv)プロピレンと水素両方の供給量を増加させる方法等が挙げられる。
本発明においては、制御の簡易さから、(ii)重合圧力を一定にして、プロピレンの供給量を増加させ、水素の供給量を減少させる方法、つまり、反応器に供給する水素とプロピレンの比(H/C)を漸次低下させながら行う方法が好ましい。
また、バッチ重合においては、製造前に必要量の大半を仕込み、水素の消費速度を調整することにより、未反応ガス中における水素とプロピレンのガス濃度比(H/C)が0.1モル比以下となるように、制御をすることができる。
水素の消費は、触媒、重合添加剤の有無、重合時間などにより変化するが、直鎖状プロピレン重合体製造終了時の水素濃度を低く抑えるためには、水素の消費速度がより大きい方が好ましい。水素の消費速度の点から、触媒については、一般にメタロセン触媒よりもチーグラー触媒が、チーグラー触媒の中でも、いわゆる塩化マグネシウム担持型触媒よりも、三塩化チタン型がより水素の消費が多いため、好ましい。
このようにして、水素量を制御し、前段の重合工程(a)の終了時に、未反応ガス中の水素、プロピレンのガス濃度比(H/C)が好ましくは0.1モル比以下、より好ましくは0.09モル比以下、さらに好ましくは0.08モル比以下となるように行う。この範囲だと、次いで行われる直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体製造工程への水素の持ち込みを抑制でき、高粘度の共重合体を得易い。
直鎖状プロピレン重合体に必要な水素の供給タイミングとしては、製造前に必要量の大半を仕込むことが好ましい。また、セミバッチ重合時には、プロピレンに対する水素の供給量は、徐々に低下させることができる。そうすることで、プロピレンの反応器内の平均滞留時間に対し、水素の平均滞留時間を長く取ることができ、水素は、より効率的に使用され、供給量を低下することができ、また、結果的に水素濃度も最終的に低く抑えることができる。また、水素は、プロピレン重合終了時に供給されていてもよく、また供給を停止していてもよい。水素供給が停止する場合は、プロピレン重合終了時と同時に供給停止してもよく、重合途中の段階で供給が停止となってもよい。
(ix)直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分の製造
前段の重合工程(a)において、プロピレンを連続的に供給し、直鎖状プロピレン重合体を製造し、一度反応器ガスをパージした後、引き続いて、後段の重合工程(b)において、直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分を製造する。
後段の重合工程(b)では、プロピレン、エチレンと水素を連続的に供給して、前記触媒(前記前段の重合工程(a)(第1段目)で使用した当該触媒)の存在下にプロピレンとエチレンのランダム共重合を行い、直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分を製造し、最終的な生成物として、直鎖状プロピレン・エチレンブロック共重合体を得る。
この際、本発明の直鎖状プロピレン・エチレンブロック共重合体(成分A−1)の溶融粘弾性測定における第一法線応力差とせん断応力との比を1.01以上にする必要があるため、プロセス、触媒の種類にもよるが、連鎖移動剤の水素を比較的低い濃度に調整することが好ましい。
直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体の製造時は、原則として、水素供給はしないが、得られるプロピレン・エチレンランダム共重合体の粘度を微妙に調節する目的で少量供給することができる。
また、直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分の製造時は、プロピレンの供給量は、経時的に低下させ、一方、エチレンの供給量は、経時的に上昇させながら供給することが好ましい。そうすることで、プロピレン・エチレンランダム共重合体部分の固有粘度を大きくでき、第一法線応力差とせん断応力との比を1.01以上にさせやすくなる。これは、重合工程(a)から重合工程(b)に、多少なりとも連鎖移動剤の水素を持ち込むが、重合工程(b)の初期には消費され、水素がほとんどない重合後期においてエチレン濃度が高くなることで、連鎖移動反応速度に対する重合反応速度が増すため、固有粘度の増大が可能となったためと、考えている。
直鎖状プロピレン重合体部分は、本発明の直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物の剛性の点から、プロピレンの単独重合体であることが好ましいが、成形性の点からプロピレンと少量のコモノマーとの共重合体であってもよい。共重合体にあっては、具体的には、例えば、エチレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、3−メチル−1−ブテン、4−メチル1−ペンテンなどのプロピレン以外のα−オレフィン、スチレン、ビニルシクロペンテン、ビニルシクロヘキサン、ビニルノルボルナンなどのビニル化合物等からなる群から選ばれる1以上のコモノマーに相応するコモノマー単位を、好ましくは5重量%以下の含量で含むことができる。これらのコモノマーは、二種以上共重合されていてもよい。コモノマーは、エチレン及び/又は1−ブテンであるのが望ましく、最も望ましいのはエチレンである。ここで、コモノマー単位の含量は、赤外分光分析法(IR)にて求めた値である。
直鎖状プロピレン重合体部分の重合に続いて、直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分の重合を行う。直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分は、ダイスウエル比、分子量分布(Q値)を所定の値に調整するため、高分子量の直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体にすることが好ましい。
直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分の重合は、高分子量の重合体を重合するために、なるべく低濃度の水素雰囲気下もしくは、実質上水素の存在しない状態で重合することが好ましい。重合は、直鎖状プロピレン重合体部分重合工程で生成したプロピレン重合体及び触媒の存在下、引き続いて行われる。重合温度は、通常40〜90℃、圧力は2×10〜35×10Paの範囲から選択される。
(2)物性
特性(i):
本発明に用いられる成分A−1の直鎖状プロピレン重合体部分のMFR(230℃、2.16kg荷重)は、130g/10分以上、好ましくは250〜3000g/10分、さらに好ましくは550〜2000g/10分である。MFRが130g/10分未満であると、直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物および射出発泡成形体の表面外観、射出発泡成形性がそれぞれ悪化する。
該MFRは、直鎖状プロピレン重合体部分の重合を終えた時のMFRであり、多段重合を行う場合には、最終の重合槽から取り出される直鎖状プロピレン重合体部分のMFRである。
特性(ii):
本発明に用いられる成分A−1の直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分の成分A−1全体に対する構成割合は、2〜50重量%であり、好ましくは5〜40重量%であり、より好ましくは7〜20重量%である。すなわち、直鎖状プロピレン重合体部分の成分A−1全体に対する割合は、50〜98重量%、好ましくは60〜95重量%、より好ましくは80〜93重量%である。直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分が2重量%未満である(すなわち、直鎖状プロピレン重合体部分が98重量%を超える)と、直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物および射出発泡成形体の射出発泡成形性や衝撃強度が悪化する。一方、直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分の割合が50重量%を超える(すなわち、直鎖状プロピレン重合体部分が50重量%未満である)と、表面外観、射出発泡成形性や剛性が悪化する。
特性(iii):
本発明に用いられる成分A−1のMFR(230℃、2.16kg荷重)は、60g/10分を超える必要があり、好ましくは70g/10分以上、より好ましくは100g/10分以上、さらに好ましくは150〜500g/10分である。MFRが60g/10分以下であると、ポリプロピレン系樹脂組成物および射出発泡成形体の表面外観および射出発泡成形性が悪化するほか、例えば、発泡前の金型キャビティクリアランスが1〜2mm程度の薄肉部分を有する成形において、ショートショットが発生して安定した成形が行えない場合が生ずる。
特性(iv):
本発明に用いられる成分A−1全体のダイスウエル比は、1.2〜2.5、好ましくは1.3〜2.4であり、より好ましくは1.4〜2.3である。ダイスウエル比が1.2未満であると、直鎖状プロピレン系樹脂組成物が高倍率において良好なセル形態を保てず、射出発泡成形性が悪化する。一方、ダイスウエル比が2.5を超えるものは、工業的に製造が難しいので実用性が小さい。
特性(v):
本発明に用いられる成分A−1は、180℃伸張粘度測定において歪硬化性を示すものである。この180℃伸張粘度測定において歪硬化性を示すことの効果は、本発明の直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物において、射出成形時の溶融樹脂流動先端部(フローフロント)での破泡等に起因するシルバーストリークが出難くなり、表面外観が美麗になり易く、また、高倍率で、均一微細な気泡を有する発泡成形体が得られ易くなることである。
ここでいう歪硬化性を示すとは、溶融物の延伸歪み量が大きくなるにしたがって、伸長粘度がしだいに大きくなり、ある歪み量のとき、それまでに比べ、伸長粘度の増加率が急激に増大する場合である。
ここで、歪硬化性を評価する方法に関しては、一軸伸長粘度を測定できれば、どのような方法でも原理的に同一の値が得られるが、例えば、測定方法及び測定機器の詳細は、公知文献:Polymer 42(2001)8663に記載の方法があるが、好ましい測定方法としては、測定装置として、Rheometorics社製 Ares(冶具:ティーエーインスツルメント社製 Extentional Viscosity Fixture)や、東洋精機社製、Melten Rheometerを用いる方法が挙げられる。
歪硬化性の度合いとしては、180℃伸張粘度測定(歪速度:1.0/sec)において、2.0以上、より好ましくは2.5以上、とりわけ好ましくは3.0以上、さらに好ましくは5.0以上の歪硬化度(λmax)を有することが好ましい。歪硬化度(λmax)が2.0未満であると、本発明の直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物および射出発泡成形体において、射出発泡成形時にシルバーストリークが発生し易くなって、表面外観が悪化する傾向にあり、均一微細な気泡を有する射出発泡成形体が得られなくなる場合が生ずる。
特性(vi):
本発明に用いられる成分A−1は、溶融粘弾性測定における、第一法線応力差(N1)とせん断応力(SS)との比(N1/SS)が1.01以上、好ましくは1.3以上であり、より好ましくは2.0以上である。N1/SSが1.01未満であると、良好なセル形態を保てず、高倍率な発泡成形体が得られなくなる傾向がある。一方、N1/SSには、特に上限には定めはないが、N1/SSが5を超えると、製造が極めて困難になるので実用性が小さい。
ここでN1/SSの測定は、以下の方法に従って行う。
動的粘弾性測定装置(TAインスツルメンツ社製「ARES」)を用い、径25mm、コーン角0.1ラジアンのコーンプレートを温度180℃、歪み速度10/秒で回転させて定常流測定を行ったときの剪断応力及び第一法線応力差の100s時の値を、それぞれ剪断応力(SS)及び第一法線応力差(N1)としたものである。
また、第一法線応力差(N1)および剪断応力(SS)は、溶融状態における樹脂または樹脂組成物の定常流動時におけるそれぞれ弾性的性質および粘性的性質を表わすものである。
その他の特性:
本発明に用いられる成分A−1は、直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分の固有粘度[η]copolyが、好ましくは5.3〜15.0dl/g、より好ましくは6.0〜14.5dl/g、さらに好ましくは6.5〜14.0dl/gである。固有粘度[η]copolyが5.3dl/g未満であると、射出発泡成形性が悪化するおそれがある。また、固有粘度[η]copolyが15.0dl/gを超えると、表面外観および衝撃強度が悪化するおそれがある。
また、本発明に用いられる成分A−1は、分子量分布を表す重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との比(Q値:Mw/Mn)が、好ましくは7〜13、より好ましくは8〜12である。Q値が7未満であると、直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物が良好なセル形態を保てず、高倍率な発泡成形体が得られなくなる傾向がある。一方、Q値が13を超えると、製造が極めて困難になる。
また、本発明に用いられる成分A−1の直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分のエチレン含量は、直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体全量に対して、好ましくは15〜80重量%、より好ましくは20〜70重量%、さらに好ましくは25〜45重量%である。エチレン含量が15重量%未満であると、直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物および射出発泡成形体の射出発泡成形性および表面外観が低下し易くなり、一方、エチレン含量が80重量%を超えると、衝撃強度が低下する傾向がある。
さらに、本発明に用いられる成分A−1の直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分の重量平均分子量(Mw)は、好ましくは100万以上、より好ましくは110万〜800万、さらに好ましくは120万〜700万、とりわけ好ましくは150万〜400万である。直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分の重量平均分子量(Mw)が100万より低いと、直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物の射出発泡成形性の向上効果が充分得られない傾向がある。
MFR、ダイスウェル比、Mw、Q値、直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分の含量およびエチレン含量は、MFR計、クロス分別装置、フーリエ変換型赤外線吸収スペクトル分析、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)で測定する値である。また、固有粘度[η]copolyは、ウベローデ型粘度計を、180℃伸張粘度測定における歪硬化性は、伸張粘度測定器を、それぞれ用いて測定する。主な項目の測定条件は、実施例において記述する。
(3)配合量比
本発明の直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物における成分A−1の配合割合は、成分A100重量%に対して、30〜100重量%、好ましくは40〜100重量%、より好ましくは50〜100重量%である。成分A−1が30重量%未満であると、本発明の直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物およびその射出発泡成形体の表面外観および射出発泡成形性が低下する。
1−2.その他のプロピレン系重合体(成分A−2)
本発明で用いられるその他のプロピレン系重合体(成分A−2)は、プロピレン単独重合体、プロピレン・エチレンランダム共重合体やプロピレン・エチレンブロック共重合体などのプロピレンとα−オレフィンとの共重合体、およびこれらの混合物などである。なかでも、プロピレンとエチレンとの共重合体が好ましく、とりわけプロピレン・エチレンブロック共重合体が好ましい。
成分A−2は、本発明の直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物において、表面外観、射出発泡成形性、剛性、衝撃強度などの物性および生産性などを維持、向上することに寄与する特徴を有する。
(1)製造
本発明に用いられるその他のプロピレン系重合体(成分A−2)の製造法は、特に限定されるものではなく、公知の方法、条件の中から適宜に選択される。
プロピレンの重合触媒としては、通常、高立体規則性触媒が用いられ、例えば、チーグラー系触媒やメタロセン系触媒等を例示することができる。
前記触媒の存在下、気相重合法、液相塊状重合法、スラリー重合法等の製造プロセスを適用することにより得られる。
プロピレン・α−オレフィン共重合体におけるα−オレフィンは、プロピレンを除く炭素数2〜20のα−オレフィンが挙げられ、例えば、エチレン、ブテン−1、ヘキセン−1、オクテン−1等を例示できる。プロピレンと共重合されるα−オレフィンは、一種類でも二種類以上用いてもよい。このうちエチレン、ブテン−1が好ましい。
(2)物性
本発明に用いられる成分A−2のMFR(230℃、2.16kg荷重)は、好ましくは0.1〜300g/10分、より好ましくは3〜200g/10分、さらに好ましくは10〜100g/10分、とりわけ好ましくは20〜60g/10分である。MFRが0.1g/10分未満であると、直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物および射出発泡成形体の表面外観および射出発泡成形性が悪化する傾向があるほか、例えば、発泡前の金型キャビティクリアランスが1〜2mm程度の薄肉部分を有する成形において、ショートショットが発生して安定した成形が行えない場合が生ずる。
(3)配合量比
本発明に用いられる成分A−2の配合割合は、成分A100重量%に対して、0〜70重量%、好ましくは0〜60重量%、とりわけ好ましくは0〜50重量%である。成分A−2が70重量%を超えると、本発明の直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物およびその射出発泡成形体の表面外観および射出発泡成形性が低下する。
2.発泡剤(成分B)
本発明に用いられる発泡剤(成分B)は、化学発泡剤、物理発泡剤およびマイクロカプセルなどであり、直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物において、良好な射出発泡成形性(面張り、発泡倍率、セル形態)を発現させるなどの目的で用いられる。
(1)種類、機能等
発泡剤の種類としては、例えば、化学発泡剤、物理発泡剤およびマイクロカプセルなどが挙げられ、射出発泡成形に通常使用できるものであれば、特に制限なく、用いることができ、これら発泡剤は、単独または2種以上混合して、使用することもできる。
化学発泡剤としては、例えば、重炭酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、重炭酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、亜硝酸アンモニウムなどの無機系化学発泡剤や、アゾジカルボンアミド(ADCA)、N,N’−ジニトロソペンタメチレンテトラミン、ベンゼンスルホニルヒドラジド、4,4’−ジフェニルジスルホニルアジドなどの有機系化学発泡剤が挙げられる。
これらの化学発泡剤には、発泡成形体の気泡を安定的に均一微細にするなどのために、必要に応じて、気体の発生を促すクエン酸の様な有機酸や、クエン酸ナトリウムの様な有機酸金属塩などを使用、併用添加することもでき、また、タルク、炭酸リチウムのような無機微粒子等の造核剤を添加することもできる。
化学発泡剤としては、通常の射出成形機が安全に使用でき、成形体において均一微細な気泡が得られ易いなどの点から、どちらかと言えば無機系が好ましい。前記の様に、化学発泡剤は、無機系、有機系など種々挙げられるが、好ましいものとしては、重炭酸ナトリウム、クエン酸、クエン酸ナトリウム、およびこれら二種以上の混合体が挙げられ、とりわけ好ましいものとして、重炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウムとクエン酸ナトリウムの組み合わせ、重炭酸ナトリウムとクエン酸の組み合わせが挙げられる。
これら化学発泡剤は、例えば、平均粒径1〜100μmの粒子に加工し、射出発泡成形時に、前記成分Aなどにまぶして混合するなどしてから、射出成形機などに供給されたり、射出成形する際に、射出成形機のシリンダーの途中から注入したりして、シリンダー内などで分解して炭酸ガスなどの気体を発生するものである。
また、化学発泡剤は、取扱性、貯蔵安定性、ポリプロピレン系樹脂への分散性などの点から、ポリオレフィン系樹脂を基材としたマスターバッチとして造粒加工した後に、使用することもできる。これにより成形機のホッパーの汚染、成形体表面への粉の付着を抑制することができる。この場合、通常10〜50重量%濃度のポリオレフィン系樹脂のマスターバッチとして使用されるのが好ましい。
また、一度化学発泡剤を添加し、ペレット化により化学発泡剤を分解させたものであっても良く、さらに予め、高濃度の化学発泡剤を分解させ、その残渣を添加しても良い。化学発泡剤は、射出成形機のシリンダー中で分解し、その発泡残渣が発泡核剤となりうる。
また、物理発泡剤としては、例えば、不活性ガス、低沸点有機溶剤の蒸気、ハロゲン系不活性溶剤の蒸気、空気などが挙げられる。
不活性ガスとしては、例えば、炭酸ガス、窒素、空気、アルゴン、ヘリウム、ネオン、アスタチンなどが挙げられ、低沸点有機溶剤の蒸気としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパン、ブタン、ペンタンなどが挙げられ、ハロゲン系不活性溶剤の蒸気としては、例えば、ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、フロン、三フッ化窒素などが挙げられる。これらの中で、蒸気にする必要が無く、安価で、環境汚染、火災の危険性が極めて少ないことから、不活性ガスを使用することが好ましく、なかでも炭酸ガス、窒素、アルゴン、ヘリウムが好ましく、とりわけ、炭酸ガス、窒素が好ましい。
さらに、物理発泡剤は、超臨界状態であることが好ましく、これにより樹脂中へのガス溶融が容易になる利点がある。
物理発泡剤は、射出成形機のシリンダー内などの前記成分Aなどに、ガス状または超臨界流体として注入され、分散または溶解されるもので、金型内に射出後、圧力開放されることによって、発泡剤として機能するものである。
また、マイクロカプセルは、種々の熱可塑性樹脂からなるシェル内に、発泡剤(膨張剤)を内包したものである。発泡剤(膨張剤)としては、たとえば、トリクロロフルオロメタン、ジクロロフルオロメタン、ジクロロフルオロエタンの様な特定フレオン類や代替フレオン類、n−ペンタン、イソペンタン、イソブタン、石油エーテルの様な炭化水素類、塩化メチル、塩化メチレン、ジクロロエチレンの様な塩素化炭化水素などが挙げられる。マイクロカプセル状発泡剤の平均粒径は、通常は2〜50μmである。
これらマイクロカプセルは、通常、前記成分Aなどと予め混合するなどしてから射出成形機などに供給され、使用される。
これら発泡剤は、直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物および射出発泡成形体において、より均一微細な気泡を得るため、より発泡倍率を高めるためなどの点から、化学発泡剤と物理発泡剤を併用することが好ましく、とりわけ無機系化学発泡剤と、物理発泡剤としての炭酸ガスや窒素と併用するのが好ましい。
(2)配合量比
本発明の直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物における発泡剤(成分B)の配合割合は、発泡剤の種類、発泡倍率、射出発泡成形条件などを鑑み、適宜設定すればよい。例えば、化学発泡剤を用いる場合は、成分A100重量部当たり、0.001〜10重量部が好ましく、より好ましくは0.01〜8重量部、さらに好ましくは0.1〜5重量部である。
この場合の配合割合は、発泡剤の実質濃度であり、例えば、発泡剤とポリオレフィン樹脂とのマスターバッチを用いる場合は、マスターバッチ中に含有する発泡剤濃度に基づき算出される。成分Bの配合割合が0.001重量部未満であると、直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物が充分に発泡せず、一方、配合割合が10重量部を超えると、直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物および射出発泡成形体の衝撃強度などの機械的強度が低下したり、二次発泡現象(過剰に残存した発泡ガスによって射出発泡成形体の表面が火膨れ状に膨れる現象)を生じたり、経済的にも不利となる。
また、物理発泡剤を用いる場合は、例えば用いるガスの注入圧力を調整することで、適宜設定する。ガスの注入圧力が不足したり、過剰であったりすると、前記の化学発泡剤の場合と同様に、直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物が充分に発泡しなかったり、射出発泡成形体の機械的強度などが低下する。
3.フィラー(成分C)
本発明の直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物において、必要に応じて配合される、フィラー(成分C)は、無機または有機のフィラーである。成分Cは、直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物および射出発泡成形体の射出発泡成形性、剛性などの物性、寸法安定性(線膨張係数の低減)、環境適応性の各向上などの目的で用いられる。
(1)種類、形状等
成分Cの具体例として、例えば無機フィラーとして、シリカ、ケイ藻土、バリウムフェライト、酸化ベリリウム、軽石、軽石バルンなどの酸化物、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、塩基性炭酸マグネシウムなどの水酸化物、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ドロマイト、ドーソナイトなどの炭酸塩、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、硫酸アンモニウム、亜硫酸カルシウムなどの硫酸塩又は亜硫酸塩、タルク、クレー、マイカ、ガラス繊維、ガラスバルーン、ガラスビーズ、ケイ酸カルシウム、ワラストナイト、モンモリロナイト、ベントナイトなどのケイ酸塩、カーボンブラック、グラファイト、炭素繊維、炭素中空球などの炭素類や、硫化モリブデン、ボロン繊維、ホウ酸亜鉛、メタホウ酸バリウム、ホウ酸カルシウム、ホウ酸ナトリウム、マグネシウムオキシサルフェイト、塩基性硫酸マグネシウム繊維、チタン酸カリウム繊維、ホウ酸アルミニウム繊維、ケイ酸カルシウム繊維、炭酸カルシウム繊維、各種金属繊維などを挙げることができる。
一方、有機フィラーとしては、例えばモミ殻などの殻繊維、木粉、木綿、ジュート、紙細片、セロハン片、芳香族ポリアミド繊維、セルロース繊維、ナイロン繊維、ポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維、各種合成繊維、熱硬化性樹脂粉末などを挙げることができる。
成分Cの形状については、特に制限はなく、粒状、板状、棒状、繊維状、ウィスカー状など、いずれの形状のものも、使用することができる。
中でも板状、繊維状、ウィスカー状のものは、寸法安定性や物性などのバランスに優れた本発明の直鎖状プロピレン系樹脂組成物および射出発泡成形体が得られやすい点で好ましい。また、ポリマー用フィラーとして市販されているものは、いずれも使用できる。
これらは、一般的な粉末状の外に、取り扱いの利便性などを高めた、圧縮魂状、ペレット(造粒)状、顆粒状、チョップドストランド状などの形態で製造されることが多いが、いずれも使用することができる。なかでも粉末状、圧縮魂状、顆粒状が好ましい。
前記成分Cの内、タルク、ポリエステル繊維、ウィスカー、ガラス繊維、炭素繊維、なかでもタルク、ポリエステル繊維から選ばれた少なくとも一種のものは、射出発泡成形性、寸法安定性、剛性などの物性、経済性などのバランスに優れた直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物および射出発泡成形体が得られ易い点で好ましい。ここで、例えば、ポリエステル繊維と木綿と混紡したものなど、異なる複数の繊維同士を混紡したものでもよい。
なお、ここで言うウィスカーとは、塩基性硫酸マグネシウム繊維、チタン酸カリウム繊維、ホウ酸アルミニウム繊維、ケイ酸カルシウム繊維、炭酸カルシウム繊維、極細炭素繊維などの極細(概ね2μmφ以下、とりわけ1μmφ以下)繊維状のものである。
なかでも、平均粒径が15μm以下、好ましくは0.5〜10μm、とりわけ好ましくは2〜8μmのタルクは、射出発泡成形性、寸法安定性、剛性などの物性、経済性などのバランスに特に優れたプロピレン系樹脂組成物および射出発泡成形体が得られ易い点で好ましい。
この平均粒径は、レーザー回折散乱方式粒度分布計などを用いて測定した値であり、測定装置としては、例えば、堀場製作所LA−920型が挙げられる。また、タルクは、平均アスペクト比が4以上、特に5以上のものがより好ましい。タルクのアスペクト比の測定は、顕微鏡などにより測定された値より求められる。
これらの成分Cは、有機チタネート系カップリング剤、有機シランカップリング剤、不飽和カルボン酸、又はその無水物をグラフトした変性ポリオレフィン、脂肪酸、脂肪酸金属塩、脂肪酸エステル等によって表面処理したものを用いてもよく、また、二種以上併用して表面処理してもよい。
(2)製造
これらの成分Cの製造方法は、特に限定されたものではなく、公知の各種製造方法などにて製造される。例えばタルクの場合、天然に産出されたものを機械的に微粉砕化することにより得られたものを、さらに精密に1回又は複数回分級することによって得られる。
粉砕機としては、例えばジョークラシャ−、ハンマークラシャ−、ロールクラシャー、スクリーンミル、ジェット粉砕機、コロイドミル、ローラーミル、振動ミル等を用いることができる。これらの粉砕されたタルクは、本発明で示される平均粒径に調節するために、例えばサイクロン、サイクロンエアセパレーター、ミクロセパレーター、サイクロンエアセパレーター、シャープカットセパレター、などの装置で1回又は繰り返し湿式又は乾式分級する。特定の粒径に粉砕した後、シャープカットセパレターにて、分級操作を行うことが好ましい。
(3)配合量比
本発明の直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物において、必要に応じて配合される成分Cの配合割合は、成分A100重量部に対して、1〜70重量部、好ましくは5〜50重量部、より好ましくは10〜35重量部である。成分Cの配合割合が、1重量部未満であると、直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物および射出発泡成形体の剛性や寸法安定性が低下し易く、一方、70重量部を超えると、衝撃強度や外観が低下する傾向がある。なお、成分Cは、二種以上併用してもよい。
4.エラストマー(成分D)
本発明の直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物において、必要に応じて配合されるエラストマー(成分D)は、エチレン・α−オレフィン共重合体エラストマーなどであり、直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物および射出発泡成形体において、高い衝撃強度や、優れた寸法安定性などを発現させる目的で用いられる。
(1)種類
成分Dとしては、例えば、エチレン・プロピレン共重合体エラストマー(エチレンプロピレンゴム;EPR)、エチレン・ブテン共重合体エラストマー(EBR)、エチレン・ヘキセン共重合体エラストマー(EHR)、エチレン・オクテン共重合体エラストマー(EOR)などのエチレン・α−オレフィン共重合体エラストマー;エチレン・プロピレン・エチリデンノルボルネン共重合体、エチレン・プロピレン・ブタジエン共重合体、エチレン・プロピレン・イソプレン共重合体などのエチレン・α−オレフィン・ジエン三元共重合体エラストマー;スチレン・ブタジエン・スチレントリブロック体(SBS)、スチレン・ブタジエン・スチレントリブロック体の水素添加物(SEBS)、スチレン・イソプレン・スチレントリブロック体(SIS)、スチレン・イソプレン・スチレントリブロック体の水素添加物(SEPS)などのスチレン系エラストマーなどが挙げられる。
これらのエラストマーは、2種類以上を混合して使用することもできる。
(2)製造
エチレン・α−オレフィン共重合体エラストマーや、エチレン・α−オレフィン・ジエン三元共重合体エラストマーなどは、各モノマーを触媒の存在下、重合することにより製造される。触媒としては、ハロゲン化チタンのようなチタン化合物、アルキルアルミニウム−マグネシウム錯体のような有機アルミニウム−マグネシウム錯体、アルキルアルミニウム、又はアルキルアルミニウムクロリドなどのいわゆるチーグラー型触媒、WO91/04257号公報等に記載のメタロセン化合物触媒等を使用することができる。重合法としては、気相流動床、溶液法、スラリー法などの製造プロセスを適用して重合することができる。
また、スチレン系エラストマーは、通常のアニオン重合法およびそのポリマー水添技術などにより製造することができる。
(3)物性
成分DのMFR(190℃、2.16kg荷重)は、0.5g/10分以上が好ましい。
本発明の主要用途である自動車部材を考慮した場合、MFRが上記の範囲であるものが、衝撃強度が良好な直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物および射出発泡成形体を得られる場合が多いので好ましい。
(4)配合量比
本発明の直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物において、必要に応じて配合される成分Dの配合割合は、成分A100重量部に対して、1〜50重量部、好ましくは5〜45重量部、より好ましくは10〜40重量部である。成分Dの配合割合が1重量部未満であると、直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物および射出発泡成形体の衝撃強度や寸法安定性が低下し易く、一方、配合割合が50重量部を超えると、剛性が低下する傾向がある。
5.任意添加成分(成分E)
本発明の直鎖状プロピレン系樹脂組成物においては、上記成分A、成分B、および成分C、成分D以外に、さらに必要に応じ、本発明の効果を著しく損なわない範囲で、たとえば発明効果をさらに向上させたり、他の効果を付与するなどのため、任意添加成分(成分E)を配合することができる。
具体的には、ヒンダードアミン系などの光安定剤、ベンゾトリアゾール系などの紫外線吸収剤、ソルビトール系などの造核剤、顔料などの着色剤、フェノール系、リン系などの酸化防止剤、非イオン系などの帯電防止剤、無機化合物などの中和剤、チアゾール系などの抗菌・防黴剤、ハロゲン化合物などの難燃剤、プロセスオイル(配合油)、可塑剤、非イオン系などの帯電防止剤、有機金属塩系などの分散剤、脂肪酸アミド系などの滑剤、窒素化合物などの金属不活性剤、非イオン系などの界面活性剤や、上記成分A〜成分D以外のポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリアミドやポリエステルなどの熱可塑性樹脂、フィラー、エラストマーなどを挙げることができる。これらの成分は、二種以上併用しても良く、組成物に添加しても良いし、各成分に添加されていても良く、それぞれの成分においても二種以上併用しても良い。
光安定剤や紫外線吸収剤として、例えばヒンダードアミン化合物、ベンゾトリアゾール系、ベンゾフェノン系やサリシレート系などは、直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物および射出発泡成形体の耐候性や耐久性などの付与、向上に有効である。
具体例としては、ヒンダードアミン化合物として、コハク酸ジメチルと1−(2−ヒドロキシエチル)−4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジンとの縮合物;ポリ〔〔6−(1,1,3,3−テトラメチルブチル)イミノ−1,3,5−トリアジン−2,4−ジイル〕〔(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)イミノ〕ヘキサメチレン〔(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)イミノ〕〕;テトラキス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)1,2,3,4−ブタンテトラカルボキシレート;テトラキス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)1,2,3,4−ブタンテトラカルボキシレート;ビス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)セバケート;ビス−2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジルセバケートなどが挙げられ、ベンゾトリアゾール系としては、2−(2’−ヒドロキシ−3’,5’−ジ−t−ブチルフェニル)−5−クロロベンゾトリアゾール;2−(2’−ヒドロキシ−3’−t−ブチル−5’−メチルフェニル)−5−クロロベンゾトリアゾールなどが挙げられ、ベンゾフェノン系としては、2−ヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノン;2−ヒドロキシ−4−n−オクトキシベンゾフェノンなどが挙げられ、サリシレート系としては、4−t−ブチルフェニルサリシレート;2,4−ジ−t−ブチルフェニル3’,5’−ジ−t−ブチル−4’−ヒドロキシベンゾエートなどが挙げられる。
また、造核剤として、例えば、無機系、ソルビトール系、カルボン酸金属塩系や有機リン酸塩系などは、直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物および射出発泡成形体の剛性、耐熱性や硬度、射出発泡成形性などの付与、向上などに有効である。
具体例としては、無機系として、タルク;シリカなどが挙げられ、ソルビトール系として、1,3,2,4−ジベンジリデン−ソルビトール;1,3,2,4−ジ−(p−メチル−ベンジリデン)ソルビトール;1,3,2,4−ジ−(p−エチル−ベンジリデン)ソルビトール;1,3,2,4−ジ−(2’,4’−ジ−メチル−ベンジリデン)ソルビトール;1,3−p−クロロベンジリデン−2,4−p−メチル−ベンジリデン−ソルビトール;1,3,2,4−ジ−(p−プロピルベンジリデン)ソルビトールなどが挙げられ、カルボン酸金属塩系として、アルミニウム−モノ−ヒドロキシ−ジ−p−t−ブチルベンゾエート;安息香酸ナトリウム;モンタン酸カルシウムなどが挙げられ、さらに、有機リン酸塩系として、ソジウムビス(4−t−ブチルフェニル)フォスフェート;ソジウム−2,2’−メチレン−ビス(4,6−ジ−t−ブチルフェニル)フォスフェート;リチウム−2,2’−メチレン−ビス(4,6−ジ−t−ブチルフェニル)フォスフェートなどが挙げられる。
また、着色剤として、例えば無機系や有機系の顔料などは、直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物および射出発泡成形体の、着色外観、見映え、風合い、商品価値、耐候性や耐久性などの付与、向上などに有効である。
具体例として、無機系顔料としては、酸化チタン;酸化鉄(ベンガラ等);クロム酸(黄鉛など);モリブデン酸;硫化セレン化物;フェロシアン化物およびカーボンブラックなどが挙げられ、有機系顔料としては、難溶性アゾレーキ;可溶性アゾレーキ;不溶性アゾキレート;縮合性アゾキレート;その他のアゾキレートなどのアゾ系顔料;フタロシアニンブルー;フタロシアニングリーンなどのフタロシアニン系顔料;アントラキノン;ペリノン;ペリレン;チオインジゴなどのスレン系顔料;染料レーキ;キナクリドン系;ジオキサジン系;イソインドリノン系などが挙げられる。また、メタリック調やパール調にするには、アルミフレーク;パール顔料を含有させることができる。また、染料を含有させることもできる。
酸化防止剤として、例えば、フェノール系、リン系やイオウ系の酸化防止剤などは、直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物および射出発泡成形体の、耐熱安定性、加工安定性、耐熱老化性などの付与、向上などに有効である。
フェノール系酸化防止剤としては、例えば、2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール;テトラキス[メチレン−3−(3’,5’−ジ−t−ブチル−4’−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]−メタン;トリス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)イソシアヌレートなどが挙げられる。
また、リン系酸化防止剤としては、例えば、ジステアリルペンタエリスリトールジフォスファイト;トリス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)フォスファイト;トリス(2−t−ブチル−4−メチルフェニル)フォスファイトなどが挙げられる。
また、イオウ系酸化防止剤としては、例えば、ジステアリルチオジプロピオネートなどが挙げられる。
帯電防止剤として、例えば、非イオン系やカチオン系などの帯電防止剤は、直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物および射出発泡成形体の帯電防止性の付与、向上に有効である。
具体例としては、ポリオキシエチレンアルキルアミン;ポリオキシエチレンアルキルアミド;ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル;ステアリン酸モノグリセリド;アルキルジエタノールアミン;アルキルジエタノールアミド;アルキルジエタノールアミン脂肪酸モノエステル;テトラアルキルアンモニウム塩などが挙げられる。
[II]直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物の製造方法、射出発泡成形体の製造方法および用途
本発明の直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物の製造方法としては、上記成分A、成分B、さらに必要に応じ、成分C、成分Dおよび成分Eを、上記配合割合で配合して、まぶしたり、ハンドブレンドするなどドライブレンドする方法、Vブレンダー、タンブラーミキサーなど各種のブレンダー、ミキサーなどを用いて混合する方法、単軸押出機、二軸押出機、バンバリーミキサー、ロールミキサー、ブラベンダープラストグラフ、ニーダーなど通常の混練機を用いて混練・造粒する方法、および、前記各成分を各々別個に(または一部をブレンドして)そのまま射出成形機に直接供給する方法などを挙げることができる。
混練・造粒方法を選択する場合は、通常は二軸押出機を用いて混練・造粒するのが好ましい。この混練・造粒の際には、上記成分A〜成分Eの配合物を同時に混練しても良く、また、性能向上を図るべく各成分を分割、例えば、先ず成分Aと成分Cの一部または全部を混練し、その後に残りの成分を混練・造粒することもできる。また、成分Bの全部または一部を、射出発泡成形段階で混合・混練する場合には、成分Bの全部または一部を除いた成分のみにて、混練・造粒する。
本発明における射出発泡成形体を製造するための射出発泡成形方法としては、特に制限されず、通常、射出成形機や射出圧縮成形機などを用いる発泡成形法が挙げられる。
射出発泡成形方法としては、例えば金型キャビティ内に、成分Bを少なくとも一部に含有する直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物を、発泡圧力以上の圧力で可動型を後退させながら射出充填して、スキン層を形成させた後、充填完了後さらに可動型を後退させてコア層を発泡させる方法が挙げられる。
また、例えば成分Bの全部または一部を除いた成分から成る直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物を射出成形機に供給し、同じく前記の物理発泡剤などの成分Bを、圧縮ガス状あるいは超臨界状態で直接成形機に加えて金型内に射出し、射出発泡成形体を成形する方法が挙げられる。すなわち、化学発泡剤を含有した直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物を射出成形機に供給し、同時に物理発泡剤を同成形機に直接制御しつつ導入して、成形する如くである。この方法は、可動型を後退させながら射出充填してスキン層を形成させた後、可動型を後退させてコア層を発泡させる成形方法などにおいても用いることができる。
さらに、例えば金型が固定型と前進および後退が可能な可動型とから構成され、最終製品の形状位置に相当する金型キャビティ・クリアランス(T)よりも小さい初期の金型キャビティ・クリアランス(T)を有する金型キャビティに、溶融状態又は半溶融状態の直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物を射出充填する射出工程と、金型キャビティ・クリアランス(T)まで可動型を後退(コアバック)させ、発泡剤による膨張圧力によって金型キャビティの空隙を充填せしめる発泡工程とからなる型開き射出発泡成形法が挙げられる。
この成形方法は、直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物および射出発泡成形体の表面外観および射出発泡成形性を高い水準で発現できるため、好ましい。中でも、該成形方法において、直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物を射出充填する射出工程における、発泡前成形体充填容積100%に対する射出率が20%/秒以上の条件で成形するのが好ましく、50%/秒以上がより好ましく、100%/秒以上がさらに好ましく、200%/秒以上がとりわけ好ましい。これらの条件で成形する方法が、前記の射出発泡成形性と表面外観をより一層高い水準で発現できる。
また、本発明における射出発泡成形体は、平均気泡径が好ましくは500μm以下、さらに好ましくは200μm以下の発泡層と、該発泡層の少なくとも片側の表面に形成される厚みが好ましくは10μm以上1000μm以下、さらに好ましくは100μm以上500μm以下の非発泡層とを、有することが好ましい。発泡層の平均気泡径が500μmを超える場合は、優れた剛性が得られない傾向がある。また、非発泡層の厚みが10μm未満では、外観美麗な表面にならず、剛性も低下する傾向があり、1000μmを超える場合は軽量性が得られにくいおそれがある。
さらに、本発明における射出発泡成形体の発泡倍率は、2.0倍以上10.0倍以下が好ましく、2.5倍以上6.0倍以下がさらに好ましく、3.0倍以上6.0倍以下がとりわけ好ましい。発泡倍率が2.0倍未満では、軽量性が得られにくい傾向があり、一方、発泡倍率が10.0倍を超える場合には、剛性の低下が著しくなる傾向がある。発泡倍率は、本発明の直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物に発泡剤を添加しない以外は発泡成形体と同条件で射出成形した非発泡成形体との比重の比や、発泡成形体の板厚と初期肉厚との比などから得られた値である。
本発明の直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物および射出発泡成形体の用途としては、自動車部品、テレビ等の家電機器、電子製品の部品等を含む工業部品、建材部品、好ましくは自動車部品、とりわけトリム類、天井材、トランク周り、インストルメントパネル、ピラーなどの自動車内装部品が挙げられる。
本発明を実施例により、さらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
なお、実施例で用いた評価法、分析の各法および材料は、以下の通りである。
1.評価方法、分析方法
(1)表面外観:
(a)シルバーストリーク:
発泡成形体のシルバーストリークの発生程度を、別途作製した非発泡成形体と比較して、次の3段階で評価した。
非発泡成形品と全く同レベルのもの・・・・・・・・・・・・○
成形体表面にシルバーストリークが部分的に若干あるもの・・△
成形体全面にシルバーストリークが多いもの・・・・・・・・×
この場合、○および△が実用性を有すると、判断されるレベルである。
(2)射出発泡成形性:
(a)面張り:
発泡成形体の面張りの程度を、別途作製した非発泡成形体と比較して、次の3段階で評価した。
非発泡成形品と全く同レベルのもの・・・・・○
成形体表面に凹凸が部分的に若干あるもの・・△
成形体全面に凹凸が多いもの・・・・・・・・×
この場合、○および△が実用性を有すると、判断されるレベルである。
(b)発泡倍率:
発泡成形体の板厚/初期肉厚により求めた。コアバック後のキャビティクリアランス/初期のキャビティクリアランス=1.9、2.7、3.1各倍のコアバック量の条件にて得られた成形体の厚みを評価した。評価基準は、次の3段階である。
但し、初期のキャビティクリアランス=1.3mmである。従って、それぞれのコアバック後のキャビティクリアランスは、2.5、3.5、4.0各mmである。
成形体全体の厚みがコアバック後のキャビティクリアランスと全く同じ厚み・・○
成形体の厚みがコアバック後のキャビティクリアランスに対し部分的に薄い箇所が若干ある・・△
成形体の厚みがコアバック後のキャビティクリアランスに対し全体的に薄い・・×
この場合、○および△が実用性を有すると、判断されるレベルである。
(c)セル形態:
発泡成形体を厚み方向に切断した断面の顕微鏡写真を目視で観察し、評価した。評価基準は、次の3段階である。
セル径が細かく全体に均一であるもの・・・・・・・・・・・・・・・○
セル径が細かく一部不均一であるもの・・・・・・・・・・・・・・・△
セル径が全体に不均一であるもの、または完全に剥離しているもの・・×
この場合、○および△が実用性を有すると、判断されるレベルである。
(3)剛性:
下記の曲げ試験を行い、歪み量=10mmにおける、荷重値(N)を求めた。この荷重値(N)が大きいほど剛性が高い。
試験装置:島津製作所製オートグラフAG1000
支持台 :スパン=100mm、支持部分の先端半径=10mm
圧子 :先端半径=10mm
試験片 :発泡肉厚(2.5mm、3.5mm)の成形体からの切出片(50mmx150mmx肉厚)
試験速度:50mm/分
試験温度:23℃
(4)MFR:
JIS K7210準拠。試験温度:230℃、荷重:2.16kg。但し、成分Dは、試験温度:190℃、荷重:2.16kg。
(5)直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分の含量およびエチレン含量:
(a)使用する分析装置:
(a−1)クロス分別装置:
ダイヤインスツルメンツ社製CFC T−100(以下、CFCと略す)
(a−2)フーリエ変換型赤外線吸収スペクトル分析:
FT−IR、パーキンエルマー社製 1760X
CFCの検出器として取り付けられていた波長固定型の赤外分光光度計を取り外して、代わりにFT−IRを接続し、このFT−IRを検出器として使用する。CFCから溶出した溶液の出口からFT−IRまでの間のトランスファーラインは1mの長さとし、測定の間を通じて140℃に温度保持する。FT−IRに取り付けたフローセルは、光路長1mm、光路幅5mmφのものを用い、測定の間を通じて140℃に温度保持する。
(a−3)ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC):
CFC後段部分のGPCカラムは、昭和電工社製AD806MSを3本直列に接続して使用する。
(b)CFCの測定条件:
(b−1)溶媒:オルトジクロルベンゼン(ODCB)
(b−2)サンプル濃度:4mg/mL
(b−3)注入量:0.4mL
(b−4)結晶化:140℃から40℃まで約40分かけて降温する。
(b−5)分別方法:
昇温溶出分別時の分別温度は、40、100、140℃とし、全部で3つのフラクションに分別する。なお、40℃以下で溶出する成分(フラクション1)、40〜100℃で溶出する成分(フラクション2)、100〜140℃で溶出する成分(フラクション3)の溶出割合(単位:重量%)を各々W40、W100、W140と定義する。W40+W100+W140=100である。また、分別した各フラクションは、そのままFT−IR分析装置へ自動輸送される。
(b−6)溶出時溶媒流速:1mL/分
(c)FT−IRの測定条件:
CFC後段のGPCから試料溶液の溶出が開始した後、以下の条件でFT−IR測定を行い、上述した各フラクション1〜3について、GPC−IRデータを採取する。
(c−1)検出器:MCT
(c−2)分解能:8cm−1
(c−3)測定間隔:0.2分(12秒)
(c−4)一測定当たりの積算回数:15回
(d)測定結果の後処理と解析:
各温度で溶出した成分の溶出量と分子量分布は、FT−IRによって得られる2945cm−1の吸光度をクロマトグラムとして使用して求める。溶出量は、各溶出成分の溶出量の合計が100%となるように規格化する。保持容量から分子量への換算は、予め作成しておいた標準ポリスチレンによる検量線を用いて行う。
使用する標準ポリスチレンは、何れも東ソー(株)製の以下の銘柄である。
F380、F288、F128、F80、F40、F20、F10、F4、F1、A5000、A2500、A1000。
各々が0.5mg/mLとなるように、ODCB(0.5mg/mLのBHTを含む)に溶解した溶液を0.4mL注入して較正曲線を作成する。較正曲線は、最小二乗法で近似して得られる三次式を用いる。分子量への換算は、森定雄著「サイズ排除クロマトグラフィー」(共立出版)を参考に汎用較正曲線を用いる。その際使用する粘度式([η]=K×Mα)には、以下の数値を用いる。
(d−1)標準ポリスチレンを使用する較正曲線作成時:
K=0.000138、α=0.70
(d−2)成分A−1のサンプル測定時:
K=0.000103、α=0.78
各溶出成分のエチレン含有量分布(分子量軸に沿ったエチレン含有量の分布)は、FT−IRによって得られる2956cm−1の吸光度と2927cm−1の吸光度との比を用い、ポリエチレンやポリプロピレンや13C−NMR測定等によりエチレン含有量が既知となっているエチレン−プロピレンラバー(EPR)及びそれらの混合物を使用して予め作成しておいた検量線により、エチレン含有量(重量%)に換算して求める。
(e)直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分の含量:
本発明に用いられる成分A−1中のエチレン・プロピレンランダム共重合体部分の含量(Wc)は、下記式(I)で理論上は定義され、以下のような手順で求められる。
Wc(重量%)=W40×A40/B40+W100×A100/B100 …(I)
式(I)中、W40、W100は、上述した各フラクションでの溶出割合(単位:重量%)であり、A40、A100は、W40、W100に対応する各フラククションにおける実測定の平均エチレン含有量(単位:重量%)であり、B40、B100は、各フラクションに含まれる直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分のエチレン含有量(単位:重量%)である。A40、A100、B40、B100の求め方は後述する。
(I)式の意味は以下の通りである。すなわち、(I)式右辺の第一項はフラクション1(40℃に可溶な部分)に含まれる直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分の量を算出する項である。フラクション1が直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体のみを含み、直鎖状プロピレン重合体を含まない場合には、W40がそのまま全体の中に占めるフラクション1由来の直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分含有量に寄与するが、フラクション1には、直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体由来の成分のほかに少量の直鎖状プロピレン重合体由来の成分(極端に分子量の低い成分及びアタクチックポリプロピレン)も含まれるため、その部分を補正する必要がある。そこでW40にA40/B40を乗ずることにより、フラクション1のうち、直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分由来の量を算出する。例えば、フラクション1の平均エチレン含有量(A40)が30重量%であり、フラクション1に含まれる直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体のエチレン含有量(B40)が40重量%である場合、フラクション1の30/40=3/4(即ち75重量%)は、直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体由来、1/4は直鎖状プロピレン重合体由来ということになる。このように右辺第一項でA40/B40を乗ずる操作は、フラクション1の重量%(W40)から直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体の寄与を算出することを意味する。右辺第二項も同様であり、各々のフラクションについて、直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体の寄与を算出して加え合わせたものが直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分含有量となる。
(e−1)上述したように、CFC測定により得られるフラクション1〜2に対応する平均エチレン含有量をそれぞれA40、A100とする(単位はいずれも重量%である)。平均エチレン含有量の求め方は後述する。
(e−2)フラクション1の微分分子量分布曲線におけるピーク位置に相当するエチレン含有量をB40とする(単位は重量%である)。フラクション2については、ゴム部分が40℃ですべて溶出してしまうと考えられ、同様の定義で規定することができないので、本発明では実質的にB100=100と定義する。B40、B100は各フラクションに含まれる直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分のエチレン含有量であるが、この値を分析的に求めることは実質的には不可能である。その理由はフラクションに混在する直鎖状プロピレン重合体と直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体を完全に分離・分取する手段がないからである。
種々のモデル試料を使用して検討を行った結果、B40はフラクション1の微分分子量分布曲線のピーク位置に相当するエチレン含有量を使用すると、材料物性の改良効果をうまく説明することができることがわかった。また、B100はエチレン連鎖由来の結晶性を持つこと、および、これらのフラクションに含まれる直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体の量がフラクション1に含まれる直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体の量に比べて相対的に少ないことの2点の理由により、100と近似する方が、実態にも近く、計算上も殆ど誤差を生じない。そこでB100=100として解析を行うことと、している。
(e−3)上記の理由から直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分の含量(Wc)を以下の式に従い、求める。
Wc(重量%)=W40×A40/B40+W100×A100/100 …(II)
つまり、(II)式右辺の第一項であるW40×A40/B40は、結晶性を持たない直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体含有量(重量%)を示し、第二項であるW100×A100/100は、結晶性を持つ直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分含有量(重量%)を示す。
ここで、B40およびCFC測定により得られる各フラクション1および2の平均エチレン含有量A40、A100は、次のようにして求める。
微分分子量分布曲線のピーク位置に対応するエチレン含有量がB40となる。また、測定時にデータポイントとして取り込まれる、各データポイント毎の重量割合と各データポイント毎のエチレン含有量の積の総和がフラクション1の平均エチレン含有量A40となる。フラクション2の平均エチレン含有量A100も同様に求める。
なお、上記3種類の分別温度を設定した意義は次の通りである。本発明のCFC分析においては、40℃とは結晶性を持たないポリマー(例えば、直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体の大部分、もしくは直鎖状プロピレン重合体部分の中でも極端に分子量の低い成分およびアタクチックな成分)のみを分別するのに必要十分な温度条件である意義を有する。100℃とは、40℃では不溶であるが100℃では可溶となる成分(例えば直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体中、エチレン及び/またはプロピレンの連鎖に起因して結晶性を有する成分、および結晶性の低い直鎖状プロピレン重合体)のみを溶出させるのに必要十分な温度である。140℃とは、100℃では不溶であるが140℃では可溶となる成分(例えば、直鎖状プロピレン重合体中特に結晶性の高い成分、および直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体中の極端に分子量が高くかつ極めて高いエチレン結晶性を有する成分)のみを溶出させ、かつ分析に使用するプロピレン・エチレンブロック共重合体の全量を回収するのに必要十分な温度である。なお、W140には直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分は全く含まれないか、存在しても極めて少量であり、実質的には無視できることから、直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体の含量や直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体のエチレン含有量の計算からは排除する。
(f)直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分のエチレン含量:
本発明に用いられる成分A−1における直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分のエチレン含量は、前述で説明した値を用い、次式から求められる。
直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分のエチレン含量(重量%)=(W40×A40+W100×A100)/Wc
[但し、Wcは、先に求めた直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分の比率(重量%)である。]
(6)直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分の固有粘度[η]copoly
本発明に用いられる成分A−1における直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分の固有粘度[η]copolyは、次の様に求められる。
まず、直鎖状プロピレン重合体部分の重合終了後、一部を重合槽よりサンプリングし、該部分の固有粘度[η]homoを測定する。次に、直鎖状プロピレン重合体部分を重合した後、直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分を重合して得られた最終重合物(F)の固有粘度[η]を測定する。この測定は、ウベローデ型粘度計を用いてデカリンを溶媒として温度135℃で行う。[η]copolyは、以下の関係から求める。
[η]=(100−Wc)/100×[η]homo+Wc/100×[η]copoly
(7)ダイスウェル比:
本発明に用いられる成分A−1のダイスウエル比は、下記の方法で求める値である。
MFR計のシリンダー内温度を190℃に設定する。オリフィスは長さ8.00mm、径1.00mmφ、L/D=8を用いる。また、オリフィス直下にエチルアルコールを入れたメスシリンダーを置く(オリフィスとエチルアルコール液面との距離は、20±2mmにする。)。この状態でサンプルをシリンダー内に投入し、1分間の押出量が0.10±0.03gになるように荷重を調節する。6分後から7分後の押出物をエタノール中に落とし、固化してから採取する。採取した押出物のストランド状サンプルの直径を上端から1cm部分と、下端から1cm部分、及び中央部分の3箇所で最大値、最小値を測定し、計6箇所測定した直径の平均値をもってダイスウェル比とする。
成分Aのダイスウエル比は、例えば、構成する直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分の重合時において、なるべく低濃度の水素雰囲気下もしくは、実質的に水素の存在しない状態で重合を行い、分子量を高く制御することにより、調整することができる。
(8)歪硬化性:
本発明に用いられる成分A−1の歪硬化性は、下記の方法で測定する。
(a)装置:Rheometorics社製 Ares
(b)冶具:ティーエーインスツルメント社製 Extentional Viscosity Fixture
(c)試験温度:180℃
(d)歪み速度:1.0/sec
(e)サンプル試験片:15mm×10mm、厚さ0.5mmのプレス成形シート
(f)歪硬化性有無の判定:
歪み速度1.0/secの場合の伸長粘度を、横軸に歪み量、縦軸に伸長粘度ηE(Pa・s)の両対数グラフでプロットする。歪み量が大きくなるにしたがって、伸長粘度がしだいに大きくなり、ある歪み量のときから、それまでに比べ伸長粘度の増加率が急激に増大するときが、歪硬化性を示す場合であり、このケースを歪硬化性「有」とした。一方、上述現象が実質認められない場合を歪硬化性「無」とした。
(g)歪硬化度(λmax)の算出方法:
上記の両対数グラフ上で、歪み硬化を起こす直前の粘度を直線で近似し、歪み量が4.0となるまでの伸長粘度ηの最大値(ηmax)を求め、また、その歪み量までの近似直線上の粘度をηlinとする。ηmax/ηlinを、λmaxと定義する。
なお、歪速度は、0.001/sec〜10.0/secの範囲で測定可能であり、歪硬化度は歪速度の違いで変化する。
(9)Q値(Mw/Mn):
本発明に用いられる成分A−1のQ値は、前述のクロス分別装置におけるゲルパーミエーションクロマトグラフィーで測定のフラクション1〜3の分子量分布曲線を合成処理して作成した成分A全体の分子量分布曲線より求める。この分子量分布曲線から重量平均分子量(Mw)および数平均分子量(Mn)を算出する方法は、公知の方法に従い、Mw/MnをもってQ値とする。
(10)せん断応力(SS)及び第一法線応力差(N1):
本発明に用いられる成分A−1の第一法線応力差(N1)とせん断応力(SS)との比(N1/SS)は、動的粘弾性測定装置(TAインスツルメンツ社製「ARES」)を用い、径25mm、コーン角0.1ラジアンのコーンプレートを温度180℃、歪み速度10/秒で回転させて、定常流測定を行ったときの剪断応力及び第一法線応力差の100s時の値をそれぞれ剪断応力(SS)及び第一法線応力差(N1)としたものである。
2.材料
(1)成分A(成分A−1)
製造例1(成分A−1a):
I.固体触媒成分(a)の製造
充分に窒素置換した内容積50リットルの攪拌機付槽に、脱水および脱酸素したn−ヘプタン、20リットルを導入し、次いでMgClを10モル、Ti(O−n−Cを20モル導入し、95℃で2時間反応させた。反応終了後、40℃に温度を下げ、次いでメチルヒドロポリシロキサン(20センチストークスのもの)を12リットル導入し、3時間反応させた。生成した固体成分をn−ヘプタンで洗浄した。
次いで、前記攪拌機付槽を用いて該槽に、脱水及び脱酸素したn−ヘプタンを5リットル導入し、上記で合成した固体成分をMg原子換算で3モル導入した。次いでn−ヘプタン2.5リットルにSiCl5モルを混合して30℃、30分間でフラスコへ導入し、70℃で3時間反応させた。反応終了後、n−ヘプタンで洗浄した。
次いで、前記攪拌機付槽へn−ヘプタン2.5リットル導入し、フタル酸クロライド0.3モルを混合して、70℃、30分間で導入し、90℃で1時間反応させた。反応終了後、n−ヘプタンで洗浄した。次いでTiCl2リットルを導入して110℃で3時間反応させた。反応終了後、固体成分を得た。この固体成分のチタン含量は2.0重量%であった。
次いで、窒素置換した前記攪拌機付槽にn−ヘプタンを8リットル、上記で合成した固体成分を400グラム、SiClを0.6リットル導入して90℃で2時間反応させた。反応終了後、さらに(CH=CH)Si(CHを0.54モル、(t−C)(CH)Si(OCHを0.27モル、Al(Cを1.5モル順次導入して30℃で2時間接触させた。接触終了後、n−ヘプタンで充分に洗浄し、塩化マグネシウムを主体とする固体触媒成分(a)390gを得た。このもののチタン含量は、1.8重量%であった。
II.プロピレン系ブロック共重合体の製造
内容積400リットルの攪拌機付きステンレス鋼製オートクレーブをプロピレンガスで充分に置換し、重合溶媒として脱水及び脱酸素したn−ヘプタン120リットルを入れた。次に温度70℃の条件下、トリエチルアルミニウム30g、水素147リットル、および固体触媒成分(a)を17g加えた。オートクレーブを内温75℃に昇温した後、圧力が0.3MPaGになるようにプロピレンの供給をし、重合を開始した。水素は水素/プロピレンが10.2(L/Kg)で供給を開始し、230分後に0になるように一定比率で低下させた。230分後にプロピレンの導入を停止し、器内の未反応ガスを0.03MPaGまで放出し結晶性プロピレン重合体部分を得た(前段重合工程)。反応器内の水素濃度(水素/プロピレン)は、重合開始時0.24モル比であったが徐々に低下し、プロピレン供給停止時には0.08モル比であった。
次いで、オートクレーブを内温65℃にセットした後、n−ブタノールを12.5cc導入、次いで、プロピレンを5.25Kg/Hrで供給開始120分後に0になるように一定比率で低下、エチレンは0から120分後に2.25Kg/Hrになるように一定比率で上昇させ供給した。120分後エチレン、プロピレンの供給を停止、重合を終了した。圧力はエチレン、プロピレン供給開始時0.03MPaGであったが、供給停止時0.01MPaGであった(後段重合工程)。
得られたスラリーは、次の攪拌機付き槽に移送し、ブタノールを2.5リットル加え、70℃で3時間処理し、更に次の攪拌機付き槽に移送、水酸化ナトリウム20gを溶解した純水100リットルを加え、1時間処理した後、水層を静置後分離、触媒残渣を除去した。スラリーは遠心分離機で処理し、ヘプタンを除去、80℃の乾燥機で3時間処理しヘプタンを完全に除去し、直鎖状プロピレン・エチレンブロック共重合体(A−1a)を得た。
直鎖状プロピレン・エチレンブロック共重合体(A−1a)は、直鎖状ポリプロピレン重合体部分のMFR(230℃、2.16kg荷重)が592g/10分、直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分の成分A−1a全体に対する割合が9.6重量%、直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分の固有粘度[η]copolyが12.8dl/g、成分A−1a全体のMFR(230℃、2.16kg荷重)が105g/10分、成分A−1a全体のダイスウェル比が1.8であり、180℃伸張粘度測定において歪硬化性を示し(歪硬化性「有」)、その歪硬化度(λmax)が7.7であり、180℃歪み速度10/秒での過渡応答測定における剪断応力(SS)に対する第一法線応力差(N1)の比(N1/SS)が2.80であり、さらに、成分A−1a全体のQ値が14.3、直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分のエチレン含量が23.1重量%(クロス分別法測定)の直鎖状プロピレン・エチレンブロック共重合体(酸化防止剤・中和剤、添加済ペレット)。
製造例2(成分A−1b):
製造例1において、前段重合工程において水素の供給量を水素/プロピレンが13.6(L/Kg)で供給を開始し、230分後に0になるように一定比率で低下、後段重合工程においてプロピレンを3.75Kg/Hrで供給開始120分後に0になるように一定比率で低下、エチレンは、0から120分後に3.75Kg/Hrになるように一定比率で上昇させ供給した以外は、成分A−1aの製造に準じて行い、プロピレン・エチレンブロック共重合体(A−1b)を製造した。前段重合工程の反応器内の水素濃度(水素/プロピレン)は、プロピレン供給停止時には0.07モル比であった。
直鎖状プロピレン・エチレンブロック共重合体(A−1b)は、直鎖状プロピレン重合体部分のMFR(230℃、2.16kg荷重)が795g/10分、直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分の成分A−1b全体に対する割合が8.7重量%、直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分の固有粘度[η]copolyが13.0dl/g、成分A−1b全体のMFR(230℃、2.16kg荷重)が150g/10分、成分A−1b全体のダイスウェル比が1.9であり、180℃伸張粘度測定において歪硬化性を示し(歪硬化性「有」)、その歪硬化度(λmax)が9.1であり、180℃歪み速度10/秒での過渡応答測定における剪断応力(SS)に対する第一法線応力差(N1)の比(N1/SS)が2.82であり、さらに、成分A−1b全体のQ値が14.1、直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分のエチレン含量が40.4重量%(クロス分別法測定)の直鎖状プロピレン・エチレンブロック共重合体(酸化防止剤・中和剤、添加済ペレット)。
製造例3(成分A−1c):
製造例1において、前段重合工程において水素の供給量を水素/プロピレンが11.0(L/Kg)で供給を開始し、230分後に0になるように一定比率で低下、後段重合工程において、プロピレンを6.3Kg/Hrで供給開始120分後に0になるように一定比率で低下、エチレンは、0から120分後に2.7Kg/Hrになるように一定比率で上昇させ供給した以外は、成分A−1aの製造に準じて行い、プロピレン・エチレンブロック共重合体(A−1c)を製造した。前段重合工程の反応器内の水素濃度(水素/プロピレン)は、プロピレン供給停止時には0.09モル比であった。
直鎖状プロピレン・エチレンブロック共重合体(A−1c)は、直鎖状プロピレン重合体部分のMFR(230℃、2.16kg荷重)が618g/10分、直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分の成分A−1c全体に対する割合が11.1重量%、直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分の固有粘度[η]copolyが12.5dl/g、成分A−1c全体のMFR(230℃、2.16kg荷重)が75g/10分、成分A−1c全体のダイスウェル比が1.8であり、180℃伸張粘度測定において歪硬化性を示し(歪硬化性「有」)、その歪硬化度(λmax)が7.6であり、180℃歪み速度10/秒での過渡応答測定における剪断応力(SS)に対する第一法線応力差(N1)の比(N1/SS)が2.78であり、さらに、成分A−1c全体のQ値が13.8、直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分のエチレン含量が23.3重量%(クロス分別法測定)の直鎖状プロピレン・エチレンブロック共重合体(酸化防止剤・中和剤、添加済ペレット)。
製造例4(成分A−1d):
I.固体触媒成分(b)の製造 充分に窒素置換した内容積50リットルの攪拌機付槽に、脱水および脱酸素したn−ヘプタン、20リットルを導入し、次いでMgClを10モル、Ti(O−n−Cを20モル導入し、95℃で2時間反応させた。反応終了後、40℃に温度を下げ、次いでメチルヒドロポリシロキサン(20センチストークスのもの)を12リットル導入し、3時間反応させた。生成した固体成分をn−ヘプタンで洗浄した。
次いで、前記攪拌機付槽を用いて該槽に、脱水及び脱酸素したn−ヘプタンを5リットル導入し、上記で合成した固体成分をMg原子換算で3モル導入した。次いでn−ヘプタン2.5リットルにSiCl5モルを混合して30℃、30分間でフラスコへ導入し、70℃で3時間反応させた。反応終了後、n−ヘプタンで洗浄した。
次いで、前記攪拌機付槽へn−ヘプタン2.5リットル導入し、フタル酸クロライド0.3モルを混合して、90℃、30分間で導入し、95℃で1時間反応させた。反応終了後、n−ヘプタンで洗浄した。次いでTiCl2リットルを導入して100℃で2時間反応させた。反応終了後、n−ヘプタンで洗浄した。さらに、TiCl0.6リットル、n−ヘプタン8リットルを導入し90℃で1時間反応し、n−ヘプタンで十分洗浄し、固体成分を得た。この固体成分中にはチタンが1.30重量%含まれていた。
次に、窒素置換した前記撹拌機付槽にn−ヘプタン8リットル、上記で得た固体成分を400gと、(t−C)(CH)Si(OCH0.27モル、(CH=CH)Si(CH0.27モルを導入し、30℃で1時間接触させた。次いで15℃に冷却し、n−ヘプタンに希釈したAl(C1.5モルを15℃条件下30分かけて導入、導入後30℃に昇温し2時間反応させ、反応液を取り出し、n−ヘプタンで洗浄して固体触媒成分(b)390gを得た。このもののチタン含量は、1.22重量%であった。
更に、n−ヘプタンを6リットル、n−ヘプタンに希釈したトリイソブチルアルミニウム1モルを15℃条件下30分かけて導入し、次いでプロピレンを、20℃を越えないように制御しつつ約0.4kg/時間で1時間導入して予備重合した。その結果、固体1g当たり0.9gのプロピレンが重合したポリプロピレン含有の固体触媒成分(b)が得られた。
II.プロピレン系ブロック共重合体の製造
内容積230リットルの流動床式反応器を2個連結してなる連続反応装置を用いて重合を行った。先ず、第1反応器で、重合温度75℃、プロピレン分圧1.8MPaに保ち、分子量制御剤としての水素を、水素/プロピレンのモル比で0.055となるように連続的に供給するとともに、トリエチルアルミニウムを5.25g/hrで、ポリプロピレン含有の固体触媒成分(b)をポリマー重合速度が20kg/hrになるように供給し、結晶性プロピレン重合体成分を製造した。第1反応器で重合したパウダー(結晶性プロピレン重合体成分)は、反応器内のパウダー保有量を60kgとなるように連続的に抜き出し、第2反応器に移送した。
続いて、第2反応器内が、重合温度80℃、圧力2.0MPaになるように、プロピレンとエチレンをエチレン/(プロピレン+エチレン)のモル比で0.30となるように連続的に供給し、更に、分子量制御剤としての水素を、水素/(プロピレン+エチレン)のモル比で0.015となるように連続的に供給すると共に、活性水素化合物としてエチルアルコールを、トリエチルアルミニウムに対して1.4倍モルになるように供給し、プロピレン・エチレンランダム共重合体成分を製造した。
第2反応器で重合が終了したパウダー(結晶性プロピレン重合体成分とプロピレン・エチレンランダム共重合体成分とからなるプロピレン系ブロック共重合体)は、反応器内のパウダー保有量を40kgとなるように連続的にベッセルに抜き出した。水分を含んだ窒素ガスを供給して反応を停止させ、プロピレン・エチレンブロック共重合体(A−1d)を得た。
直鎖状プロピレン・エチレンブロック共重合体(A−1d)は、直鎖状プロピレン重合体部分のMFR(230℃、2.16kg荷重)が150g/10分、直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分の成分A全体に対する割合が27.0重量%、直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分の固有粘度[η]copolyが2.9dl/g、成分A−1d全体のMFR(230℃、2.16kg荷重)が30g/10分、成分A−1d全体のダイスウェル比が1.0であり、180℃伸張粘度測定において歪硬化性を示さず(歪硬化性「無」)、その歪硬化度(λmax)が算出できず、180℃歪み速度10/秒での過渡応答測定における剪断応力(SS)に対する第一法線応力差(N1)の比(N1/SS)が0.98であり、さらに、成分A−1d全体のQ値が6.0、直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分のエチレン含量が37重量%(クロス分別法測定)直鎖状プロピレン・エチレンブロック共重合体(酸化防止剤・中和剤、添加済ペレット)。
製造例5(成分A−1e):
内容積400リットルの攪拌機付きステンレス鋼製オートクレーブをプロピレンガスで充分に置換し、重合溶媒として脱水及び脱酸素したn−ヘプタン120リットルを入れた。次に温度70℃の条件下、トリエチルアルミニウム30g、水素70リットル、およびポリプロピレン含有の固体触媒成分(b)を15g加えた。オートクレーブを内温75℃に昇温した後、プロピレンを16.6kg/時、水素を50.0L/時の速度で供給し、重合を開始した。230分後プロピレン、水素の導入を停止。圧力は重合開始時0.34kg/cmG、プロピレン供給中に経時的に増加し、供給停止時点で3.9kg/cmGまで上昇した。その後、器内の圧力が3.5kg/cmGまで低下するまで残重合を行った後、未反応ガスを0.3kg/cmまで放出した。この間、重合温度は75±1℃の範囲に維持した(1段重合)。
次いで、オートクレーブを内温65℃にセットした後、n−ブタノールを16.0cc導入、次いで、プロピレンを3.3kg/時、エチレンを2.4kg/時の速度で供給し、2段重合を開始した。120分後プロピレン、エチレンの導入を停止。圧力は、プロピレン、エチレン供給中に経時的に増加し、供給停止時点で0.5kg/cmGまで上昇した。その後、器内の未反応ガスを0.3kg/cmまで放出。この間、重合温度は65±1℃の範囲に維持した(2段重合)。
得られたスラリーは、次の攪拌機付き槽に移送し、ブタノールを5リットル加え、70℃で3時間処理し、更に次の攪拌機付き槽に移送、水酸化ナトリウム100gを溶解した純水100リットルを加え、1時間処理した後、水層を静置後分離、触媒残渣を除去した。スラリーは遠心分離機で処理し、ヘプタンを除去、80℃の乾燥機で3時間処理しヘプタンを完全に除去し、プロピレン・エチレンブロック共重合体(A−1e)を得た。
直鎖状プロピレン・エチレンブロック共重合体(A−1e)は、直鎖状プロピレン重合体部分のMFR(230℃、2.16kg荷重)が130g/10分、直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分の成分A−1e全体に対する割合が15.5重量%、直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分の固有粘度[η]copolyが7.1dl/g、成分A−1e全体のMFR(230℃、2.16kg荷重)が30g/10分、成分A−1e全体のダイスウェル比が1.6であり、180℃伸張粘度測定において歪硬化性を示し(歪硬化性「有」)、その歪硬化度(λmax)が2.03であり、180℃歪み速度10/秒での過渡応答測定における剪断応力(SS)に対する第一法線応力差(N1)の比(N1/SS)が2.0であり、さらに、成分A−1e全体のQ値が8.4、直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分のエチレン含量が42重量%(クロス分別法測定)の直鎖状プロピレン・エチレンブロック共重合体(酸化防止剤・中和剤、添加済ペレット)。
製造例6(成分A−1f):
製造例4において、上記前段重合工程における水素/プロピレンのモル比を0.087、後段重合工程における水素/(プロピレン+エチレン)のモル比で0.020、エチルアルコールをトリエチルアルミニウムに対して1.8倍モルになるように変更した以外は、製造例4に準じて行い、プロピレン・エチレンブロック共重合体(A−1f)を製造した。
直鎖状プロピレン・エチレンブロック共重合体(A−1f)は、直鎖状プロピレン重合体部分のMFR(230℃、2.16kg荷重)が270g/10分、直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分の成分A−1f全体に対する割合が20.3重量%、直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分の固有粘度[η]copolyが2.7dl/g、成分A−1f全体のMFR(230℃、2.16kg荷重)が103g/10分、成分A−1f全体のダイスウェル比が1.0であり、180℃伸張粘度測定において歪硬化性を示さず(歪硬化性「無」)、その歪硬化度(λmax)が算出できず、180℃歪み速度10/秒での過渡応答測定における剪断応力(SS)に対する第一法線応力差(N1)の比(N1/SS)が0.86であり、さらに、成分A−1f全体のQ値が5.6、直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分のエチレン含量が39重量%(クロス分別法測定)の直鎖状プロピレン・エチレンブロック共重合体(酸化防止剤・中和剤、添加済ペレット)。
製造例7(成分A−1g):
内容積400リットルの攪拌機付きステンレス鋼製オートクレーブをプロピレンガスで充分に置換し、重合溶媒として脱水及び脱酸素したn−ヘプタン120リットルを入れた。次に温度70℃の条件下、トリエチルアルミニウム30g、水素70リットル、およびポリプロピレン含有の固体触媒成分(b)を15g加えた。オートクレーブを内温75℃に昇温した後、プロピレンを17.0kg/時、水素を34.0L/時の速度で供給し、重合を開始した。230分後プロピレン、水素の導入を停止。圧力は重合開始時0.32kg/cmG、プロピレン供給中に経時的に増加し、供給停止時点で3.4kg/cmGまで上昇した。その後、器内の圧力が2.5kg/cmGまで低下するまで残重合を行った後、未反応ガスを0.3kg/cmまで放出した。この間、重合温度は75±1℃の範囲に維持した(1段重合)。
次いで、オートクレーブを内温65℃にセットした後、n−ブタノールを16.0cc導入、次いで、プロピレンを2.7kg/時、エチレンを7.0kg/時の速度で供給し、2段重合を開始した。60分後プロピレン、エチレンの導入を停止。圧力は、プロピレン、エチレン供給中に経時的に増加し、供給停止時点で1.0kg/cmGまで上昇した。その後、器内の未反応ガスを0.3kg/cmまで放出。この間、重合温度は65±1℃の範囲に維持した(2段重合)。
得られたスラリーは、次の攪拌機付き槽に移送し、ブタノールを5リットル加え、70℃で3時間処理し、更に次の攪拌機付き槽に移送、水酸化ナトリウム100gを溶解した純水100リットルを加え、1時間処理した後、水層を静置後分離、触媒残渣を除去した。スラリーは遠心分離機で処理し、ヘプタンを除去、80℃の乾燥機で3時間処理しヘプタンを完全に除去しプロピレン・エチレンブロック共重合体(A−1g)を得た。
得られたプロピレン・エチレンブロック共重合体を過酸化物により溶融粘度の調整を行った。
直鎖状プロピレン・エチレンブロック共重合体(A−1g)は、直鎖状プロピレン重合体部分のMFR(230℃、2.16kg荷重)が70g/10分、直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分の成分A−1g全体に対する割合が14.1重量%、直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分の固有粘度[η]copolyが7.8dl/g、成分A−1g全体のMFR(230℃、2.16kg荷重)が60g/10分、成分A−1g全体のダイスウェル比が1.1であり、180℃伸張粘度測定において歪硬化性を示し(歪硬化性「有」)、その歪硬化度(λmax)が2.00であり、180℃歪み速度10/秒での過渡応答測定における剪断応力(SS)に対する第一法線応力差(N1)の比(N1/SS)が1.26であり、さらに、成分A−1g全体のQ値が7.3、直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分のエチレン含量が65重量%(クロス分別法測定)の直鎖状プロピレン・エチレンブロック共重合体(酸化防止剤・中和剤、添加済ペレット)。
(2)成分B:
(B−1):化学発泡剤マスターバッチ(永和化成社製ポリスレンEE25C、発泡剤濃度20%、発生ガス量75〜90ml/2.5g(220℃恒温下×20min))…重炭酸ナトリウム・クエン酸系、低密度ポリエチレンベース。
(B−2):炭酸ガス。
(B−3):窒素ガス。
(3)成分C:
(C−1):タルク(富士タルク工業社製、平均粒径5.1μm、平均アスペクト比6)。
[実施例1〜8]
各成分A、成分Bおよび成分Cを、表1および表3に示す割合で配合ブレンドし、下記の条件で成形したものについて性能評価を行った。評価結果を表2および表4に示す。
1.実施例1〜4および実施例8の条件:
(1)射出成形機:FANUC社製「α−300」。
(2)金型:縦400mm×横200mmで可動型の位置調整により厚さ可変の平板形状のキャビティを有し、その初期キャビティクリアランス(T)が1.3mmのもの。
(3)成形条件:シリンダー温度210℃、金型温度40℃、射出速度25〜220mm/秒、冷却時間30秒。
(4)成形方法:初期キャビティクリアランス(T)が1.3mmであって、コアバック後キャビティクリアランス(T)を、2.5mm、3.5mmおよび4.0mm、とする型開き射出発泡成形。
2.実施例5〜7の条件:
(1)射出成形機:日本製鋼所社製「J35−AD」。
(2)金型:縦80mm×横50mmで可動型の位置調整により厚さ可変の平板形状のキャビティを有し、その初期キャビティクリアランス(T)が1.3mmのもの。
(3)成形条件:シリンダー温度210℃、金型温度40℃、射出速度100mm/秒、冷却時間30秒、ガス注入圧力25MPa(超臨界状態)。
(4)成形方法:前記の実施例1〜5と同様の射出発泡成形。
[比較例1〜4]
各成分Aと成分Bを、表1に示す割合で配合ブレンドし、実施例1〜4と同様の条件で成形したものについて、性能評価を行った。評価結果を表2に示す。
Figure 0005261639
Figure 0005261639
Figure 0005261639
Figure 0005261639
表1〜4に示す結果から、本発明の必須構成要件における各規定を満たす実施例1〜8に示す組成を持った直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物および射出発泡成形体は、何れも良好な表面外観および射出発泡成形性を有し、また、特に、成分Cのフィラーを配合した実施例8に示す組成を持った直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物および射出発泡成形体は、良好な表面外観と射出発泡成形性、さらには高い剛性を有している。なお、実施例2の剛性、すなわち歪み量10mmにおける荷重値は、設定発泡倍率1.9倍の場合、21.6Nであり、設定発泡倍率2.7倍の場合、38.2Nであった。これらは、いずれも大幅な軽量化が可能であり、リサイクル性や環境適応性にも優れ、自動車部品、テレビ等の家電機器、電子製品の部品等を含む工業部品、建材部品、好ましくは自動車部品、とりわけトリム類、天井材、トランク周り、インストルメントパネル、ピラーなどの自動車内装部品等に適する性能を有していることが明白になっている。
一方、比較例1〜4に示す組成を持った直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物および射出発泡成形体は、これらの性能バランスが不良で見劣りしている。
例えば(1)比較例1は、成分A全体のMFRが低いため、表面外観及び射出発泡成形性において実施例2〜4と著しい差異が生じた。比較例2においては、歪硬化性を示し、表面外観において、実施例2〜4と同等にも関わらず、成分A全体のMFRが低いため、射出発泡成形性において、実施例2〜4と著しい差異が生じた。これは、成分A全体のMFRが本発明の要件を満たすことが必須であることを示している。
(2)比較例4は、歪硬化性を示すにも関わらず、直鎖状プロピレン重合体部分のMFRが低いため、射出発泡成形性において、実施例2〜4と著しい差異が生じた。これは、直鎖状プロピレン重合体部分のMFRが本発明の要件を満たすことが必須であることを示している。
(3)比較例3は、直鎖状プロピレン重合体部分のMFR、及び成分A全体のMFRが本案件の要件を満たすにも関わらず、歪硬化性を示さず、また、剪断応力(SS)に対する第一法線応力差(N1)の比(N1/SS)が小さいため、射出発泡成形性において、実施例2〜4と著しい差異が生じた。これは、歪硬化性及び剪断応力(SS)に対する第一法線応力差(N1)の比(N1/SS)が本発明の要件を満たすことが必須であることを示している。
以上における各実施例と各比較例の結果から、本発明の構成と各要件の合理性と有意性が実証され、さらに、本発明の従来技術に対する優位性も明らかである。
本発明の直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物および射出発泡成形体は、良好な表面外観、射出発泡成形性および剛性などの物性を有し、また、大幅な軽量化が可能であり、リサイクル性や環境適応性にも優れるため、自動車部品、テレビ等の家電機器、電子製品の部品等を含む工業部品、建材部品、好ましくは自動車部品、とりわけトリム類、天井材、トランク周り、インストルメントパネル、ピラーなどの自動車内装部品等に好適に用いることができる。

Claims (9)

  1. 直鎖状プロピレン重合体部分および直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分からなり、下記の特性(i)〜(vi)を有する直鎖状プロピレン・エチレンブロック共重合体(成分A−1)30〜100重量%と、その他のプロピレン系重合体(成分A−2)0〜70重量%からなるポリプロピレン系樹脂(成分A)と、発泡剤(成分B)を含有することを特徴とする直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物。
    特性(i):直鎖状プロピレン重合体部分のメルトフローレート(230℃、2.16kg荷重)が130g/10分以上である。
    特性(ii):直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分の直鎖状プロピレン・エチレンブロック共重合体(成分A−1)全体に対する割合が2〜50重量%である。
    特性(iii):メルトフローレート(230℃、2.16kg荷重)が60g/10分を超える。
    特性(iv):ダイスウエル比が1.2〜2.5である。
    特性(v):180℃伸張粘度測定において歪硬化性を示す。
    特性(vi):溶融粘弾性測定における、第一法線応力差(N1)とせん断応力(SS)との比(N1/SS)が1.01以上である。
  2. 直鎖状プロピレン・エチレンブロック共重合体(成分A−1)は、直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分の固有粘度[η]copolyが5.3〜15.0dl/gであることを特徴とする請求項1に記載の直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物。
  3. 直鎖状プロピレン・エチレンブロック共重合体(成分A−1)は、重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との比(Q値:Mw/Mn)が7〜13であることを特徴とする請求項1又は2に記載の直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物。
  4. 直鎖状プロピレン・エチレンブロック共重合体(成分A−1)における、直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体部分のエチレン含量は、直鎖状エチレン・プロピレンランダム共重合体全量に対し、15〜80重量%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直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物。
  5. ポリプロピレン系樹脂(成分A)100重量部に対して、フィラー(成分C)を1〜70重量部含有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物。
  6. フィラー(成分C)は、タルク、ポリエステル繊維、ウィスカー、ガラス繊維または炭素繊維から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする請求項5に記載の直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物。
  7. ポリプロピレン系樹脂(成分A)100重量部に対して、エラストマー(成分D)を1〜50重量部含有することを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物。
  8. 請求項1〜7のいずれかに記載の直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物からなることを特徴とする射出発泡成形体。
  9. 金型が固定型と前進および後退が可能な可動型とから構成され、最終製品の形状位置に相当する金型キャビティ・クリアランス(T)よりも小さい金型キャビティ・クリアランス(T)を有する金型キャビティに、溶融状態又は半溶融状態の直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物を射出充填する射出工程と、金型キャビティ・クリアランス(T)まで可動型を後退させ、発泡剤による膨張圧力によって金型キャビティの空隙を充填せしめる発泡工程とからなる型開き射出成形法で、直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物からなる射出発泡成形体を製造する方法であって、直鎖状ポリプロピレン系樹脂組成物を射出充填する射出工程において、発泡前成形体充填容積100%に対する射出率が20%/秒以上の条件で成形することを特徴とする請求項8に記載の射出発泡成形体の製造方法。
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