JP6089765B2 - ポリプロピレン系樹脂発泡シートおよび熱成形体 - Google Patents
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Description
一般的なポリプロピレン樹脂は、その分子構造が線状であり、分子量もそれほど大きくないために、発泡特性に重要な指標である溶融張力が低い樹脂であり、そのため発泡成形には不向きである。その欠点を補うために、過去に様々な技術開発がなされてきた(例えば、特許文献1〜6参照。)。
たとえば、特許文献1には、高エネルギーイオン化放射線により、ポリプロピレンに長鎖分岐を導入する(ただし、ここで長鎖分岐[long chain branch]とは、一般的に主鎖炭素数が数十以上、分子量では数百以上からなる分子鎖による分岐構造を言う。逆に、例えば、コモノマーとしてよく使用される炭素数4〜20程度のα−オレフィン等を共重合して得られるような分岐構造は、通常、溶融張力等には大きな影響を及ぼさず、短鎖分岐と呼ばれて区別される。)ことで、溶融張力の向上を図る技術が開示されている。また、同様に、有機過酸化物を利用してポリプロピレン樹脂に長鎖分岐を導入する方法として、特許文献2、特許文献3、特許文献4など、多くの技術が開示されている。また、上記のような方法で長鎖分岐を生成させたポリプロピレンは、製造方法が特殊であることから、一般的に高価であること、また、各種の成形時における流動性の向上や、成形体の物性や外観の向上の観点から、その他のポリプロピレン系樹脂と配合されることは、当業者によって良く行われる技術であり、例えば、特許文献5には、電子線照射によって製造された長鎖分岐を有するポリプロピレン樹脂と、長鎖分岐を有さない通常のホモポリプロピレンや、プロピレン−エチレンブロックコポリマーとの組成物が、安価で耐熱性、断熱性および断熱性に優れたポリプロピレン樹脂発泡体を得ることができる技術が開示されている。また、特許文献6には、溶融張力の自然対数とメルトフローレートの自然対数がある特定の関係を満たす高い溶融張力のポリプロピレンと、それよりも3〜30℃低い融点を有する、溶融張力の低いポリプロピレン樹脂との組成物によって、押出発泡性に優れ、脆性の改善された押出発泡体を得ることのできるポリオレフィン系樹脂押出発泡体を得る技術が開示されている。
例えば、特許文献7には、2段重合により、溶融張力および剛性が高く、かつ成形性に優れたポリプロピレンを製造する方法が記載されている。この方法は、第1段目の重合において極限粘度〔η〕が0.5〜3.0dl/gのポリプロピレンを全重合体の50〜85重量%生成させ、次に、第2段目の重合において極限粘度〔η〕が9dl/g以上のポリプロピレンを全重合体の50〜15重量%生成させることにより、ポリプロピレン全体として極限粘度〔η〕が2〜6dl/g、メルトフローレート(MFR)が0.01〜5g/10分、アイソタクチックペンタッド分率が0.940以上の結晶性ポリプロピレン組成物を製造する方法である。
しかし、上記方法で得られるポリプロピレン樹脂組成物は、分子量分布が広く、成形性が悪く、このため得られる成形品の外観が悪化する問題があるとして、特許文献8には、メルトフローレートが0.01〜5g/10分、135℃デカリン中での固有粘度[η]が8〜13dl/g、ジェルの個数が3000個/450cm2以下、分子量分布Mw/Mnが6〜20かつMz/Mwが3.5以上の特性を有する、ポリプロピレン樹脂組成物がそれらの問題を解消し、高溶融張力を有し、成形性に優れると共に剛性に優れ、外観が良好な成形品を製造することができると、開示されている。
また、特許文献9には、二軸伸張粘度がある特定の値を有するポリプロピレンが高い独立気泡性を有する発泡体を得る技術であると、開示されているが、その内容を精査すると、「[大部分は線状であるが、高分子量の少量成分は高度に枝分かれしているプロピレン重合体樹脂]は、WO91/13933号公報に開示されている製法では、高度の枝分かれを電子線や放射線等で行なっているので、主鎖への側鎖の結合(枝分かれ)過程において、同時に主鎖の切断が生じてしまうため、樹脂全体としての粘度を高めることが出来ず、本発明の発泡体の製造に使用される樹脂の様な超高分子量成分を含むことによる高い2軸伸長粘度の発現は不可能と考えられる」との記載、及び、「本発明の発泡体の製造に用いる基材樹脂としてのプロピレン重合体樹脂の製造は、例えば撹拌固定床(例えば、日本国、特開平4−226109号及びそれに対応するEP0463406 A2公報を参照することができる)を有する重合槽を用いたチーグラー・ナッタ触媒による2段階重合法により行なうことができる。」との記載があり、その本質は、超高分子量成分を有することによる分子量分布を広げる技術であると、解される。ここで挙げた特許文献7〜9に開示される実施例を詳細に検討すると、いずれも、超高分子量成分は、ホモポリプロピレンで構成されている。
しかしながら、これらの超高分子量のホモポリプロピレンあるいはプロピレン共重合体を利用しての溶融張力向上技術の場合、或いは、特許文献11に開示されるような、超高分子量のエチレン−αオレフィン重合体をそれ以外のオレフィン(共)重合体中に微分散させて溶融張力を高める技術においては、総じて長鎖分岐を有するポリプロピレンに比べて、溶融張力が低いという課題があり、特に高い溶融張力が必要とされる高倍の発泡成形や大型のブロー成形等の分野においては、やはり長鎖分岐を有するポリプロピレンの方が広く使用される傾向にあるが、長鎖分岐を有するポリプロピレンが内在する問題点は、前記の通りである。
しかしながら、この方法では、前段でマクロマーとして必要な末端ビニル構造を効率的に得るために、特定の錯体で比較的高温かつ低圧で重合する必要がある。そのため、生成するマクロマーは、分子量及び立体規則性が低いマクロマーとなってしまう。
前述した多段階重合法に対して、特定の錯体でマクロマー合成工程とマクロマー共重合工程を同時に行う単段重合法(in situ マクロマー生成共重合法)が提案されている(例えば、特許文献14参照。)。しかしながら、この方法では、マクロマーの生成量とマクロマー共重合量が必ずしも充分ではなく、溶融物性改善の効果は、不十分なレベルである。
また、特許文献15および特許文献16において開示された技術によれば、マクロマー共重合法における先行技術の種々の問題が解決され、極めて高い溶融張力を良好な伸張粘度特性を有する長鎖分岐含有ポリプロピレン樹脂を得ることができる。そして、この技術を用いて良好な発泡シートを得ることのできる方法が、特許文献17や特許文献18に提案されている。
さらに、特にマクロマー共重合法によって製造した長鎖分岐を有するポリプロピレン樹脂に対して、他の特定の特性を有するポリプロピレン系樹脂を配合することで、各種の用途に適した樹脂組成物にすることができ、それらは、特許文献19〜27に、開示されている。
特に、特許文献27には、特許文献15および特許文献16に開示されたマクロマー共重合法によって製造した長鎖分岐含有ポリプロピレンに、重量平均分子量5万〜80万のポリプロピレン樹脂及び発泡剤を配合した樹脂組成物を射出発泡成形してなることを特徴とするポリプロピレン系射出発泡成形体が開示されている。
以上のように、長鎖分岐含有ポリプロピレン樹脂を用いて、多様な成形法により優れた性能を有する成形体や組成物が数多く提案されてきている。しかし、本発明者らによれば、実用上、未だいくつかの問題点は、内在していることがあきらかになってきた。例えば、特許文献18に記載のように長鎖分岐を有するポリプロピレン樹脂を押出発泡シート成形する場合、押出機内での流動性の悪さから、負荷が上がり易く、押出レートを上げ難かったり、引き取りに対する延展性が十分とは言えず、シート外観が不十分であるなどの解決すべき問題を含んでいるのが実情であった。
詳細には、以下の手順で実験を行った。
放射光X線施設SPring−8のBL03XUに、リンカム加熱剪断ステージCSS−450をセットし、サンプルを加熱剪断ステージに厚み500μmで挟み、170℃において2s−1の剪断流動を印加しつつ、小角X線散乱・広角X線回折同時測定を10分間行った。X線の波長は0.1nm、小角のカメラ長は1.5m、広角のカメラ長は0.076mとした。検出器は、小角散乱にはイメージインテンシファイヤー+CCDを使用、回折には、フラットパネルディテクターを使用した。測定の直前にはサンプルを215℃で5分間加熱することで熱履歴を消去した。
また、サンプルとしては、(i)分子量分布Mw/Mn=4.7の通常のチーグラー・ナッタ触媒によって重合された線状ポリプロピレン、(ii)広い分子量分布(Mw/Mn=10.7)を有する線状ポリプロピレン、(iii)電子線照射によって製造された長鎖分岐構造を有するポリプロピレン、及び、(iv)前記特許文献15、16に記載の方法に従ってマクロマー共重合法によって製造された長鎖分岐構造を有するポリプロピレンの4種類を用いた。
代表的な小角散乱強度のプロファイルを図1aに示す。バックグラウンドの減算やトランスミッションの補正後に、小角散乱検出器上で、流動方向に対して平行方向な方向±10度のセクター平均強度の全測定散乱ベクトル範囲での積算値(H)と、それに垂直な方向±10度のセクター平均強度の全測定散乱ベクトル範囲での積算値(V)の比を取り、それを剪断印加の時間に対してプロットしたものが図1bである。
これによると、線状のポリプロピレンと長鎖分岐構造を有するポリプロピレンでは、傾向が全く逆であって、長鎖分岐構造を有するポリプロピレンでは、流動方向に対して垂直な方向の散乱強度が相対的に大きいことが明白である。流動方向に対して垂直な方向に散乱が現れるということは、構造体は流動方向に対して平行に存在しているということであり、且つ、図1aに見られるように、散乱に高次の回折ピークが見られない、いわゆるストリーク状であるということは、比較的位置規則性が乱れた構造体が形成されているということである。これらの特殊な構造は、簡易的には偏光顕微鏡観察によっても観察することができる。具体的には、X線測定と同じくリンカム加熱剪断ステージをサンプルホルダとしてサンプルを調整し、偏光子と検光子を流動方向に対してそれぞれ−45、+45°にセットし、透過光の条件下で、画像をCCDマイクロスコープにて観察した。偏光顕微鏡観察の装置概念図を図2に、結果の代表例を図3に示す。流動方向に平行に配向した構造による複屈折によって画像に明暗が生成し、構造の様子を直接観察することができる。この方法によっても、流動方向に平行な構造が、かなりのムラを生じていることが分かる。構造のムラは、画像解析による観察視野範囲の輝度の数値化によって判定することが可能である。この不均一な構造体は、ポリプロピレン系樹脂の射出成形試験片等で普遍的に観察されるシシ−ケバブ構造に順ずる構造体であるが、170℃という高温、2s−1という比較的遅い速度の流動場においてもシシ−ケバブ構造が明瞭に観察され、しかも、偏光顕微鏡で確認できるほど、巨大な構造を形成するということは、新規な知見であった。特に、成形時に樹脂が比較的長い時間流動履歴を受ける押出成形では、この現象は顕著に現れると考えられ、一旦不均一な構造体が形成されると、試料内には、結晶性の高い部分と低い部分が混在することになり、例えば、シート成形の際に、均一な延展性が阻害される、シートの外観が悪化する等の問題が生じる。
特性(X−i):MFRが0.1〜30.0g/10分であること。
特性(X−ii):GPCによる分子量分布Mw/Mnが3.0〜10.0、且つMz/Mwが2.5〜10.0であること。
特性(X−iii):溶融張力(MT)(単位:g)は、
log(MT)≧−0.9×log(MFR)+0.7 または MT≧15
のいずれかを満たすこと。
特性(X−iv):25℃パラキシレン可溶成分量(CXS)がポリプロピレン樹脂(X)全量に対して5.0重量%未満であること。
特性(Y−i):(Y−1)と(Y−2)の割合は、(Y−1)が50〜99重量%、(Y−2)が1〜50重量%であること(但し、(Y−1)、(Y−2)の重量割合は、プロピレン系ブロック共重合体(Y)全量を100重量%とする。)。
特性(Y−ii):プロピレン系ブロック共重合体(Y)のMFRが0.1〜200.0g/10分であること。
特性(Y−iii):プロピレン系ブロック共重合体(Y)の融点が155℃を超えるものであること。
特性(Y−iv):プロピレン−エチレン共重合体(Y−2)中のエチレン含量が11.0重量%以上60.0重量%未満であること(但し、成分(Y−2)を構成するモノマーの全量を100重量%とする。)。
特性(Y−v):プロピレン−エチレン共重合体(Y−2)中のエチレン含量が11.0〜38.0重量%の場合、プロピレン−エチレン共重合体(Y−2)の135℃デカリン中での固有粘度[η](単位dl/g)が5.3以上であり、プロピレン−エチレン共重合体(Y−2)中のエチレン含量が38.0重量%を超え60.0重量%未満の場合、プロピレン−エチレン共重合体(Y−2)の135℃デカリン中での固有粘度[η](単位dl/g)が7.3以上であること。
さらに、第3の発明によれば、第2の発明において、前記長鎖分岐構造を有するポリプロピレン樹脂(X)が下記の特性(X−vi)を有することを特徴とするポリプロピレン系樹脂組成物が提供される。
特性(X−v):絶対分子量Mabsが100万における分岐指数g’は、0.30以上1.00未満であること。
特性(X−vi):13C−NMRによるプロピレン単位3連鎖のmm分率が95%以上であること。
さらに、第7の発明によれば、第6の発明において、前記熱可塑性樹脂組成物は、熱可塑性樹脂100重量部に対し、50重量部以下の無機充填剤を含むことを特徴とするポリプロピレン系樹脂多層発泡シートが提供される。
さらに、第9の発明によれば、第1〜4のいずれかの発明に係るポリプロピレン系樹脂組成物または発泡成形用ポリプロピレン系樹脂組成物を射出成形、熱成形、押出成形、ブロー成形またはビーズ発泡成形のいずれかの成形法により得られることを特徴とする成形体が提供される。
さらに、第11の発明によれば、第10の発明において、前記その他の樹脂(Z)がポリプロピレン系樹脂であることを特徴とするプロピレン系樹脂組成物が提供される。
(1)第1の発明において、特性(Y−ii)のプロピレン系ブロック共重合体(Y)のMFRが0.2〜190g/10分、好ましくは0.5〜180g/10分、より好ましくは2.1〜170g/10分であることを特徴とするポリプロピレン系樹脂組成物。
(2)第1〜3のいずれかの発明において、さらに、(i)物理発泡剤、(ii)分解性発泡剤(化学発泡剤)または(iii)熱膨張剤を含有させたマイクロカプセルから選ばれる発泡剤を含有することを特徴とするポリプロピレン系樹脂組成物。
そして、得られるポリプロピレン系(多層)発泡シートおよびそれを用いた熱成形体は、均一微細な発泡セルが得られ、外観、熱成形性、耐衝撃性、軽量性、剛性、耐熱性、断熱性、耐油性等に優れていることより、トレー、皿、カップなどの食品容器や自動車ドアトリム、自動車トランクマットなどの車両内装材、包装、文具、建材などに好適に利用することができる。
以下で、成分(X)及び(Y)が満たすべき特性などについて、項目毎に、詳細に述べる。
本発明のポリプロピレン系樹脂組成物においては、まず、以下の(X−i)〜(X−iv)の各特性の一以上、好ましくは全ての特性を有することが望ましい、長鎖分岐構造を有するポリプロピレン樹脂(X)を使用することを特徴とする。
特性(X−i):MFRが0.1〜30.0g/10分であること。
特性(X−ii):GPCによる分子量分布Mw/Mnが3.0〜10.0、且つMz/Mwが2.5〜10.0であること。
特性(X−iii):溶融張力(MT)(単位:g)は、
log(MT)≧−0.9×log(MFR)+0.7 または MT≧15
のいずれかを満たすこと。
特性(X−iv):25℃パラキシレン可溶成分量(CXS)がポリプロピレン樹脂(X)全量に対して5.0重量%未満であること。
以下、本発明で規定する上記各特性要件、長鎖分岐構造を有するポリプロピレン樹脂(X)の製造方法などについて、具体的に述べる。
本発明における長鎖分岐構造を有するポリプロピレン樹脂(X)のメルトフローレート(MFR)は、0.1〜30.0g/10分の範囲であることが必要であり、好ましくは0.3〜20.0g/10分、さらに好ましくは0.5〜10.0g/10分である。この範囲を下回るものは、流動性不足となり、各種の成形に対して押出機の負荷が高すぎるなどの問題が生じ、一方、上回るものは、張力不足により、高溶融張力材としての特性が乏しくなり、適さないものとなる。
なお、MFRは、JIS K7210:1999「プラスチック―熱可塑性プラスチックのメルトマスフローレイト(MFR)およびメルトボリュームフローレイト(MVR)の試験方法」のA法、条件M(230℃、2.16kg荷重)に準拠して測定したもので、単位はg/10分である。
また、長鎖分岐構造を有するポリプロピレン樹脂(X)は、分子量分布が比較的広いことが必要であり、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によって得られる分子量分布Mw/Mn(ここで、Mwは重量平均分子量、Mnは数平均分子量)が3.0以上10.0以下であることが必要である。長鎖分岐構造を有するポリプロピレン樹脂(X)の分子量分布Mw/Mnは、その好ましい範囲としては3.5〜8.0、更に好ましくは4.1〜6.0の範囲である。
さらに、分子量分布の広さをより顕著に表すパラメータとして、Mz/Mw(ここで、MzはZ平均分子量である)が2.5以上10.0以下であることが必要である。Mz/Mwの好ましい範囲は2.8〜8.0、更に好ましくは3.0〜6.0の範囲である。
分子量分布の広いものほど成形加工性が向上するが、Mw/MnおよびMz/Mwがこの範囲にあるものは、成形加工性に特に優れるものである。
なお、Mn、Mw、Mzの定義は「高分子化学の基礎」(高分子学会編、東京化学同人、1978)等に記載されており、GPCによる分子量分布曲線から計算可能である。
・装置:Waters社製GPC(ALC/GPC 150C)
・検出器:FOXBORO社製MIRAN 1A IR検出器(測定波長:3.42μm)
・カラム:昭和電工社製AD806M/S(3本)
・移動相溶媒:オルトジクロロベンゼン(ODCB)
・測定温度:140℃
・流速:1.0ml/min
・注入量:0.2ml
・試料の調製:試料はODCB(0.5mg/mLのBHTを含む)を用いて1mg/mLの溶液を調製し、140℃で約1時間を要して溶解させる。
GPC測定で得られた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(PS)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0.2mL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。
なお、分子量への換算に使用する粘度式[η]=K×Mαは、以下の数値を用いる。
PS:K=1.38×10−4、α=0.7
PP:K=1.03×10−4、α=0.78
さらに、長鎖分岐構造を有するポリプロピレン樹脂(X)は、以下の条件(1)を満たす必要がある。
・条件(1)
log(MT)≧−0.9×log(MFR)+0.7
又は
MT≧15
のうちの少なくとも1つを満たす。
ここでMTは、(株)東洋精機製作所製キャピログラフ1Bを用いて、キャピラリー:直径2.0mm、長さ40mm、シリンダー径:9.55mm、シリンダー押出速度:20mm/分、引き取り速度:4.0m/分、温度:230℃の条件で、測定したときの溶融張力を表し、単位はグラムである。ただし、成分(X)のMTが極めて高い場合には、引き取り速度4.0m/分では、樹脂が破断してしまう場合があり、このような場合には、引き取り速度を下げ、引き取りのできる最高の速度における張力をMTとする。また、MFRの測定条件、単位は前述の通りである。
この規定は、長鎖分岐構造を有するポリプロピレン樹脂(X)が発泡成形のために充分な溶融張力を有するための指標であり、一般に、MTは、MFRと相関を有していることから、MFRとの関係式によって記述している。
このように、MTをMFRとの関係式で規定する手法は、当業者にとって通常の手法であって、例えば、特開2003−25425号公報には、高溶融張力を有するポリプロピレンの定義として、以下の関係式が提案されている。
log(MS)>−0.61×log(MFR)+0.82 (230℃)
(ここでMSは、MTと同義である。)
また、特開2003−64193号公報には、高溶融張力を有するポリプロピレンの定義として、以下の関係式が提案されている。
11.32×MFR−0.7854≦MT (230℃)
さらに、特開2003−94504号公報には、高溶融張力を有するポリプロピレンの定義として、以下の関係式が提案されている。
MT≧7.52×MFR−0.576
(MTは190℃、MFRは230℃で測定した値である。)
・・条件(1)’
log(MT)≧−0.9×log(MFR)+0.9
又は
MT≧15
のうちの少なくとも1つを満たす。
・・条件(1)”
log(MT)≧−0.9×log(MFR)+1.1
又は
MT≧15
のうちの少なくとも1つを満たす。
MTの上限値については、これを特に設ける必要は無いが、MTが40gを超えるような場合には、上記測定手法では引き取り速度が著しく遅くなり、測定が困難となる。このような場合は、樹脂の延展性も悪化しているものと考えられるため、好ましくは40g以下、さらに好ましくは35g以下、もっとも好ましくは30g以下である。
本発明に用いる長鎖分岐構造を有するポリプロピレン樹脂(X)は、立体規則性が高く、製品となったときにベタツキやブリードアウトの原因となる低結晶性成分が少ないことが好ましい。この低結晶性成分は、25℃キシレン可溶成分量(CXS)によって評価され、それが成分(X)全量に対して、5.0重量%未満であることが必要であり、好ましくは3.0重量%以下であり、より好ましくは1.0重量%以下あり、さらに好ましくは0.5重量%以下である。下限については、特に制限されないが、通常0.01重量%以上、好ましくは0.03重量%以上である。CXS測定法の詳細は、以下の通りである。
2gの試料を300mlのp−キシレン(0.5mg/mlのBHTを含む)に130℃で溶解させ溶液とした後、25℃で12時間放置する。その後、析出したポリマーを濾別し、濾液からp−キシレンを蒸発させ、さらに100℃で12時間減圧乾燥し室温キシレン可溶成分を回収する。この回収成分の重量の仕込み試料重量に対する割合[重量%]をCXSと定義する。
長鎖分岐構造を有するポリプロピレン樹脂(X)が分岐を有することの直接的な指標として、分岐指数g’を挙げることができる。g’は、長鎖分岐構造を有するポリマーの固有粘度[η]brと同じ分子量を有する線状ポリマーの固有粘度[η]linの比、すなわち、[η]br/[η]lin によって与えられ、長鎖分岐構造が存在すると、1よりも小さな値をとる。
定義は、例えば「Developments in Polymer Characterization−4」(J.V. Dawkins ed. Applied Science Publishers, 1983)に、記載されており、当業者にとって公知の指標である。
本発明で使用する長鎖分岐構造を有するポリプロピレン樹脂(X)は、光散乱によって求めた絶対分子量Mabsが100万の時に、g’が0.30以上1.00未満であることが好ましく、より好ましくは0.55以上0.98以下、更に好ましくは0.75以上0.96以下、最も好ましくは0.78以上0.95以下である。
以下に詳細に記述するとおり、本発明に係る長鎖分岐構造を有するポリプロピレン樹脂(X)は、その重合機構から、分子構造としては櫛型鎖が生成すると考えられ、g’が0.30未満であると、主鎖が少なく側鎖の割合が極めて多いこととなり、このような場合には、溶融張力が向上しなかったり、ゲルが生成するおそれがあるため、発泡成形において好ましくない。一方、1.00である場合には、これは分岐が存在しないことを意味し、溶融張力が不足しやすくなる傾向にあり、発泡成形に適さない。
「Encyclopedia of Polymer Science and Engineering vol.2」(John Wiley & Sons 1985 p.485)によると、櫛型ポリマーのg’値は、以下の式で表されている。
一方、電子線照射や過酸化物変成の場合において生じると考えられる、従来公知のランダム分岐鎖の式は、同文献中の485ページ式(19)で与えられており、これによると、ランダム分岐鎖では、分岐点が多くなるにつれ、g’およびg値は、特に下限値が存在することなく、単調に減少する。つまり、本発明において、g’値に下限値があるということは、本発明に用いる長鎖分岐構造を有するポリプロピレン樹脂(X)は、櫛型鎖に近い構造を有しているということを意味しており、これにより、電子線照射や過酸化物変成によって生成されるランダム分岐鎖との区別が、より明確となる。
また、g’が上記の範囲にある櫛型鎖に近い構造を有する分岐状ポリマーにおいては、混練を繰り返した際の溶融張力の低下度合いが小さく、工業的に成形体を生産する工程で発生する、例えばシート、フィルム成形時に端部をカットすることで生じる端材であるとか、射出成形のランナー等の部材を、リサイクル材として再度成形に供する際に、物性や成形性の低下が小さくなることになり、好ましい。
示差屈折計(RI)および粘度検出器(Viscometer)を装備したGPC装置として、Waters社のAlliance GPCV2000を用いる。また、光散乱検出器として、多角度レーザー光散乱検出器(MALLS)Wyatt Technology社のDAWN−Eを用いる。検出器は、MALLS、RI、Viscometerの順で接続する。移動相溶媒は、1,2,4−トリクロロベンゼン(BASFジャパン社製酸化防止剤Irganox1076を0.5mg/mLの濃度で添加)である。
流量は1mL/分で、カラムは、東ソー社 GMHHR−H(S) HTを2本連結して用いる。カラム、試料注入部および各検出器の温度は、140℃である。試料濃度は1mg/mLとし、注入量(サンプルループ容量)は0.2175mLである。
MALLSから得られる絶対分子量(Mabs)、二乗平均慣性半径(Rg)およびViscometerから得られる極限粘度([η])を求めるにあたっては、MALLS付属のデータ処理ソフトASTRA(version4.73.04)を利用し、以下の文献を参考にして計算を行う。
参考文献:
1.「Developments in Polymer Characterization−4」(J.V. Dawkins ed. Applied Science Publishers, 1983. Chapter1.)
2.Polymer, 45, 6495−6505(2004)
3.Macromolecules, 33, 2424−2436(2000)
4.Macromolecules, 33, 6945−6952(2000)
分岐指数(g’)は、サンプルを上記Viscometerで測定して得られる極限粘度([η]br)と、別途、線状ポリマーを測定して得られる極限粘度([η]lin)との比([η]br/[η]lin)として算出する。
ポリマー分子に長鎖分岐構造が導入されると、同じ分子量の線状のポリマー分子と比較して慣性半径が小さくなる。慣性半径が小さくなると、極限粘度が小さくなることから、長鎖分岐構造が導入されるに従い同じ分子量の線状ポリマーの極限粘度([η]lin)に対する分岐ポリマーの極限粘度([η]br)の比([η]br/[η]lin)は、小さくなっていく。
したがって、分岐指数(g’=[η]br/[η]lin)が1より小さい値になる場合には、分岐が導入されていることを意味する。ここで、[η]linを得るための線状ポリマーとしては、市販のホモポリプロピレン(日本ポリプロ社製ノバテックPP(登録商標) グレード名:FY6)を用いる。線状ポリマーの[η]linの対数は分子量の対数と線形の関係があることは、Mark−Houwink−Sakurada式として公知であるから、[η]linは、低分子量側や高分子量側に適宜外挿して数値を得ることができる。
本発明に用いる長鎖分岐構造を有するポリプロピレン樹脂(X)は、立体規則性が高いことが好ましい。立体規則性の高さは、13C−NMRによって評価することができ、13C−NMRによって得られるプロピレン単位3連鎖のmm分率が95.0%以上の立体規則性を有するものが好ましい。
mm分率は、ポリマー鎖中、頭−尾結合からなる任意のプロピレン単位3連鎖中、各プロピレン単位中のメチル分岐の方向が同一であるプロピレン単位3連鎖の割合であるの上限は100%である。このmm分率は、ポリプロピレン分子鎖中のメチル基の立体構造がアイソタクチックに制御されていることを示す値であり、高いほど、高度に制御されていることを意味する。mm分率がこの値より小さいと、製品の弾性率が低下するなど機械的物性が低下する傾向にある。
従って、mm分率は、95.0%以上が好ましく、より好ましくは96.0%以上であり、さらに好ましくは97.0%以上である。なお、特性(X−iv)及び(X−v)は、共に立体規則性に関連する特性であり、特性(X−iv)及び(X−v)の要件を同時に満たしていることが特に好ましい。
試料375mgをNMRサンプル管(10φ)中で重水素化1,1,2,2、−テトラクロロエタン2.5mlに完全に溶解させた後、125℃においてプロトン完全デカップリング法で測定する。ケミカルシフトは、重水素化1,1,2,2−テトラクロロエタンの3本のピークの中央のピークを74.2ppmに設定する。他の炭素ピークのケミカルシフトはこれを基準とする。
フリップ角:90度
パルス間隔:10秒
共鳴周波数:100MHz以上
積算回数:10,000回以上
観測域:−20ppmから179ppm
データポイント数:32768
mm分率の解析は、前記の条件により測定された13C−NMRスペクトルを用いて行う。
スペクトルの帰属は、Macromolecules,(1975年)8卷,687頁やPolymer, 30巻 1350頁(1989年)を参考に行う。
なお、mm分率決定のより具体的な方法は、特開2009−275207号公報の段落[0053]〜[0065]に詳細に記載されており、本願発明においても、この方法に従って行うものとする。
本発明において、特性(X−iii)がlog(MT)≧−0.9×log(MFR)+0.7を満たし、かつMabsが100万において、g’<1を満たすポリプロピレン樹脂は、長鎖分岐構造を有するといえる。
長鎖分岐構造を有するポリプロピレン樹脂(X)は、上記した(X−i)〜(X−vi)の特性を満たす限り、特に製造方法を限定するものではないが、前述のように、高い立体規則性、低い低結晶性成分量、比較的広い分子量分布、分岐指数g’の範囲、高い溶融張力等の全ての条件を満足するための好ましい製造方法は、メタロセン触媒の組み合わせを利用したマクロマー共重合法を用いる方法である。このような方法の例としては、例えば、特開2009−57542号公報に開示される方法が挙げられる。
この手法は、マクロマー生成能力を有する特定の構造の触媒成分と、高分子量でマクロマー共重合能力を有する特定の構造の触媒成分とを組み合わせた触媒を用いて、長鎖分岐構造を有するポリプロピレンを製造する方法であり、これによれば、バルク重合や気相重合といった工業的に有効な方法で、特に実用的な圧力温度条件下の単段重合で、しかも、分子量調整剤である水素を用いて、目的とする物性を有する長鎖分岐構造を有するポリプロピレン樹脂の製造が可能である。
また、従来は、立体規則性の低いポリプロピレン成分を使用して結晶性を落とすことによって、分岐生成効率を高めなければならなかったが、上記の方法では、充分に立体規則性の高いポリプロピレン成分を、側鎖に簡便な方法で、導入することが可能であり、本発明に用いるポリプロピレン樹脂(X)として好ましい、高い立体規則性と低い低結晶性成分量に係る(X−iv)及び(X−v)の特性を満足するのに好適である。
また、上記手法を用いれば、重合特性の大きく異なる二種の触媒を使用することで、分子量分布を広くでき、本発明に用いる長鎖分岐構造を有するポリプロピレン樹脂(X)に必要な(X−i)〜(X−iii)の特性を同時に満たすことが可能であり、好ましい。
長鎖分岐構造を有するポリプロピレン樹脂(X)を製造する好ましい方法として、プロピレン重合触媒に下記の触媒成分(A)、(B)および(C)を用いるプロピレン系重合体の製造方法が挙げられる。
(A):下記一般式(a1)で表される化合物である成分[A−1]から少なくとも1種類、および下記一般式(a2)で表される化合物である成分[A−2]から少なくとも1種類を選んだ2種以上の周期律表4族の遷移金属化合物。
成分[A−1]:一般式(a1)で表される化合物
成分[A−2]:一般式(a2)で表される化合物
(B):イオン交換性層状珪酸塩
(C):有機アルミニウム化合物
(1)触媒成分(A)
(i)成分[A−1]:一般式(a1)で表される化合物
また、置換された2−フリル基、置換された2−チエニル基、置換された2−フルフリル基の置換基としては、メチル基、エチル基、プロピル基等の炭素数1〜6のアルキル基、フッ素原子、塩素原子等のハロゲン原子、メトキシ基、エトキシ基等の炭素数1〜6のアルコキシ基、トリアルキルシリル基、が挙げられる。これらのうち、メチル基、トリメチルシリル基が好ましく、メチル基が特に好ましい。
さらに、R11およびR12として、特に好ましくは、2−(5−メチル)−フリル基である。また、R11およびR12は、互いに同一である場合が好ましい。
上記R13およびR14の炭素数6〜16の、ハロゲン、ケイ素、酸素、硫黄、窒素、ホウ素、リン、あるいは、これらから選択される複数のヘテロ元素を含有してもよいアリール基としては、炭素数6〜16になる範囲で、アリール環状骨格上に、1つ以上の、炭素数1〜6の炭化水素基、炭素数1〜6の珪素含有炭化水素基、炭素数1〜6のハロゲン含有炭化水素基を置換基として有していてもよい。
上記のQ11の具体例としては、メチレン、メチルメチレン、ジメチルメチレン、1,2−エチレン、等のアルキレン基;ジフェニルメチレン等のアリールアルキレン基;シリレン基;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)シリレン等のアルキルシリレン基、メチル(フェニル)シリレン等の(アルキル)(アリール)シリレン基;ジフェニルシリレン等のアリールシリレン基;テトラメチルジシリレン等のアルキルオリゴシリレン基;ゲルミレン基;上記の2価の炭素数1〜20の炭化水素基を有するシリレン基のケイ素をゲルマニウムに置換したアルキルゲルミレン基;(アルキル)(アリール)ゲルミレン基;アリールゲルミレン基などを挙げることが出来る。これらの中では、炭素数1〜20の炭化水素基を有するシリレン基、または、炭素数1〜20の炭化水素基を有するゲルミレン基が好ましく、アルキルシリレン基、アルキルゲルミレン基が特に好ましい。
ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(2−フリル)−4−フェニル−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(2−チエニル)−4−フェニル−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−メチル−2−フリル)−4−フェニル−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジフェニルシリレンビス{2−(5−メチル−2−フリル)−4−フェニル−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルゲルミレンビス{2−(5−メチル−2−フリル)−4−フェニル−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルゲルミレンビス{2−(5−メチル−2−チエニル)−4−フェニル−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−t−ブチル−2−フリル)−4−フェニル−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−トリメチルシリル−2−フリル)−4−フェニル−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−フェニル−2−フリル)−4−フェニル−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(4,5−ジメチル−2−フリル)−4−フェニル−インデニル}]ハフニウムジクロライド、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(2−ベンゾフリル)−4−フェニル−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−メチル−2−フリル)−4−(4−メチルフェニル)−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−メチル−2−フリル)−4−(4−iプロピルフェニル)−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−メチル−2−フリル)−4−(4−トリメチルシリルフェニル)−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(2−フルフリル)−4−フェニル−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−メチル−2−フリル)−4−(4−クロロフェニル)−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−メチル−2−フリル)−4−(4−フルオロフェニル)−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−メチル−2−フリル)−4−(4−トリフルオロメチルフェニル)−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−メチル−2−フリル)−4−(4−t−ブチルフェニル)−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(2−フリル)−4−(1−ナフチル)−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(2−フリル)−4−(2−ナフチル)−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(2−フリル)−4−(2−フェナンスリル)−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(2−フリル)−4−(9−フェナンスリル)−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−メチル−2−フリル)−4−(1−ナフチル)−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−メチル−2−フリル)−4−(2−ナフチル)−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−メチル−2−フリル)−4−(2−フェナンスリル)−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−メチル−2−フリル)−4−(9−フェナンスリル)−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−t−ブチル−2−フリル)−4−(1−ナフチル)−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−t−ブチル−2−フリル)−4−(2−ナフチル)−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−t−ブチル−2−フリル)−4−(2−フェナンスリル)−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−t−ブチル−2−フリル)−4−(9−フェナンスリル)−インデニル}]ハフニウム、などを挙げることができる。
また、特に好ましいのは、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−メチル−2−フリル)−4−フェニル−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−メチル−2−フリル)−4−(4−iプロピルフェニル)−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−メチル−2−フリル)−4−(4−トリメチルシリルフェニル)−インデニル}]ハフニウム、ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−メチル−2−フリル)−4−(4−t−ブチルフェニル)−インデニル}]ハフニウム、である。
ただし、以下は、煩雑な多数の例示を避けて代表的例示化合物のみ記載しており、本発明はこれら化合物に限定して解釈されるものではなく、種々の配位子や架橋結合基あるいは補助配位子を任意に使用しうることは自明である。また中心金属がハフニウムの化合物を記載したが、ジルコニウムに代替した化合物も本願明細書に開示されたものとして取り扱われる。
ポリプロピレン樹脂(X)を製造するのに好ましく使用される触媒成分(B)は、イオン交換性層状珪酸塩である。
(i)イオン交換性層状珪酸塩の種類
イオン交換性層状珪酸塩(以下、単に珪酸塩と略記することもある。)とは、イオン結合などによって構成される面が互いに結合力で平行に積み重なった結晶構造を有し、かつ、含有されるイオンが交換可能である珪酸塩化合物をいう。大部分の珪酸塩は、天然には主に粘土鉱物の主成分として産出されるため、イオン交換性層状珪酸塩以外の夾雑物(石英、クリストバライト等)が含まれることが多いが、それらを含んでもよい。それら夾雑物の種類、量、粒子径、結晶性、分散状態によっては純粋な珪酸塩以上に好ましいことがあり、そのような複合体も、触媒成分(B)に含まれる。
本発明で使用する珪酸塩は、天然産のものに限らず、人工合成物であってもよく、また、それらを含んでもよい。
すなわち、モンモリロナイト、ザウコナイト、バイデライト、ノントロナイト、サポナイト、ヘクトライト、スチーブンサイト等のスメクタイト族、バーミキュライト等のバーミキュライト族、雲母、イライト、セリサイト、海緑石等の雲母族、アタパルジャイト、セピオライト、パリゴルスカイト、ベントナイト、パイロフィライト、タルク、緑泥石群等である。
珪酸塩は、主成分の珪酸塩が2:1型構造を有する珪酸塩であることが好ましく、スメクタイト族であることが更に好ましく、モンモリロナイトが特に好ましい。層間カチオンの種類は、特に限定されないが、工業原料として比較的容易に且つ安価に入手し得る観点から、アルカリ金属あるいはアルカリ土類金属を層間カチオンの主成分とする珪酸塩が好ましい。
本発明に係る触媒成分(B)のイオン交換性層状珪酸塩は、特に処理を行うことなくそのまま用いることができるが、化学処理を施すことが好ましい。ここでイオン交換性層状珪酸塩の化学処理とは、表面に付着している不純物を除去する表面処理と粘土の構造に影響を与える処理のいずれをも用いることができ、具体的には、酸処理、アルカリ処理、塩類処理、有機物処理等が挙げられる。
酸処理は、表面の不純物を取り除くほか、結晶構造のAl、Fe、Mg、等の陽イオンの一部または全部を溶出させることができる。
酸処理で用いられる酸は、好ましくは塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、酢酸、シュウ酸から選択される。
処理に用いる塩類(次項で説明する)および酸は、2種以上であってもよい。塩類および酸による処理条件は、特には制限されないが、通常、塩類および酸濃度は、0.1〜50重量%、処理温度は、室温〜沸点、処理時間は、5分〜24時間の条件を選択して、イオン交換性層状珪酸塩から成る群より選ばれた少なくとも一種の化合物を構成している物質の少なくとも一部を溶出する条件で行うことが好ましい。また、塩類および酸は、一般的には水溶液で用いられる。
なお、以下の酸類、塩類を組み合わせたものを処理剤として用いてもよい。また、これら酸類、塩類の組み合わせであってもよい。
塩類で処理される前の、イオン交換性層状珪酸塩の含有する交換可能な1族金属の陽イオンの40%以上、好ましくは60%以上を、下記に示す塩類より解離した陽イオンと、イオン交換することが好ましい。
このようなイオン交換を目的とした塩類処理で用いられる塩類は、1〜14族原子から成る群より選ばれた少なくとも一種の原子を含む陽イオンと、ハロゲン原子、無機酸および有機酸から成る群より選ばれた少なくとも一種の陰イオンとから成る化合物であり、更に好ましくは、2〜14族原子から成る群より選ばれた少なくとも一種の原子を含む陽イオンとCl、Br、I、F、PO4、SO4、NO3、CO3、C2O4、ClO4、OOCCH3、CH3COCHCOCH3、OCl2、O(NO3)2、O(ClO4)2、O(SO4)、OH、O2Cl2、OCl3、OOCH、OOCCH2CH3、C2H4O4およびC5H5O7から成る群から選ばれる少なくとも一種の陰イオンとから成る化合物である。
さらに、Zn(OOCCH3)2、Zn(CH3COCHCOCH3)2、ZnCO3、Zn(NO3)2、Zn(ClO4)2、Zn3(PO4)2、ZnSO4、ZnF2、ZnCl2、AlF3、AlCl3、AlBr3、AlI3、Al2(SO4)3、Al2(C2O4)3、Al(CH3COCHCOCH3)3、Al(NO3)3、AlPO4、GeCl4、GeBr4、GeI4等が挙げられる。
酸、塩処理の他に、必要に応じて下記のアルカリ処理や有機物処理を行ってもよい。アルカリ処理で用いられる処理剤としては、LiOH、NaOH、KOH、Mg(OH)2、Ca(OH)2、Sr(OH)2、Ba(OH)2などが例示される。
また、有機物処理に用いられる有機処理剤の例としては、トリメチルアンモニウム、トリエチルアンモニウム、N,N−ジメチルアニリニウム、トリフェニルホスホニウム、等が挙げられる。
また、有機物処理剤を構成する陰イオンとしては、塩類処理剤を構成する陰イオンとして例示した陰イオン以外にも、例えばヘキサフルオロフォスフェート、テトラフルオロボレート、テトラフェニルボレートなどが例示されるが、これらに限定されるものではない。
これらイオン交換性層状珪酸塩には、通常、吸着水および層間水が含まれる。本発明においては、これらの吸着水および層間水を除去して触媒成分(B)として使用するのが好ましい。
ここで用いられる造粒法は、例えば攪拌造粒法、噴霧造粒法が挙げられるが、市販品を利用することもできる。
また、造粒の際に、有機物、無機溶媒、無機塩、各種バインダ−を用いてもよい。
上記のようにして得られた球状粒子は、重合工程での破砕や微粉の生成を抑制するためには0.2MPa以上、特に好ましくは0.5MPa以上の圧縮破壊強度を有することが望ましい。このような粒子強度の場合には、特に予備重合を行う場合に、粒子性状改良効果が有効に発揮される。
触媒成分(C)は、有機アルミニウム化合物である。触媒成分(C)として用いられる有機アルミニウム化合物は、一般式:(AlR31 qZ3−q)p で示される化合物が適当である。
本発明では、この式で表される化合物を単独で、複数種混合してあるいは併用して使用することができることは言うまでもない。この式中、R31は、炭素数1〜20の炭化水素基を示し、Zは、ハロゲン、水素、アルコキシ基、アミノ基を示す。qは1〜3の、pは1〜2の整数を各々表す。R31としては、アルキル基が好ましく、またZは、それがハロゲンの場合には塩素が、アルコキシ基の場合には炭素数1〜8のアルコキシ基が、アミノ基の場合には炭素数1〜8のアミノ基が、好ましい。
これらのうち、好ましくは、p=1、q=3のトリアルキルアルミニウムおよびアルキルアルミニウムヒドリドである。さらに好ましくは、R31が炭素数1〜8であるトリアルキルアルミニウムである。
触媒は、上記の各触媒成分(A)〜(C)を(予備)重合槽内で、同時にもしくは連続的に、あるいは一度にもしくは複数回にわたって、接触させることによって形成させることができる。
各成分の接触は、脂肪族炭化水素あるいは芳香族炭化水素溶媒中で行うのが普通である。接触温度は、特に限定されないが、−20℃から150℃の間で行うのが好ましい。接触順序としては、合目的的な任意の組み合わせが可能であるが、特に好ましいものを各成分について示せば、次の通りである。
触媒成分(C)を使用する場合、触媒成分(A)と触媒成分(B)を接触させる前に、触媒成分(A)と、あるいは触媒成分(B)と、または触媒成分(A)および触媒成分(B)の両方に触媒成分(C)を接触させること、または、触媒成分(A)と触媒成分(B)を接触させるのと同時に触媒成分(C)を接触させること、または、触媒成分(A)と触媒成分(B)を接触させた後に触媒成分(C)を接触させることが可能であるが、好ましくは、触媒成分(A)と触媒成分(B)を接触させる前に、触媒成分(C)といずれかに接触させる方法である。
また、各成分を接触させた後、脂肪族炭化水素あるいは芳香族炭化水素溶媒にて洗浄することが可能である。
この割合を変化させることで、溶融物性と触媒活性のバランスを調整することが可能である。つまり、成分[A−1]からは、低分子量の末端ビニルマクロマーを生成し、成分[A−2]からは、一部マクロマーを共重合した高分子量体を生成する。したがって、成分[A−1]の割合を変化させることで、生成する重合体の平均分子量、分子量分布、分子量分布の高分子量側への偏り、非常に高い分子量成分、分岐(量、長さ、分布)を制御することができ、そのことにより、歪硬化度、溶融張力、溶融延展性といった溶融物性を制御することができる。
また、上記範囲で成分[A−1]を使用することにより、水素量に対する、平均分子量と触媒活性のバランスを調整することが可能である。
予備重合温度、時間は、特に限定されないが、各々−20℃〜100℃、5分〜24時間の範囲であることが好ましい。また、予備重合量は、予備重合ポリマー量が触媒成分(B)に対し、好ましくは0.01〜100、さらに好ましくは0.1〜50である。また、予備重合時に触媒成分(C)を添加、又は追加することもできる。また、予備重合終了後に洗浄することも可能である。
重合様式は、前記触媒成分(A)、触媒成分(B)および触媒成分(C)を含むオレフィン重合用触媒とモノマーが効率よく接触するならば、あらゆる様式を採用しうる。
具体的には、不活性溶媒を用いるスラリー法、不活性溶媒を実質的に用いずプロピレンを溶媒として用いる、所謂バルク法、溶液重合法あるいは実質的に液体溶媒を用いず各モノマーをガス状に保つ気相法などが採用できる。また、連続重合、回分式重合を行う方法も適用される。また、単段重合以外に、2段以上の多段重合することも可能である。
スラリー重合の場合は、重合溶媒として、ヘキサン、ヘプタン、ペンタン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン等の飽和脂肪族又は芳香族炭化水素の単独又は混合物が用いられる。
さらに、気相重合を用いる場合には、40℃以上が好ましく、更に好ましくは50℃以上である。また上限は100℃以下が好ましく、更に好ましくは90℃以下である。
重合圧力は、1.0MPa以上5.0MPa以下であることが好ましい。特に、バルク重合を用いる場合には、1.5MPa以上が好ましく、更に好ましくは2.0MPa以上である。また上限は4.0MPa以下が好ましく、更に好ましくは3.5MPa以下である。
さらに、分子量調節剤として、また活性向上効果のために、補助的に水素をプロピレンに対してモル比で1.0×10−6以上、1.0×10−2以下の範囲で用いることができる。
そこで水素は、プロピレンに対するモル比で、1.0×10−6以上で用いるのがよく、好ましくは1.0×10−5以上であり、さらに好ましくは1.0×10−4以上用いるのがよい。また上限に関しては、1.0×10−2以下で用いるのがよく、好ましくは0.9×10−2以下であり、更に好ましくは0.8×10−2以下である。
そこで、本発明に用いるポリプロピレン樹脂(X)として、触媒活性と溶融物性のバランスのよいものを得るためには、エチレンおよび/又は1−ブテンを、プロピレンに対して15モル%以下で使用することが好ましく、より好ましくは10.0モル%以下であり、更に好ましくは7.0モル%以下である。
上記の手法にて製造される、本発明に係る長鎖分岐構造を有するポリプロピレン樹脂(X)の更なる付加的特徴として、歪み速度0.1s−1での伸長粘度の測定における歪硬化度(λmax(0.1))が6.0以上であることが挙げられる。
歪硬化度(λmax(0.1))は、溶融時強度を表す指標であり、この値が大きいと、溶融張力が向上する効果がある。その結果、発泡成形を行ったときに、独立気泡率を高くできる。この歪硬化度は、6.0以上であると、独立気泡性をより高く保持することができ、好ましくは8.0以上である。
・λmax(0.1)算出方法
温度180℃、歪み速度=0.1s−1の場合の伸長粘度を、横軸に時間t(秒)、縦軸に伸長粘度ηE(Pa・秒)を両対数グラフでプロットする。そ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する。
具体的には、まず伸張粘度を時間に対してプロットした際の各々の時刻での傾きを求めるが、それに当っては伸張粘度の測定データは離散的であることを考慮し、種々の平均法を利用する。たとえば隣接データの傾きをそれぞれ求め、周囲数点の移動平均をとる方法等が挙げられる。
伸張粘度は、低歪み量の領域では、単純増加関数となり、次第に一定値に漸近し、歪み硬化がなければ充分な時間経過後にトルートン粘度に一致するが、歪み硬化のある場合には、一般的に歪み量(=歪み速度×時間)1程度から、伸張粘度が時間と共に増大を始める。すなわち、上記傾きは、低歪み領域では時間と共に減少傾向があるが、歪み量1程度から逆に増加傾向となり、伸張粘度を時間に対してプロットした際の曲線上に、変曲点が存在する。そこで歪み量が0.1〜2.5程度の範囲で、上記で求めた各々の時刻の傾きが最小値をとる点を求めて、その点で接線を引き、直線を歪み量が4.0となるまで外挿する。歪み量4.0となるまでの伸長粘度ηEの最大値(ηmax)を求め、また、その時間までの上記近似直線上の粘度をηlinとする。ηmax/ηlinを、λmax(0.1)と定義する。
より具体的には、示差走査熱量測定(DSC)によって得られた融点が145℃以上であることが好ましく、150℃以上がより好ましい。融点が145℃より高いと、製品の耐熱性の観点から好ましいが、ポリプロピレン樹脂(X)の融点の上限は、通常170℃以下である。
なお、融点は、示差走査熱量測定(DSC)によって求められ、一旦200℃まで温度を上げて熱履歴を消去した後、10℃/分の降温速度で40℃まで温度を降下させ、再び昇温速度10℃/分にて測定した際の、吸熱ピークトップの温度とする。
上記した長鎖分岐構造を有するポリプロピレン樹脂(X)とともに配合される成分(Y)としては、従来公知の逐次重合によって製造された、プロピレン(共)重合体(Y−1)およびプロピレン−エチレン共重合体(Y−2)からなるプロピレン系ブロック共重合体(Y)を用いる。
ここで用いるブロック共重合体という語は、当業者によって慣用的に使用されている、逐次重合法によって多段階の重合を行って得られたプロピレン系樹脂組成物の通称であって、各段階で重合された成分同士が化学結合によって結合された、いわゆる(リアル)ブロック共重合体あるいはグラフト共重合体とは異なるものである。多段階重合それぞれの工程で製造された成分は、化学的には結合していないため、一般に、それぞれの成分に結晶性や分子量、または溶媒への溶解度等の差を利用して、結晶性分別や分子量分別、あるいは溶解度分別等の手法によって、各工程で製造された成分それぞれを、分離することが可能である。
また、この従来公知の逐次重合法によるブロック共重合体(Y)には、前記ポリプロピレン樹脂(X)のような化学結合による長鎖分岐構造は、分析可能な精度では存在が認められない。
プロピレン系ブロック共重合体(Y)を製造するための触媒は、任意のものを用いることができるが、特性(Y−i)〜(Y−v)を満たすプロピレン−エチレン共重合体(Y−2)を構成成分として製造する観点から、チーグラー・ナッタ触媒を用いる方が好ましい。チーグラー・ナッタ触媒を用いる場合、具体的な触媒の製造法は、特に限定されるものではないが、一例として特開2007−254671号公報に開示された触媒を例示することができる。
具体的には、本発明のプロピレン系ブロック共重合体(Y)の製造に好適なチーグラー・ナッタ触媒の代表的な例として、以下の構成成分、
(ZN−1)チタン、マグネシウム、ハロゲンを必須成分として含有する固体成分、
(ZN−2)有機アルミニウム化合物、
(ZN−3)電子供与体、
からなる触媒を挙げることができる。
本発明のプロピレン系ブロック共重合体(Y)の製造に好適なチーグラー・ナッタ触媒の構成成分である固体成分(ZN−1)は、チタン(ZN−1a)、マグネシウム(ZN−1b)、ハロゲン(ZN−1c)を必須成分として含有するものであり、任意成分として、電子供与体(ZN−1d)を用いることができる。ここで、「必須成分として含有する」ということは、挙示の三成分以外に、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の成分を任意の形態で含んでも良いということを示すものである。以下に詳述する。
チタン源となるチタン化合物としては、任意のものを用いることができる。代表的な例としては、特開平3−234707号公報に開示されている化合物を挙げることができる。チタンの価数に関しては、4価、3価、2価、0価の任意の価数を持つチタン化合物を用いることができるが、4価のチタン化合物を用いることが望ましい。
マグネシウム源となるマグネシウム化合物としては、任意のものを用いることができる。代表的な例としては、特開平−234707号公報に開示されている化合物を挙げることができる。一般的には、塩化マグネシウム、ジエトキシマグネシウム、金属マグネシウム、ブチルマグネシウムクロライドが用いられる場合が多い。
ハロゲンとしては、フッ素、塩素、臭素、沃素、及びそれらの混合物を用いることができる。この中で塩素が特に好ましい。
固体成分(ZN−1)は、任意成分として電子供与体を含有しても良い。電子供与体(ZN−1d)の代表的な例としては、特開2004−124090号公報に開示されている化合物を挙げることができる。一般的には、有機酸及び無機酸、並びにそれらの誘導体(エステル、酸無水物、酸ハライド、アミド)化合物類、エーテル化合物類、ケトン化合物類、アルデヒド化合物類、アルコール化合物類、アミン化合物類、などを用いることが望ましい。
これらの中で好ましいのは、フタル酸ジブチル、フタル酸ジブチル、フタル酸ジイソブチル、フタル酸ジヘプチルに代表されるフタル酸エステル化合物類、フタロイルジクロライドに代表されるフタル酸ハライド化合物類、2−n−ブチル−マロン酸ジエチルの様な2位に一つ又は二つの置換基を有するマロン酸エステル化合物類、2−n−ブチル−コハク酸ジエチルの様な2位に一つ又は二つの置換基若しくは2位と3位にそれぞれ一つ以上の置換基を有するコハク酸エステル化合物類、2−イソプロピル−2−イソブチル−1,3−ジメトキシプロパンや2−イソプロピル−2−イソペンチル−1,3−ジメトキシプロパンの様な2位に一つ又は二つの置換基を有する1,3−ジメトキシプロパンに代表される脂肪族多価エーテル化合物類、9,9−ビス(メトキシメチル)フルオレンに代表される芳香族の遊離基を分子内に有する多価エーテル化合物類、などである。
有機アルミニウム化合物(ZN−2)としては、特開2004−124090号公報に開示された化合物等を用いることができる。一般的には、下記一般式(5)にて表される化合物を用いることが望ましい。
R9cAlXd(OR10)e …(5)
(一般式(5)中、R9は、炭化水素基を表す。Xは、ハロゲン又は水素原子を表す。R10は、炭化水素基またはAlによる架橋基を表す。c≧1、0≦d≦2、0≦e≦2、c+d+e=3である。)
電子供与体(ZN−3)として、アルコキシ基を有する有機ケイ素化合物(ZN−3a)、又は少なくとも二つのエーテル結合を有する化合物(ZN−3b)を例示することができる。
本発明に係るプロピレン系ブロック共重合体(Y)の製造に好適なチーグラー・ナッタ触媒の構成成分であるアルコキシ基を有する有機ケイ素化合物(ZN−3a)としては、特開2004−124090号公報に開示された化合物等を用いることができる。一般的には、下記一般式(3)にて表される化合物を用いることが望ましい。
R3R4aSi(OR5)b …(3)
(一般式(3)中、R3は、炭化水素基またはヘテロ原子含有炭化水素基を表す。R4は、水素原子、ハロゲン原子、炭化水素基及びヘテロ原子含有炭化水素基からなる群から選ばれる任意の遊離基を表す。R5は、炭化水素基を表す。0≦a≦2,1≦b≦3,a+b=3である。)
少なくとも二つのエーテル結合を有する化合物(ZN−3b)としては、特開平3−294302号公報および特開平8−333413号公報に開示された化合物等を用いることができる。一般的には、下記一般式(4)にて表される化合物を用いることが望ましい。
R8O−C(R7)2−C(R6)2−C(R7)2−OR8 …(4)
(一般式(4)中、R6及びR7は、水素原子、炭化水素基及びヘテロ原子含有炭化水素基からなる群から選ばれる任意の遊離基を表す。R8は、炭化水素基またはヘテロ原子含有炭化水素基を表す。)
上記に例示した触媒は、本重合で使用する前に予備重合されていても良い。重合プロセスに先立って、予め少量のポリマーを触媒周囲に生成させることによって、触媒がより均一となり、微粉の発生量を抑えることができる。
予備重合におけるモノマーとしては、特開2004−124090号公報に開示された化合物等を用いることができる。具体的には、エチレン、プロピレン、3−メチルブテン−1、4−メチルペンテン−1、スチレン、ジビニルベンゼン類、などが特に好ましい。
上記に例示した触媒と上記のモノマーとの反応条件は、特に制限されるものではないが、一般的には以下の範囲内が好ましい。
固体成分(ZN−1)1gあたりの基準で、予備重合量は0.001〜100gの範囲内であり、好ましくは0.1〜50g、更に好ましくは0.5〜10gの範囲内が望ましい。予備重合時の反応温度は−150〜150℃、好ましくは0〜100℃である。そして、予備重合時の反応温度は本重合のときの重合温度よりも低くする事が望ましい。反応は、一般的に撹拌下に行うことが好ましく、そのときヘキサン、ヘプタン等の不活性溶媒を存在させることもできる。
次に、本発明のプロピレン系ブロック共重合体(Y)の製造方法について詳述する。
本発明のプロピレン系ブロック共重合体(Y)は、プロピレン(共)重合体(Y−1)およびプロピレン−エチレン共重合体(Y−2)とからなるプロピレン−エチレン共重合体であり、プロピレン系ブロック共重合体(Y)の製造に際しては、プロピレン(共)重合体(Y−1)とプロピレン−エチレン共重合体(Y−2)の2つの重合体成分を製造する必要がある。相対的に分子量が高く粘度やMFRが低いプロピレン−エチレン共重合体(Y−2)をプロピレン(共)重合体(Y−1)中にきれいに分散させてプロピレン系ブロック共重合体(Y)本来の性能を発現させるという観点から、当該両成分を、逐次重合により製造することが必要である。
逐次重合を行う際には、バッチ法と連続法のいずれを用いることも可能であるが、一般的には生産性の観点から、連続法を用いることが望ましい。
バッチ法の場合には、時間と共に重合条件を変化させることにより単一の重合反応器を用いてプロピレン(共)重合体(Y−1)とプロピレン−エチレン共重合体(Y−2)を個別に重合することが可能である。本発明の効果を阻害しない限り、複数の重合反応器を並列に接続して用いてもよい。
連続法の場合には、プロピレン(共)重合体(Y−1)とプロピレン−エチレン共重合体(Y−2)を個別に重合する必要から2個以上の重合反応器を直列に接続した製造設備を用いる必要がある。プロピレン(共)重合体(Y−1)を製造する第1工程に対応する重合反応器とプロピレン−エチレン共重合体(Y−2)を製造する第2工程に対応する重合反応器については、直列の関係になくてはならないが、第1工程、第2工程のそれぞれについて複数の重合反応器を直列及び/又は並列に接続して用いてもよい。
重合プロセスは、任意のものを用いることができる。
反応相については、液体の媒体を用いる手法であっても良いし、気体の媒体を用いる手法であっても良い。具体的な例として、スラリー法、バルク法、気相法を挙げることができる。バルク法と気相法の中間的な条件として、超臨界条件を用いることも可能であるが、実質的には気相法と同等であるため、特に区別することなく気相法に含める。なお、多槽連続重合プロセスの場合、バルク法の重合反応器の後に気相法の重合反応器を付ける場合があるが、この場合は、当業界の慣例に従ってバルク法と呼ぶことにする。また、バッチ法の場合に、第1工程をバルク法で行い、第2工程を気相法で行うこともあるが、この場合も同様にバルク法と呼ぶことにする。この様に反応相は、特に限定されるものではないが、スラリー法は、ヘキサンやヘプタンといった有機溶媒を用いるために付属設備が多く、一般的に生産コストが高くなるという問題がある。従って、バルク法か気相法を用いる方が一層望ましい。
また、バルク法と気相法については、それぞれ種々のプロセスが提案されている。攪拌(混合)方法や除熱方法に違いがあるが、この観点において本発明は、特段プロセス種を限定することはない。
重合温度は、通常用いられている温度範囲であれば、特に問題なく用いることができる。具体的には、0℃〜200℃、好ましくは40℃〜100℃の範囲を用いることができる。
重合圧力は、選択するプロセスによって差異が生じるが、通常用いられている圧力範囲であれば特に問題なく用いることができる。具体的には、0より大きく200MPaまで、好ましくは0.1〜50MPaの範囲を用いることができる。この際に、窒素などの不活性ガスを共存させても問題はない。
また、プロピレン−エチレン共重合体(Y−2)を製造する第2工程においては、エタノールや酸素などの重合抑制剤を添加することもできる。この様な重合抑制剤を用いると、第2工程における重合量の制御が容易であるだけでなく、重合体粒子の性状を改良することもできる。
上記コモノマーの含量に特に制限はないが、10wt%以下であることが好ましく、より好ましくは3wt%以下、特に好ましくは1wt%以下である。コモノマー含量の制御は、重合槽に供給するモノマーの量比(例:プロピレンに対するエチレンの量比)を適宜調整することによって行うのが通例である。用いる触媒の共重合特性を事前に調べておいて、重合槽のガス組成が望みのコモノマー含量に対応する値になるようモノマーの供給量比を調整すればよい。
本発明者らは、多くの実験検討の結果、ポリプロピレン樹脂(X)に配合されるプロピレン系ブロック共重合体(Y)が、以下の(Y−i)〜(Y−v)の特性を有する場合に、前記の長鎖分岐構造を有するポリプロピレン(X)が剪断流動下で形成する構造の形成を抑制できることを見出した。それを以下に、詳細に述べる。
本発明において、(Y−1)と(Y−2)の重量割合は、(Y−1)が55〜99wt%、好ましくは55〜97wt%、更に好ましくは60〜95wt%である。これに対応して、(Y−2)が1〜50wt%、好ましくは3〜45wt%、更に好ましくは5〜40wt%である。
(但し、(Y−1)、(Y−2)の重量割合については、プロピレン系ブロック共重合体(Y)全量を100wt%とする)
プロピレン(共)重合体(Y−1)とプロピレン−エチレン共重合体(Y−2)の重量割合は、プロピレン(共)重合体(Y−1)を製造する第1工程における製造量とプロピレン−エチレン共重合体(Y−2)を製造する第2工程における製造量によって制御する。例えば、プロピレン(共)重合体(Y−1)の量を増やしてプロピレン−エチレン共重合体(Y−2)の量を減らすためには、第1工程の製造量を維持したまま第2工程の製造量を減らせばよく、それは、第2工程の滞留時間を短くしたり、重合温度を下げたりすれば良い。また、エタノールや酸素などの重合抑制剤を添加したり、元々添加している場合には、その添加量を増やしたりすることでも制御することができる。その逆も又同様である。
本発明で使用するプロピレン系ブロック共重合体(Y)のMFRの範囲は、0.1〜200g/10分の範囲であり、好ましくは0.2〜190g/10分、更に好ましくは0.5〜180g/10分、特に好ましくは2.1〜170g/10分の範囲である。
これは、各種の成形に供する樹脂のMFRの範囲として、常用の範囲であって、この範囲を下回る場合には、押出機の負荷が課題になったり、樹脂に流動不安定性が生じたり、逆に、上回る場合には、押出成形時にネックインが大きくなったり、シート引き取りが困難になるなどの問題が生じる。
なお、MFRの測定法は、前述のポリプロピレン樹脂(X)における測定方法と同じである。
次に、プロピレン系ブロック共重合体(Y)のMFRの制御方法について説明する。プロピレン系ブロック共重合体(Y)のMFR(Y)については、プロピレン(共)重合体(Y−1)のMFR(Y−1)及びプロピレン−エチレン共重合体(Y−2)のMFR(Y−2)との間で、以下の関係式が成立する。
loge[MFR(Y)]=W(Y−1)×loge[MFR(Y−1)]+W(Y−2)×loge[MFR(Y−2)]
(ここで、logeは、eを底とする対数である。また、W(Y−1)とW(Y−2)は、それぞれプロピレン系ブロック共重合体(Y)におけるプロピレン(共)重合体(Y−1)とプロピレン−エチレン共重合体(Y−2)の重量比であり、W(Y−1)+W(Y−2)=1の関係が成立する。)
このうちどの方法がより好ましいかを述べると、後述の(Y−v)の規定からMFR(Y−2)は、ある程度低い値に制御する必要があり、MFR(Y)を制御する際には、MFR(Y−1)及び/又は(Y−1)と(Y−2)の重量比を制御する方法を用いることが望ましい。更に言えば、(Y−1)と(Y−2)の重量比は、上述の(Y−i)の制限があるので、MFR(Y−1)を制御する方法を用いるのが最も好ましい。
MFR(Y−1)やMFR(Y−2)を制御する方法としては、水素を連鎖移動剤として用いる方法が最も簡便である。具体的には、連鎖移動剤である水素の濃度を高くするとプロピレン(共)重合体(Y−1)のMFR(Y−1)が高くなる。逆も又同様である。重合槽における水素の濃度を高くするには、重合槽への水素の供給量を高くすれば良く、当業者にとって調整は極めて容易である。MFR(Y−2)の制御も同様である。
本発明で使用するプロピレン系ブロック共重合体(Y)の融点は、シートの耐熱性の維持の観点から、155℃を超えるものであることが必要であり、157℃以上であると好ましい。融点の上限値は、特に制限する必要は無いが、事実上、融点が170℃を超えるものを製造することは困難である。
なお、融点は、示差操作熱量測定(DSC)を用い、一旦200℃まで温度を上げて熱履歴を消去した後、10℃/分の降温速度で40℃まで温度を降下させ、再び昇温速度10℃/分にて測定した際の、吸熱ピークトップの温度とする。
プロピレン系ブロック共重合体(Y)の融点は、主にプロピレン(共)重合体(Y−1)の融点で決まるので、プロピレン系ブロック共重合体(Y)の融点を制御する際には、プロピレン(共)重合体(Y−1)の融点を制御するのが良い。プロピレン系ブロック共重合体(Y)の融点は、プロピレン(共)重合体(Y−1)のMFR(Y−1)とコモノマー含量によって決まる。MFR(Y−1)を高くすると(Y−1)の融点は低くなり、コモノマー含量を高くしても(Y−1)の融点は低くなる。事前にMFR(Y−1)やコモノマー含量と融点との関係を調べておき、望みの融点となる様にMFR(Y−1)やコモノマー含量を調整することは当業者にとって容易なことである。
本発明において、プロピレン−エチレン共重合体(Y−2)中のエチレン含量が11.0重量%以上60.0重量%未満であることが必要である(ただし、成分(Y−2)を構成するモノマーの全量を100重量%とする。)。エチレン含量の下限値は、16重量%以上、更に好ましくは18重量%以上であり、一方、上限値は、55重量%以下、更に好ましくは50重量%以下、最も好ましくは38重量%以下である。
プロピレン−エチレン共重合体成分(Y−2)中のエチレン含量の制御は、重合槽に供給するエチレンのプロピレンに対する量比を適宜調整することによって行うのが通例である。用いる触媒の共重合特性を事前に調べておいて、重合槽のガス組成が望みのエチレン含量に対応する値になるようモノマーの供給量比を調整すればよい。
エチレン含量が上記の範囲のものを使用すると、長鎖分岐構造を有するポリプロピレン(X)が剪断流動下で形成する構造の形成を抑制する効果が現れ、これを外れる場合には、抑制効果が小さくなる。その理由については、後述する。
本発明者らは、多くの実験検討の結果、ポリプロピレン樹脂(X)に配合されるプロピレン系ブロック共重合体(Y)を構成するプロピレン−エチレン共重合体(Y−2)の135℃デカリンを溶媒として測定される固有粘度[η]値が、特定の条件を満たすことが必要であることを見出した。
具体的には、プロピレン−エチレン共重合体(Y−2)中のエチレン含量が11.0〜38.0重量%の場合、プロピレン−エチレン共重合体(Y−2)の135℃デカリン中での固有粘度[η](単位dl/g)が5.3以上であり、好ましくは6.0dl/g以上、更に好ましくは7.0dl/g以上、最も好ましくは7.5dl/g以上である。また、プロピレン−エチレン共重合体(Y−2)中のエチレン含量が38.0重量%を超え60.0重量%未満の場合、プロピレン−エチレン共重合体(Y−2)の135℃デカリン中での固有粘度[η](単位dl/g)が7.3以上、好ましくは7.5以上である。
固有粘度がこの値以上のものを使用すると、長鎖分岐構造を有するポリプロピレン(X)が剪断流動下で形成する構造の形成を抑制する効果が現れ、これを下回る場合には、抑制効果が小さくなる。その理由については、後述する。
また、上限値は、特に規定する必要は無いが、あまり高すぎるとゲルの発生の原因となるため、25.0dl/g以下、好ましくは20.0dl/g以下、更に好ましくは18.0dl/g以下、最も好ましくは16.0dl/g以下である。
(Y−2)成分の固有粘度=[(Y)全体の固有粘度−{(Y−1)成分の固有粘度×(Y−1)成分の重量分率/100}]/{(Y−2)成分の重量分率/100}
この特性(Y−v)の要件を満たすプロピレン系ブロック共重合体(Y)が優れた性能を発揮する理由について、本発明者らは、以下のように考察している。
ところで、熱力学的な相溶性の観点とは別に、高分子の絡み合いの観点からは、分子量は、高いものであるほど好適であり、特に、プロピレン系ブロック共重合体においては、エチレン−プロピレンランダム共重合体成分の分子量を向上させることにより、力学物性が向上することが、当業者によってよく知られている事実である(例えば、特開2003−327642号公報参照。)。その理由としては、相分離した結晶性ポリプロピレンが主たる相とエチレン−プロピレン共重合体が主たる相との間に、分子の絡み合いが生じて、これが力学特性の改良に寄与すると、考えられている。つまり、エチレン−プロピレン成分の分子量が大きいほど、結晶性ポリプロピレン成分とエチレン−プロピレン成分との相互作用は、増すことになる。
これが、上記特性(Y−v)を規定した理由であり、この特性の意味するところは、(Y−2)成分のエチレン含量の高い場合には、熱力学的な相溶性が不利となるが、その場合には、より高分子量、すなわち固有粘度の大きいものとすれば、絡み合いによる相互作用が増して、その結果、(Y−2)成分によるシシ−ケバブ構造の形成の抑制が可能であるということになる。
本発明においては、主に成分(Y)の各種のインデックスは、以下に記載のクロス分別法とFT−IR法の組み合わせの手法により決定した。
(i)クロス分別装置
ダイヤインスツルメンツ社製CFC T−100(CFCと略す)
(ii)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。
(iii)ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)
CFC後段のGPCカラムは、昭和電工製AD806MSを3本直列に接続して使用する。
(i)溶媒:オルトジクロルベンゼン(ODCB)
(ii)サンプル濃度:4mg/mL
(iii)注入量:0.4mL
(iv)結晶化:140℃から40℃まで約40分かけて降温する。
(v)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。
(vi)溶出時溶媒流速:1mL/分
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。
CFC−FT−IRの概念図を図4に示した。
(i)検出器:MCT
(ii)分解能:8cm−1
(iii)測定間隔:0.2分(12秒)
(iv)一測定当たりの積算回数:15回
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。具体的な手法は、上に記載したものと同じである。
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、GPC−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。
本発明におけるプロピレン系ブロック共重合体(Y)のプロピレン−エチレン共重合体(Y−2)(以下、EPと記載)含有量は、下記式(I)で定義され、以下のような手順で求められる。
EP含有量(重量%)=W40×A40/B40+W100×A100/B100+W140×A140/B140 (I)
W40、W100、W140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、A140は、W40、W100、W140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、B140は、各フラクションに含まれるEPのエチレン含有量(単位 重量%)である。
A40、A100、A140、B40、B100、B140の求め方は後述する。
(I)式の意味は、以下の通りである。(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EPの量を算出する項である。フラクション1がEPのみを含み、PP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EP含有量に寄与するが、フラクション1には、EP由来の成分のほかに少量のPP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、EP成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EP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EP由来、残りの1/4はPP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EPの寄与を算出することを意味する。右辺第二項以後も同様であり、各々のフラクションについて、EPの寄与を算出して加え合わせたものがEP含有量となる。
(ii)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および3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、B100=B140=100と定義する。B40、B100、B140は、各フラクションに含まれるEP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PPとEP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、B140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EPの量がフラクション1に含まれるEPの量に比べて相対的に少ないことの2点の理由により、ともに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=B140=100として、解析を行うこととしている。
EP含有量(重量%)=W40×A40/B40+W100×A100/100+W140×A140/100 (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EP含有量(重量%)を示し、第二項と第三項の和であるW100×A100/100+W140×A140/100は、結晶性を持つEP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1〜3の平均エチレン含有量A40、A100、A140は、次のようにして求める。
結晶分布の違いによって分別されたフラクション1をCFC分析装置の一部を構成するGPCカラムで分子量分布を測定した曲線、および、当該GPCカラムの後ろに接続されたFT−IRによって、分子量分布曲線に対応して測定されるエチレン含有量の分布曲線を求める。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、平均エチレン含有量A40となる。
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、EPの大部分、もしくはプロピレン重合体成分(PP)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。また、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、EP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PP)のみを溶出させるのに必要十分な温度である。さらに、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、PP中特に結晶性の高い成分、およびEP中の極端に分子量が高くかつ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系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に含まれるEP成分は、極めて少量であり、実質的には無視できる。
EP中のエチレン含有量(重量%)=(W40×A40+W100×A100+W140×A140)/[EP] (III)
但し、[EP]は、先に求めたEP含有量(重量%)である。
EPのうち、結晶性を持たない部分のエチレン含有量(E)(重量%)は、ゴム部分の溶出がほとんど40℃以下で完了することから、B40の値をもって近似する。
(Y−2)成分のエチレン含量=[(Y)全体のエチレン含量−{(Y−1)成分のエチレン含量×(Y−1)成分の重量分率/100}]/{(Y−2)成分の重量分率/100}
また、特開2010−121054号公報には、やはり上記と同等の特性を有するプロピレン−エチレンブロック共重合体(成分B)と、特定MFRの結晶性ポリプロピレン(成分A)と、特定の固有粘度の範囲を満たすオレフィン重合体とポリプロピレンからなるポリプロピレン重合体(成分C)と、スチレン・共役ジエンブロック共重合体の水素添加物、エチレン−α−オレフィン系共重合体ゴム、エチレン重合体樹脂のいずれからか選ばれる一種の熱可塑性樹脂とのポリプロピレン系樹脂組成物が発泡ブロー成形に好適な組成物として開示されているが、これにおいても、長鎖分岐構造を有するポリプロピレンに特有の問題を解消するという課題に関して、なんら技術的示唆もなされておらず、本発明とは別の技術範疇であると、解するべきである。
さらに、前記特許文献10には、MFRが10〜1000g/10分のプロピレン単独重合体またはプロピレン以外のα−オレフィンが1重量%未満のプロピレン−αオレフィン共重合体50〜90重量%、重量平均分子量が50万〜1000万、プロピレン以外のαオレフィンの含量が1〜15重量%のプロピレン−αオレフィン共重合体10〜50重量%からなり、特定のMFR、MFR−MTバランス、最長緩和時間を有するプロピレン系樹脂組成部からなる発泡シートが開示されているが、これにおいても、特定の超高分子量プロピレン−エチレン共重合体成分によって、長鎖分岐構造を有するポリプロピレンに特有の問題を解消するという課題に関して、なんら技術的示唆もなされていない。また、実施例を精査すると、高分子量を有する成分のα−オレフィン含量としては、3〜10重量%のエチレンが開示されているのみであり、本発明で規定する(Y−2)成分のエチレン含量とは、異なっている。後に実施例で具体的に述べるが、(Y−2)成分のエチレン含量がこの程度の値であっては、本発明が目的とする、長鎖分岐構造を有するポリプロピレン(X)が剪断下で形成するシシ−ケバブ構造(或いはその前駆体)の抑制の効果は、見られない。
1.ポリプロピレン系樹脂組成物の構成成分
以下に、発泡成形に好適なポリプロピレン系樹脂組成物の構成成分について、詳細に述べる。
本発明のポリプロピレン系樹脂組成物には、さらに、発泡剤を配合することが好ましい。
発泡剤は、プラスチックやゴム等に使用されている公知公用の発泡剤を問題なく使用できる。物理発泡剤、分解性発泡剤(化学発泡剤)、熱膨張剤を含有させたマイクロカプセル等、従来から使用されている発泡剤が使用できる。
物理発泡剤として、例えば、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサンなどの脂肪族炭化水素、シクロペンタン、シクロヘキサンなどの脂環式炭化水素、クロロジフルオロメタン、ジフルオロメタン、トリフルオロメタン、トリクロロフルオロメタン、ジクロロジフルオロメタン、クロロメタン、ジクロロメタン、クロロエタン、ジクロロトリフルオロエタン、ジクロロフルオロエタン、クロロジフルオロエタン、ジクロロペンタフルオロエタン、テトラフルオロエタン、ジフルオロエタン、ペンタフルオロエタン、トリフルオロエタン、トリクロロトリフルオロエタン、ジクロロテトラフルオロエタン、クロロペンタフルオロエタン、パーフルオロシクロブタンなどのハロゲン化炭化水素、水、炭酸ガス、窒素などの無機ガスなどの1種または2種以上の組合せが挙げられる。
なかでも、プロパン、ブタン、ペンタンのような脂肪族炭化水素および炭酸ガスが、安価かつポリプロピレン樹脂(X)への溶解性が高いという点から好ましい。炭酸ガスは、7.4MPa以上、31℃以上で超臨界状態となり、重合体への拡散、溶解性に優れた状態になる。
発泡剤の配合量は、成分(X)と成分(Y)の合計100重量部に対し、好ましくは0.05〜6.0重量部の範囲であり、より好ましくは0.05〜3.0重量部、さらに好ましくは0.5〜2.5重量部、特に好ましくは1.0〜2.0重量部である。
発泡剤の配合量が6.0重量部より著しく多いと、過発泡となり、発泡セルの均一微細化が困難となり、一方、発泡剤の配合量が0.05重量部より著しく少ないと、発生するガス量が少なく、好ましくない。
また、気泡調整剤を使用する際には、気泡調節剤の配合量は、成分(X)と成分(Y)の合計100重量部に対して、純分で0.01〜5重量部の範囲とすることが好ましい。
本発明のポリプロピレン系樹脂組成物には、前記成分(X)、成分(Y)および発泡剤、必要に応じて、気泡調整剤の他に、他の重合体、酸化防止剤、中和剤、光安定剤、紫外線吸収剤、無機充填剤、滑剤、帯電防止剤、金属不活性剤などの各種添加剤を、本発明の目的を損なわない範囲で配合することができる。
他の重合体としては、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、上記記載以外のポリプロピレン系樹脂、プロピレン−α−オレフィンコポリマー(α−オレフィンは炭素数4以上のもの)、ポリ−4−メチル−ペンテン−1等のα−ポリオレフィン、エチレン−プロピレンエラストマー等のオレフィン系エラストマー、またはこれらと共重合可能な他の単量体、例えば酢酸ビニル、塩化ビニル、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸エステル等の共重合体および混合物等を挙げることができる。
その他の樹脂(Z)の配合量の好ましい範囲としては、(X)および(Y)からなるポリプロピレン系樹脂組成物100重量部に対し、0を超え1000重量部以下であり、好ましくは1以上500重量部以下、更に好ましくは10以上300重量部以下である。
また、無機充填剤としては、炭酸カルシウム、シリカ、ハイドロタルサイト、ゼオライト、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸マグネシウムなどが例示でき、滑剤としては、ステアリン酸アマイドなどの高級脂肪酸アマイド類が例示できる。
更に、帯電防止剤としては、グリセリン脂肪酸モノエステルなどの脂肪酸部分エステル類が例示でき、金属不活性剤としては、トリアジン類、フォスフォン類、エポキシ類、トリアゾール類、ヒドラジド類、オキサミド類などが例示できる。
本発明のポリプロピレン系樹脂組成物の調製方法としては、パウダー状もしくはペレット状の前記成分(X)および成分(Y)、発泡剤、および、必要に応じて用いるその他の配合剤をドライブレンド、ヘンシェルミキサー等で混合する方法を挙げることができる。または、あらかじめ単軸、二軸混練機、ニーダ等によって、溶融混練してもよい。ただし、化学発泡剤を同時に溶融混練する場合は、混練温度は、化学発泡剤の分解温度より低い温度に制御して、行う必要がある。
また、状況に応じて、発泡剤のみ、ポリプロピレン系発泡体の製造時に、別フィードしても良い。
本発明のポリプロピレン系樹脂組成物は、高い溶融張力を必要とする各種成形法及び用途、例えば、押出発泡成形(体)、射出発泡成形(体)、ブロー成形(体)、射出ブロー成形(体)、発泡ブロー成形(体)、深絞り成形(体)、熱成形体等に、好適に用いることができるが、中でも特に、溶融張力の特性の優劣が最も顕著に現れる、発泡成形の分野において、好適に用いることができる。
本発明のポリプロピレン系樹脂組成物(発泡剤含有)から得られるポリプロピレン系発泡シートは、平均気泡径が500μm以下であることが好ましく、400μm以下がより好ましく、300μm以下が更に好ましい。平均気泡径が500μmを大きく超えると、ポリプロピレン系発泡シートや該シートを熱成形する際に熱成形体に対し、穴明き等の外観不良が発生するため好ましくない。
本発明に係るポリプロピレン系発泡シートは、連続気泡率が30%以下であることが好ましく、より好ましくは20%以下、更に好ましくは15%以下である。連続気泡率が30%を超えると、熱成形する際に、発泡シート内の発泡セルの膨張が生じないため、熱成形体の厚みが減ってしまうため、好ましくない。また、熱成形体の断熱性能の低下にも、繋がるので好ましくない。
また、本発明に係るポリプロピレン系発泡シートの厚みは、特に限定しないが、0.3mm〜10mm程度が好ましい。更に好ましくは0.5mm〜5mmである。
物理発泡にあっては、炭酸ガスやブタンなどの物理発泡剤を押出機シリンダーの途中から導入(圧入)する。押出機ダイは、Tダイでもよく、円形(サーキュラー)ダイでもよい。
ポリプロピレン系樹脂多層発泡シートは、複数の押出機を用いたフィードブロックやマルチダイなどによる公知の共押出法により、製造できる。
ポリプロピレン系樹脂多層発泡シートに用いられる非発泡層は、発泡層のいずれの面に設けられてもよく、また、発泡層を非発泡層の間に存在させた構成(サンドイッチ構造)とすることもできる。
非発泡層が設けられたポリプロピレン系樹脂多層発泡シートは、強度において優れたものとなり、少なくとも該発泡層の外側に非発泡層が設けられることにより、表面平滑性や外観においても、優れたものとなる。更に、非発泡層に機能性の熱可塑性樹脂を使用することにより、抗菌性、ソフト感、耐受傷性等の付加的機能をポリプロピレン系多層発泡シートに兼備させることが容易にできる点からも、好ましい。
中でも、リサイクル性、接着性、耐熱性、耐油性、剛性などの点から、ポリプロピレン、プロピレン−α−オレフィンコポリマーが好適である。プロピレン−α−オレフィンコポリマーとしては、プロピレン(共)重合体とエチレン−プロピレンランダム共重合体を複数あるいは単槽の重合槽を使用して、多段階重合して得られた、いわゆる耐衝撃性ポリプロピレンまたはプロピレンブロック共重合体と通称されているものを含む。
無機充填剤としては、タルク、炭酸カルシウム、シリカ、ハイドロタルサイト、ゼオライト、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸マグネシウムなどが例示できる。
また、ポリプロピレン系多層発泡シートにおける非発泡層の厚さは、得られるポリプロピレン系多層発泡シートの全厚みの1〜50%、より好ましくは5〜20%になるように形成することが望ましい。非発泡層の厚みが50%を超えると、発泡層の気泡の成長を妨げてしまう。
また、本発明のポリプロピレン系樹脂発泡シートは、印刷性や塗装性などのために発泡シートの表面に、コロナ放電処理、火炎処理、プラズマ処理等の表面処理をしても、何ら差し支えない。
本発明に係るポリプロピレン系(多層)発泡シートおよび熱成形体は、均一微細な発泡セルが得られ、外観、熱成形性、耐衝撃性、軽量性、剛性、耐熱性、断熱性、耐油性等に優れていることより、トレー、皿、カップなどの食品容器や自動車ドアトリム、自動車トランクマットなどの車両内装材、包装、文具、建材などに好適に利用できる。
なお、実施例および比較例において、ポリプロピレン系樹脂組成物、ポリプロピレン系(多層)発泡シートその構成成分についての諸物性は、下記の評価方法に従って、測定、評価し、使用した樹脂として、下記のものを用いた。
(1)メルトフローレートMFR:
JIS K7210:1999のA法、条件M(230℃、2.16kg荷重)に準拠して測定した。単位はg/10分である。
(2)溶融張力MT:
東洋精機製作所製キャピログラフを用いて、以下の条件で測定した。
・キャピラリー:直径2.0mm、長さ40mm
・シリンダー径:9.55mm
・シリンダー押出速度:20mm/分
・引き取り速度:4.0m/分
・温度:230℃
MTが極めて高い場合には、引き取り速度4.0m/分では、樹脂が破断してしまう場合があり、このような場合には、引取り速度を下げ、引き取りのできる最高の速度における張力をMTとする。単位はグラムである。
(3)分子量分布Mw/MnおよびMz/Mn:
前述した方法に従って、GPC測定により求めた。
(4)25℃パラキシレン可溶成分量(CXS):
明細書中記載の方法で測定した。
(5)mm分率:
日本電子社製、GSX−400、FT−NMRを用い、前述したとおり、特開平2009−275207号公報の段落[0053]〜[0065]に記載の方法で測定した。
単位は%である。
前述したように、示差屈折計(RI)、粘度検出器(Viscometer)、光散乱検出器(MALLS)を検出器として備えたGPCによって求めた。
(7)歪み硬化度λmax:
伸張粘度測定は以下の条件で行った。
・装置:Rheometorics社製Ares
・冶具:ティーエーインスツルメント社製Extentional Viscosity Fixture
・測定温度:180℃
・歪み速度:0.1/sec
・試験片の作成:プレス成形して18mm×10mm、厚さ0.7mm、のシートを作成する。
λmaxの算出法の詳細は、前述した通りである。
(8)融点:
示差操作熱量計(DSC)を用い、一旦200℃まで温度を上げて熱履歴を消去した後、10℃/分の降温速度で40℃まで温度を降下させ、再び昇温速度10℃/分にて測定した際の、吸熱ピークトップの温度を融点とした。
(9)(Y−1)、(Y−2)の比率、(Y−2)中のエチレン含量:
明細書中に記載のクロス分別法とFT−IR法の組み合わせの手法により決定した。ただし、(Y−2)のエチレン含量が15wt%未満のものについては、(Y)重合時のマテリアルバランスから(Y−1)と(Y−2)の比率を決定し、(Y−2)のエチレン含量については、明細書中に記載の計算式により決定した。
(10)(Y−2)成分の固有粘度:
プロピレン系ブロック共重合体(Y)のCXS成分に対して、温度135℃、溶媒にデカリンを用い、ウベローデ型毛管粘度計を用いて測定した。ただし、(Y−2)のエチレン含量が15wt%未満のものについては、(Y−1)成分と(Y)成分全体の固有粘度を測定し、明細書中記載の計算式によって求めた。
実施例および比較例において得られたポリプロピレン系樹脂発泡シートから、25mm角のサンプルを切り出した。実体顕微鏡(ニコン製:SMZ−1000−2型)を用いて発泡層断面を拡大投影し、断面中の気泡数と気泡径より、押出方向断面及びその垂直方向の断面の気泡径をそれぞれ算出、その平均値を発泡層の平均気泡径とした。
(12)密度:
実施例および比較例により得られたポリプロピレン系(多層)発泡シートから試験片を切出し、試験片重量(g)を、該試験片の外形寸法から求められる体積(cm3)で割って求めた。JIS K7222に準じて測定し、密度を求めた。
(13)連続気泡率:
実施例および比較例により得られたポリプロピレン系(多層)発泡シートから試験片を切出し、エアピクノメター(東京サイエンス(株)製)を用いて、ASTM D2856に記載の方法に準じて測定した。
(14)延展性・シート外観評価:
発泡シートの外観評価は、各実施例及び各比較例で得られたポリプロピレン系樹脂発泡シートを以下の基準で評価した。
◎:均一に延展され厚み斑が非常に少ない。気泡形状が微細かつ均一で部分的な凹部(ヒケ)もなくシート外観が美麗。
○:均一に延展され厚み斑が少ない。気泡形状が均一で、部分的な凹部(ヒケ)もない。
△:延展不良が認められ、厚み斑がある。気泡形状は、均一だが延展不良箇所に部分的な凹部(ヒケ)が発生している。
×:均一な延展が難しく厚み斑が多い。気泡の合一が見られ、部分的な凹部(ヒケ)がある。
(15)耐ドローダウン性:
各実施例及び各比較例で得られたポリプロピレン系樹脂発泡シートから、300mm×300mmの大きさの試験片を切り出し、内寸260mm×260mmの枠に固定した。三鈴エリー社製垂れ試験機を用いて、ヒーターが上下に配列してある試験機内の加熱炉に導いて雰囲気温度200℃で加熱し、加熱開始からのサンプル中央部の変位をレーザー光線により逐次測定した。
加熱とともにシートは、一旦垂れ下がり(マイナス方向へ変位)、応力緩和によって張り戻った(プラス方向へ変位)後に再び垂れ下がるため、加熱開始点のシート位置をA(mm)、最大張り戻り点位置をB(mm)、最大張り戻り点Bから10秒後の位置をC(mm)として、耐ドローダウン性を、以下の基準で評価した。
◎:B−A≧0mmかつC−B≧−5mm
○:B−A≧−5mmかつC−B≧−10mm(B−A≧0mmかつC−B≧−5mmの場合を除く)
△:B−A≧−5mmかつC−B<−10mm、または、B−A<−5mmかつC−B≧−10mm
×:B−A<−5mmかつC−B<−10mm
ここで、B−A≧−5mmであることは、容器成形時にシートが緊張し、皺のない美麗な外観形成が可能であることを意味し、C−B≧−10mmであることは、良好な容器を得るための成形時間範囲が充分広いことを意味する。
(1)長鎖分岐構造を有するポリプロピレン樹脂(X)
下記の製造例1〜3で製造した重合体(PP−1)〜重合体(PP−3)を用いた。
<触媒成分(A)の合成例1>
ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−メチル−2−フリル)−4−(4−i−プロピルフェニル)インデニル}]ハフニウムの合成:(成分[A−1](錯体1)の合成):
(i)4−(4−i−プロピルフェニル)インデンの合成
500mlのガラス製反応容器に、4−i−プロピルフェニルボロン酸15g(91mmol)、ジメトキシエタン(DME)200mlを加え、炭酸セシウム90g(0.28mol)と水100mlの溶液を加え、4−ブロモインデン13g(67mmol)、テトラキストリフェニルホスフィノパラジウム5g(4mmol)を順に加え、80℃で6時間加熱した。
放冷後、反応液を蒸留水500ml中に注ぎ、分液ロートに移しジイソプロピルエーテルで抽出した。エーテル層を飽和食塩水で洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥した。硫酸ナトリウムを濾過し、溶媒を減圧留去して、シリカゲルカラムで精製し、4−(4−i−プロピルフェニル)インデンの無色液体15.4g(収率99%)を得た。
500mlのガラス製反応容器に4−(4−i−プロピルフェニル)インデン 15.4g(67mmol)、蒸留水7.2ml、DMSO 200mlを加え、ここにN−ブロモスクシンイミド17g(93mmol)を徐々に加えた。そのまま室温で2時間撹拌し、反応液を氷水500ml中に注ぎ入れ、トルエン100mlで3回抽出した。トルエン層を飽和食塩水で洗浄し、p−トルエンスルホン酸2g(11mmol)を加え、水分を除去しながら3時間加熱還流した。反応液を放冷後、飽和食塩水で洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥した。硫酸ナトリウムを濾過し、溶媒を減圧留去して、シリカゲルカラムで精製し、2−ブロモ−4−(4−i−プロピルフェニル)インデンの黄色液体19.8g(収率96%)を得た。
500mlのガラス製反応容器に、2−メチルフラン6.7g(82m1mol)、DME100mlを加え、ドライアイス−メタノール浴で−70℃まで冷却した。ここに1.59mol/Lのn−ブチルリチウム−n−ヘキサン溶液51ml(81mmol)を滴下し、そのまま3時間撹拌した。−70℃に冷却し、そこにトリイソプロピルボレート20ml(87mmol)とDME50mlの溶液を滴下した。滴下後、徐々に室温に戻しながら一夜撹拌した。
反応液に蒸留水50mlを加え加水分解した後、炭酸カリウム223gと水100mlの溶液、2−ブロモ−4−(4−i−プロピルフェニル)インデン19.8gg(63mmol)を順に加え、80℃で加熱し、低沸分を除去しながら3時間反応させた。
放冷後、反応液を蒸留水300ml中に注ぎ、分液ロートに移しジイソプロピルエーテルで3回抽出した、エーテル層を飽和食塩水で洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥した。硫酸ナトリウムを濾過し、溶媒を減圧留去して、シリカゲルカラムで精製し、2−(2−メチル−5−フリル)−4−(4−i−プロピルフェニル)インデンの無色液体19.6g(収率99%)を得た。
500mlのガラス製反応容器に、2−(2−メチル−5−フリル)−4−(4−i−プロピルフェニル)インデン9.1g(29mmol)、THF200mlを加え、ドライアイス−メタノール浴で−70℃まで冷却した。ここに、1.66mol/Lのn−ブチルリチウム−ヘキサン溶液17ml(28mmol)を滴下し、そのまま3時間撹拌した。−70℃に冷却し、1−メチルイミダゾール0.1ml(2mmol)、ジメチルジクロロシラン1.8g(14mmol)を順に加え、徐々に室温に戻しながら一夜撹拌した。
反応液に蒸留水を加え、分液ロートに移し食塩水で中性になるまで洗浄し、硫酸ナトリウムを加え反応液を乾燥させた。硫酸ナトリウムを濾過し、溶媒を減圧留去して、シリカゲルカラムで精製し、ジメチルビス(2−(2−メチル−5−フリル)−4−(4−i−プロピルフェニル)インデニル)シランの淡黄色固体8.6g(収率88%)を得た。
500mlのガラス製反応容器に、ジメチルビス(2−(2−メチル−5−フリル)−4−(4−i−プロピルフェニル)インデニル)シラン8.6g(13mmol)、ジエチルエーテル300mlを加え、ドライアイス−メタノール浴で−70℃まで冷却した。ここに1.66mol/Lのn−ブチルリチウム−n−ヘキサン溶液15ml(25mmol)を滴下し、3時間撹拌した。反応液の溶媒を減圧で留去し、トルエン400ml、ジエチルエーテル40mlを加え、ドライアイス−メタノール浴で−70℃まで冷却した。そこに、四塩化ハフニウム4.0g(13mmol)を加えた。その後、徐々に室温に戻しながら一夜撹拌した。
溶媒を減圧留去し、ジクロロメタン−ヘキサンで再結晶を行い、ジメチルシリレンビス(2−(2−メチル−5−フリル)−4−(4−i−プロピルフェニル)インデニル)ハフニウムジクロライドのラセミ体を黄色結晶として7.6g(収率65%)得た。
得られたラセミ体についての1H−NMRによる同定値を以下に記す。
1H−NMR(C6D6)同定結果
ラセミ体:δ0.95(s,6H),δ1.10(d,12H),δ2.08(s,6H),δ2.67(m,2H),δ5.80(d,2H),δ6.37(d,2H),δ6.74(dd,2H),δ7.07(d,2H),δ7.13(d,4H),δ7.28(s,2H),δ7.30(d,2H),δ7.83(d,4H)。
rac−ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−メチル−4−(4−クロロフェニル)−4−ヒドロアズレニル}]ハフニウムの合成:(成分[A−1](錯体2)の合成):
rac−ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−メチル−4−(4−クロロフェニル)−4−ヒドロアズレニル}]ハフニウムの合成は、特開平11―240909号公報の実施例1に記載の方法と同様にして、実施した。
(i)イオン交換性層状珪酸塩の化学処理
セパラブルフラスコ中で蒸留水2,264gに96%硫酸(668g)を加えその後、層状珪酸塩としてモンモリロナイト(水沢化学社製ベンクレイSL:平均粒径19μm)4Lを加えた。このスラリーを90℃で210分加熱した。この反応スラリーを蒸留水4,000g加えた後にろ過したところ、ケーキ状固体810gを得た。
次に、セパラブルフラスコ中に、硫酸リチウム432g、蒸留水1,924gを加え硫酸リチウム水溶液としたところへ、上記ケーキ上固体を全量投入した。このスラリーを室温で120分反応させた。このスラリーに蒸留水4L加えた後にろ過し、更に蒸留水でpH5〜6まで洗浄し、ろ過を行ったところ、ケーキ状固体760gを得た。
得られた固体を窒素気流下100℃で一昼夜予備乾燥後、53μm以上の粗大粒子を除去し、更に200℃、2時間、減圧乾燥することにより、化学処理スメクタイト220gを得た。
この化学処理スメクタイトの組成は、Al:6.45重量%、Si:38.30重量%、Mg:0.98重量%、Fe:1.88重量%、Li:0.16重量%であり、Al/Si=0.175[mol/mol]であった。
3つ口フラスコ(容積1L)中に、上で得られた化学処理スメクタイト20gを入れ、ヘプタン(132mL)を加えてスラリーとし、これにトリイソブチルアルミニウム(25mmol:濃度143mg/mLのヘプタン溶液を68.0mL)を加えて1時間攪拌後、ヘプタンで残液率が1/100になるまで洗浄し、全容量を100mLとなるようにヘプタンを加えた。
また、別のフラスコ(容積200mL)中で、前記触媒成分(A)の合成例1で作製したrac−ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−(5−メチル−2−フリル)−4−(4−i−プロピルフェニル)インデニル}]ハフニウム(210μmol)をトルエン(42mL)に溶解し(溶液1)、更に、別のフラスコ(容積200mL)中で、前記触媒成分(A)の合成例2で作製したrac−ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−メチル−4−(4−クロロフェニル)−4−ヒドロアズレニル}]ハフニウム(90μmol)をトルエン(18mL)に溶解した(溶液2)。
先ほどの化学処理スメクタイトが入った1Lフラスコにトリイソブチルアルミニウム(0.84mmol:濃度143mg/mLのヘプタン溶液を1.2mL)を加えた後、上記溶液1を加えて20分間室温で撹拌した。その後更にトリイソブチルアルミニウム(0.36mmol:濃度143mg/mLのヘプタン溶液を0.50mL)を加えた後、上記溶液2を加えて、1時間室温で攪拌した。
その後、ヘプタンを338mL追加し、このスラリーを、1Lオートクレーブに導入した。
オートクレーブの内部温度を40℃にしたのち、プロピレンを10g/時の速度でフィードし、4時間40℃を保ちつつ予備重合を行った。その後、プロピレンフィードを止めて、1時間残重合を行った。得られた触媒スラリーの上澄みをデカンテーションで除去した後、残った部分に、トリイソブチルアルミニウム(6mmol:濃度143mg/mLのヘプタン溶液を17.0mL)を加えて5分攪拌した。
この固体を1時間減圧乾燥することにより、乾燥予備重合触媒52.8gを得た。予備重合倍率(予備重合ポリマー量を固体触媒量で除した値)は1.64であった。
以下、このものを「予備重合触媒1」という。
内容積200リットルの攪拌式オートクレーブ内をプロピレンで十分に置換した後、十分に脱水した液化プロピレン40kgを導入した。これに水素3.8リットル(標準状態の体積として)、トリイソブチルアルミニウム・n−ヘプタン溶液470ml(0.12mol)を加えた後、内温を70℃まで昇温した。次いで、予備重合触媒1を2.8g(予備重合ポリマーを除いた重量で)、アルゴンで圧入して重合を開始させ、内部温度を70℃に維持した。2時間経過後に、エタノールを100ml圧入し、未反応のプロピレンをパージし、オートクレーブ内を窒素置換することにより重合を停止した。
得られたポリマーを90℃窒素気流下で1時間乾燥し、17.4kgの重合体(以下、「PP−1」という)を得た。
触媒活性は、6210(g−PP/g−cat)であった。MFRは0.60g/10分であった。
添加する水素を4.4リットル、使用する予備重合触媒1を2.4g(予備重合ポリマーを除いた重量で)で行う以外は、製造例1と同様に実施した。16.5kgの重合体(以下、「PP−2」という。)を得た。
触媒活性は、6880(g−PP/g−cat)であった。MFRは1.0g/10分であった。
添加する水素を6.6リットル、使用する予備重合触媒1を1.9g(予備重合ポリマーを除いた重量で)で行う以外は、製造例1と同様に実施した。16.5kgの重合体(以下、「PP−3」という。)を得た。
触媒活性は、8050(g−PP/g−cat)であった。MFRは4.6g/10分であった。
製造例1〜3で製造したプロピレン系樹脂(PP−1〜PP−3)100重量部に対し、フェノ−ル系酸化防止剤であるテトラキス[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−ト]メタン(商品名:IRGANOX1010、BASFジャパン株式会社製)0.125重量部、フォスファイト系酸化防止剤であるトリス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)フォスファイト(商品名:IRGAFOS 168、BASFジャパン株式会社製)0.125重量部を配合し、高速攪拌式混合機(ヘンシェルミキサ−、商品名)を用い室温下で3分間混合した後、二軸押出機にて溶融混練して、ポリプロピレン樹脂(X)のペレット(X−1)〜(X−3)を得た。
なお、二軸押出機には、テクノベル社製KZW−25を用い、スクリュー回転数は400RPM、混練温度は、ホッパ下から80、160、210、230(以降、ダイス出口まで同温度)℃設定とした。
これらのペレット(X1)〜(X3)について、MFR、CXS、13C−NMR、GPC、分岐指数、MT、伸張粘度の評価を行った。評価結果を表1に示した。
バゼルポリオレフィン社より市販された高溶融張力PP、グレード名「PF814」を用いた。(X1)と同様に各種の評価を行い、結果を表1に示した。
(X5)市販の過酸化物変成による高溶融張力PP:
ボレアリス社より市販されている高溶融張力PP、「WB140HMS」を用いた。(X1)と同様に各種の評価を行い、結果を表1に示した。
下記の製造例4で製造したプロピレン系ブロック共重合体(Y1)、製造例5で製造したプロピレン系ブロック共重合体(Y2)、製造例6で製造したプロピレン系ブロック共重合体(Y3)、製造例7で製造したプロピレン系ブロック共重合体(Y4c)、製造例8で製造したプロピレン系ブロック共重合体(Y5c)、製造例9で製造したプロピレン系ブロック共重合体(Y6)、製造例10で製造したプロピレン系ブロック共重合体(Y7)、製造例11で製造したプロピレン系ブロック共重合体(Y12c)、製造例12で製造したプロピレン系ブロック共重合体(Y13c)と、製造例13で製造したプロピレン系ブロック共重合体(Y14)と、製造例14で製造したプロピレン系ブロック共重合体(Y15)、製造例15で製造したプロピレン系ブロック共重合体(Y16)、製造例16で製造したプロピレン系ブロック共重合体(Y17)、製造例17で製造したプロピレン系ブロック共重合体(Y18)と、プロピレン系ブロック共重合体(Y)相当品として、日本ポリプロ社より市販されているホモポリプロピレン樹脂(Y8c)、ポリプロピレン樹脂(Y9c)、ポリプロピレン樹脂(Y10c)、ポリプロピレン樹脂(Y11c)を用いた。尚、市販品については、グレード名などを後述する。
(i)固体触媒成分(b)の製造
窒素置換した内容積50リットルの撹拌機付槽に脱水及び脱酸素したn−ヘプタン20リットルを導入し、次いで、塩化マグネシウム10モルとテトラブトキシチタン20モルとを導入して95℃で2時間反応させた後、温度を40℃に下げ、メチルヒドロポリシロキサン(粘度20センチストークス)12リットルを導入して更に3時間反応させた後、反応液を取り出し、生成した固体成分をn−ヘプタンで洗浄した。
引き続いて、前記撹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5リットルを導入し、次いで、上記で合成した固体成分をマグネシウム原子換算で3モル導入した。ついで、n−ヘプタン2.5リットルに、四塩化珪素5モルを混合して30℃、30分間かけて導入して、温度を70℃に上げ、3時間反応させた後、反応液を取り出し、生成した固体成分をn−ヘプタンで洗浄した。
さらに、引き続いて、前記撹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2.5リットルを導入し、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、室温下四塩化チタン2リットルを追加し、100℃に昇温した後2時間反応した。反応終了後、n−ヘプタンで洗浄した。さらに、四塩化珪素0.6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質量%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−ブチル−メチル−ジメトキシシラン0.27モル、ビニルトリメチルシラン0.27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トリエチルアルミニウム1.5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390gを得た。
得られた固体触媒成分中には、チタンが1.22質量%含まれていた。
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。
(前段重合工程:プロピレン重合体の製造)
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。まず第1反応器で、重合温度65℃、プロピレン分圧1.8MPa(絶対圧)、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0.012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、固体触媒成分(b)として、上記記載の触媒をポリマー重合速度が18kg/hrになるように供給し、プロピレン重合体を製造した。第1反応器で重合したパウダー(プロピレン重合体)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反応器に連続的に移送した。
続いて、第2反応器内が、重合温度80℃、圧力1.5MPaになるように、プロピレンとエチレンをエチレン/プロピレンのモル比で0.15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1.0倍モルになるように供給し、プロピレン−エチレン共重合体を製造した。第2反応器で重合が終了したパウダー(プロピレン重合体とプロピレン−エチレン共重合体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60kg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、プロピレン系ブロック共重合体を得た。得られたプロピレン系ブロック共重合体を(Y1)とした。
製造例4で使用した触媒および重合方法を用い、上記後段重合工程におけるエチレン/プロピレンのモル比で0.11、エチルアルコールをトリエチルアルミニウムに対して0.76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系ブロック共重合体(Y2)を製造した。
製造例4で使用した触媒および重合方法を用い、上記前段重合工程における重合温度を70℃、後段重合工程におけるエチレン/プロピレンのモル比で0.32、エチルアルコールをトリエチルアルミニウムに対して0.80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系ブロック共重合体(Y3)を製造した。
製造例4で使用した触媒および重合方法を用い、上記後段重合工程におけるエチレン/プロピレンのモル比で0.17、更に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0.0020となるように連続的に供給、エチルアルコールをトリエチルアルミニウムに対して1.2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系ブロック共重合体(Y4c)を製造した。
製造例4で使用した触媒および重合方法を用い、上記後段重合工程におけるエチレン/プロピレンのモル比で0.052、エチルアルコールをトリエチルアルミニウムに対して0.66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系ブロック共重合体(Y5c)を製造した。
(i)固体触媒成分(c)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MgCl2を10モル、Ti(O−n−C4H9)4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、上記と同様に精製した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SiCl45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TiCl4 2リットルを導入して110℃で3時間反応させた。反応終了後、n−ヘプタンで洗浄して固体触媒成分(c)を製造するための固体成分(c1)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(c1)を400グラム導入し、成分(c2)としてSiCl4 0.6リットルを導入して90℃で2時間反応させた。反応終了後、さらに成分(c3)として(CH2=CH)Si(CH3)3 0.54モル、成分(c4)として(t−C4H9)(CH3)Si(OCH3)2 0.27モルおよび成分(c5)としてAl(C2H5)3 1.5モルを順次導入して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触媒成分(c)390gを得た。このもののチタン含量は、1.8重量%であった。
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91リットル、および前記触媒成分(c)を30g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20.25Kg/Hr、水素を202.5L/Hrで供給。200分後にプロピレン、水素の供給を停止した。プロピレン、水素の供給の間、器内の圧力は徐々に上昇し、最終的に0.66MPaGまで上昇。その後、残重合を行い、器内の圧力が0.35MPaになった時点で、反応器内のガスを0.03MPaGまでパージし、プロピレン重合体を得た(前段重合工程)。
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2.25Kg/Hr、エチレンを0.96Kg/Hrで供給。140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0.02MPaG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、59.6KgのY6を得た。
製造例9で使用した触媒および重合方法を用い、上記前段重合工程における水素供給を、180L/Hrに変更した以外は、製造例8に準じて行いプロピレン系ブロック共重合体(Y7)を製造した。また、前段重合工程におけるプロピレン、水素供給停止時の最終圧力は、0.61MPaG、後段重合工程におけるプロピレン、エチレン供給停止時の最終圧力は、0.02MPaGであった。
(i)プロピレン系ブロック共重合体の製造
(前段重合工程:プロピレン重合体の製造)
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。まず第1反応器で、重合温度55℃、プロピレン分圧1.8MPa(絶対圧)、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0.082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、前記固体触媒成分(b)をポリマー重合速度が12.5kg/hrになるように供給し、プロピレン重合体を製造した。第1反応器で重合したパウダー(プロピレン重合体)は、反応器内のパウダー保有量を40kgとなるように、連続的に抜き出し、第2反応器に連続的に移送した。
続いて、第2反応器内が、重合温度60℃、圧力1.5MPaになるように、プロピレンとエチレンをエチレン/プロピレンのモル比で0.50、また水素を水素/(エチレン+プロピレン)のモル比で0.038となるように連続的に供給すると共に、エチルアルコールを、トリエチルアルミニウムに対して1.1倍モルになるように供給し、プロピレン−エチレン共重合体を製造した。第2反応器で重合が終了したパウダー(プロピレン重合体とプロピレン−エチレン共重合体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60kg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、プロピレン系ブロック共重合体を得た。得られたプロピレン系ブロック共重合体を(Y12c)とした。
(i)プロピレン系ブロック共重合体の製造
(前段重合工程:プロピレン重合体の製造)
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。まず第1反応器で、重合温度75℃、プロピレン分圧1.8MPa(絶対圧)、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0.014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、前記固体触媒成分(b)をポリマー重合速度が22.5kg/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(プロピレン重合体)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反応器に連続的に移送した。
続いて、第2反応器内が、重合温度80℃、圧力1.5MPaになるように、プロピレンとエチレンをエチレン/プロピレンのモル比で0.86となるように連続的に供給すると共に、エチルアルコールを、トリエチルアルミニウムに対して3.4倍モルになるように供給し、プロピレン−エチレン共重合体を製造した。第2反応器で重合が終了したパウダー(プロピレン重合体とプロピレン−エチレン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、プロピレンブロック共重合体を得た。得られたプロピレン系ブロック共重合体を(Y13c)とした。
(i)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12リットル、および前記触媒成分(c)を10g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20.7Kg/Hr、水素を20.6L/Hrで供給。200分後にプロピレン、水素の供給を停止した。プロピレン、水素の供給の間、器内の圧力は徐々に上昇し、最終的に0.46MPaGまで上昇。その後、残重合を行い、器内の圧力が0.35MPaになった時点で、反応器内のガスを0.03MPaGまでパージしプロピレン重合体を得た(前段重合工程)。
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2.4Kg/Hr、エチレンを1.6Kg/Hrで供給。90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0.09MPaG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、59.7KgのY14を得た。
(i)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80リットル、および前記触媒成分(c)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20.25Kg/Hr、水素を60L/Hrで供給。200分後にプロピレン、水素の供給を停止した。プロピレン、水素の供給の間、器内の圧力は徐々に上昇し、最終的に0.52MPaGまで上昇。その後、残重合を行い、器内の圧力が0.35MPaになった時点で、反応器内のガスを0.03MPaGまでパージしプロピレン重合体を得た(前段重合工程)。
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1.5Kg/Hr、エチレンを1.0Kg/Hrで供給。180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0.04MPaG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、59.7KgのY15を得た。
前段重合工程(プロピレン重合体の製造)の際に、重合温度を60℃、水素/プロピレンのモル比を0.027、反応器内のパウダー保有量を40kgとし、後段重合工程(プロピレン−エチレン共重合体の製造)の際に、重合温度を70℃とし、エチレン/プロピレンのモル比が0.17となる様にプロピレンとエチレンを連続的に供給し、水素/プロピレンのモル比が0.0023となるように水素を連続的に供給し、エチルアルコールをトリエチルアルミニウムに対して1.05倍モルになるように変更した以外は、製造例4と同様にして、プロピレン系ブロック共重合体(Y16)の製造を行った。
後段重合工程(プロピレン−エチレン共重合体の製造)の際に、エチレン/プロピレンのモル比が0.30となる様にプロピレンとエチレンを連続的に供給し、水素を供給せず、エチルアルコールをトリエチルアルミニウムに対して0.86倍モルになるように変更した以外は、製造例15と同様にして、プロピレン系ブロック共重合体(Y17)の製造を行った。
前段重合工程(プロピレン重合体の製造)の際に、水素/プロピレンのモル比を0.081とし、後段重合工程(プロピレン−エチレン共重合体の製造)の際に、重合温度を60℃とし、エチレン/プロピレンのモル比が0.41となる様にプロピレンとエチレンを連続的に供給し、水素を供給せず、エチルアルコールをトリエチルアルミニウムに対して1.45倍モルになるように変更した以外は、製造例15と同様にして、プロピレン系ブロック共重合体(Y18)の製造を行った。
[プロピレン系ブロック共重合体(Y)ペレットの製造]
上記製造例で製造したプロピレン系ブロック共重合体(Y)100重量部に対し、フェノ−ル系酸化防止剤であるテトラキス[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−ト]メタン(商品名:IRGANOX1010、BASFジャパン株式会社製)0.05重量部、フォスファイト系酸化防止剤であるトリス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)フォスファイト(商品名:IRGAFOS 168、BASFジャパン株式会社製)0.05重量部、ステアリン酸カルシウム0.05重量部を配合し、高速攪拌式混合機(ヘンシェルミキサ−、商品名)を用い室温下で3分間混合した。その後、二軸押出機で溶融混練して押し出し、冷水槽を通した後にストランドカッターにてストランドをカットしてペレットを得た。
なお、二軸押出機にはテクノベル社製KZW−25を用い、スクリュー回転数は300RPM、混練温度は、ホッパ下から80、160、180、200、200、200、210、210、210℃(ダイス出口)に設定した。
日本ポリプロ社より市販されている、ホモポリプロピレン樹脂、グレード名「SA3A」を用いた。これはブロック共重合体ではないので、(Y−1)成分が100重量%とみなせる。各種の評価を行った結果を表2に示す。
(Y9c):
日本ポリプロ社より市販されている、ポリプロピレン樹脂、グレード名「EC9」を用いた。各種の評価を行った結果を表2に示す。
(Y10c):
日本ポリプロ社より市販されている、ポリプロピレン樹脂、グレード名「BC04G」を用いた。各種の評価を行った結果を表2に示す。
(Y11c):
日本ポリプロ社より市販されている、ポリプロピレン樹脂、グレード名「BC6」を用いた。各種の評価を行った結果を表2に示す。
表3に記載の割合で、(X)成分と(Y)成分をドライブレンドし、IKG製30mmφ単軸押出機を使用してブレンドサンプルを調整した。押出機運転条件は、回転数20RPM、シリンダー温度230℃である。得られたブレンドサンプルについて、230℃でプレス成形を行い1mmの厚さのシートに成形し、適当なサイズに切り取ってリンカム過熱剪断ステージCSS450にセットした。図2および図5に示したような装置により、温度170℃、剪断速度2s−1で、10分間定常剪断をかけ続け、その間の構造発展の様子を観察した。
デジタルマイクロスコープで取り込んだ画像を以下の方法で画像解析することにより、シシ−ケバブ構造の発達について、解析した。ここで、(X)成分としては、前記(X2)を用い、(Y)成分として、(Y8c)(通常のホモポリプロピレン)を使用した場合を構造の基準とし、これとの比較により、次の評価基準で、判定した。
×:基準サンプルの結果より構造が発達しやすい。
△:基準サンプルの結果とほぼ同等の構造が形成。
○:基準サンプルの結果より若干構造形成が抑制される。
◎:基準サンプルの結果と比べ、顕著に構造形成が抑制される。
上記デジタルマイクロスコープで得られた画像は、画像解析ソフトATImage(ver4.5)を用いて、輝度解析を行った。以下に解析手法の詳細を記す。
画像をモノクロ変換し、デジタルマイクロスコープ視野内の画像領域の水平部に対し、位置の異なる3線上について輝度線上分布を測定した。この際、構造発展が強い部位は、白色画像であるため、輝度の強さより評価できる。得られた輝度の数値の平均値或いは標準偏差により上記の通り、構造発展の強さを判定した。
表3に、構造形成抑制に関する結果を示す。本発明の規定の要件を満たすプロピレン系ブロック共重合体(Y)を用いると、長鎖分岐構造を有するPPによるシシ−ケバブ構造由来の不均一構造の形成を抑制できていることが分かる。
成分(X)をペレット(X2)、成分(Y)をペレット(Y7)とし、ペレット(X2)とペレット(Y7)の重量比率を70:30とした混合物100重量部と、発泡剤として、化学発泡剤(商品名:ハイドロセロールCF40E−J、日本ベーリンガーインゲルハイム社製)4.0重量部をリボンブレンダーにより均一に攪拌混合し、スクリュー径65mmΦの押出機に投入した。
押出機のシリンダー設定温度を250℃として樹脂を加熱溶融して可塑化するとともに化学発泡剤を分解させて、発泡成形用プロピレン系樹脂組成物とした後、速やかにその後段で冷却を実施、最終的な樹脂温度(以降、発泡温度と呼ぶ)が165℃となるように冷却した後、押出機先端に取付けられたTダイ(ギャップ=0.4mm)よりそのプロピレン系樹脂組成物を大気中に押出して発泡させた。該発泡体を冷却ロールおよびエアナイフにより冷却しつつ、ピンチロール引取りによる延展を行なって厚みを調整、厚み1.5mmの発泡シートを形成した。
得られた発泡シートは、密度が0.29g/cm3であり、平均気泡径80μmの連続気泡率の低い緻密な気泡構造を有する外観良好なものであった。発泡シートの評価結果を表4に示す。
得られた発泡シートは、耐ドローダウン性が非常に優れ、良好な熱成形性を示唆するものであった。
表4に示すような重量比率で成分(X)と成分(Y)のペレットを混合して、参考例1記載と同様の方法で、発泡シートを作製した。得られた発泡シートの評価結果を表4に示す。
発泡層を得るために、成分(X)のペレット(X2)と成分(Y)のペレット(Y14)の重量比率を25:75とした混合物100重量部と、気泡調整剤として化学発泡剤(商品名:ハイドロセロールCF40E−J、日本ベーリンガーインゲルハイム社製)0.5重量部とをリボンブレンダーにより均一に攪拌混合し、バレル途中に物理発泡剤注入用のバレル孔を有するスクリュー径65mmΦの押出機に投入した。
押出機のシリンダー設定温度を250℃として樹脂を加熱溶融して可塑化するとともに気泡調整剤を分解させながら、該混合物100重量部に対して、二酸化炭素を0.45重量部にて、圧入混練して発泡成形用ポリプロピレン系樹脂組成物とした。
押出機の後段でその発泡成形用ポリプロピレン系樹脂組成物を速やかに冷却し、最終的な樹脂温度が165℃となるように冷却した。
また、非発泡層を得るために、スクリュー径40mmΦ押出機に、Y14が100重量部からなる熱可塑性樹脂組成物を投入して220℃で加熱溶融後、180℃まで冷却しながら、上記発泡成形用ポリプロピレン系樹脂組成物とともにフィードブロックを介してTダイ(ギャップ=0.4mm)より非発泡層−発泡層−非発泡層からなる2種3層構成で大気中に共押出して、多層発泡シートとした。
該発泡体を冷却ロールおよびエアナイフにより冷却しつつ、ピンチロール引取りによる延展を行なって厚みを調整し、厚み1.7mmの発泡シートを形成した。
得られた該多層発泡シートは、非発泡層:発泡層:非発泡層の厚み比率が5:90:5の層構成を有し、密度が0.30g/cm3、平均気泡径140μmの連続気泡率の低い緻密な気泡構造を有する外観良好なものであった。発泡シートの評価結果を表4に示す。
表4に示すような重量比率で成分(X)と成分(Y)のペレットを混合して、実施例15記載と同様の方法で、多層発泡シートを作製した。得られた発泡シートの評価結果を表5に示す。
成分(X)のペレット(X2)と成分(Y)のペレット(Y7)の重量比率を50:50とした混合物100重量部に対し、成分(Z)としてホモプロピレン樹脂(日本ポリプロ(株)製、グレード名「MA1B」、MFR=21g/10分、MT<0.5g)を150重量部混合した混合物を発泡層用樹脂とした以外は、実施例15記載と同様の方法で多層発泡シートを作製した。得られた発泡シートの評価結果を表5に示す。
成分(Y)のペレット(Y1)単独で、発泡温度を170℃とした以外は、参考例1に記載と同様の方法で発泡シートを作製した。その発泡シートは、均一な延展が難しく、厚み斑が多いものであった。また、気泡の合一が見られ、部分的な凹部(ヒケ)も観察された。得られた発泡シートの評価結果を表6に示す。
成分(X)のペレット(X1)単独で、発泡温度を170℃とした以外は、参考例1に記載と同様の方法で発泡シートを作製した。その発泡シートには、延展不良の箇所が認められ、厚み斑があった。得られた発泡シートの評価結果を表6に示す。
表5に示すような重量比率で成分(X)と成分(Y)のペレットを混合して、参考例1に記載と同様の方法で発泡シートを作製した。得られた発泡シートの評価結果を表6に示す。
Claims (8)
- 下記の(X−i)〜(X−iv)の特性を有し、長鎖分岐構造を有するポリプロピレン樹脂(X)5〜99重量%、並びに、下記の(Y−i)〜(Y−v)の特性を有し、プロピレン(共)重合体(Y−1)およびプロピレン−エチレン共重合体(Y−2)からなる多段重合体であるプロピレン系ブロック共重合体(Y)1〜95重量%を含有するポリプロピレン系樹脂組成物100重量部に対し、発泡剤を0.05〜6.0重量部含有する発泡成形用ポリプロピレン系樹脂組成物を押出成形してなることを特徴とするポリプロピレン系樹脂発泡シート。
特性(X−i):MFRが0.1〜30.0g/10分であること。
特性(X−ii):GPCによる分子量分布Mw/Mnが3.0〜10.0、且つMz/Mwが2.5〜10.0であること。
特性(X−iii):溶融張力(MT)(単位:g)は、
log(MT)≧−0.9×log(MFR)+0.7 または MT≧15
のいずれかを満たすこと。
特性(X−iv):25℃パラキシレン可溶成分量(CXS)がポリプロピレン樹脂(X)全量に対して5.0重量%未満であること。
特性(Y−i):(Y−1)と(Y−2)の割合は、(Y−1)が50〜99重量%、(Y−2)が1〜50重量%であること(但し、(Y−1)、(Y−2)の重量割合は、プロピレン系ブロック共重合体(Y)全量を100重量%とする。)。
特性(Y−ii):プロピレン系ブロック共重合体(Y)のMFRが0.1〜200.0g/10分であること。
特性(Y−iii):プロピレン系ブロック共重合体(Y)の融点が155℃を超えるものであること。
特性(Y−iv):プロピレン−エチレン共重合体(Y−2)中のエチレン含量が38.0重量%を超え60.0重量%未満であること(但し、成分(Y−2)を構成するモノマーの全量を100重量%とする。)。
特性(Y−v):プロピレン−エチレン共重合体(Y−2)の135℃デカリン中での固有粘度[η](単位dl/g)が7.3以上であること。 - 前記長鎖分岐構造を有するポリプロピレン樹脂(X)が下記の特性(X−v)を有することを特徴とする請求項1に記載のポリプロピレン系樹脂発泡シート。
特性(X−v):絶対分子量Mabsが100万における分岐指数g’は、0.30以上1.00未満であること。 - 前記長鎖分岐構造を有するポリプロピレン樹脂(X)が下記の特性(X−vi)を有することを特徴とする請求項2に記載のポリプロピレン系樹脂発泡シート。
特性(X−vi):13C−NMRによるプロピレン単位3連鎖のmm分率が95%以上であること。 - 請求項1〜3のいずれかに記載のポリプロピレン系樹脂発泡シートと、熱可塑性樹脂組成物からなる非発泡層とを、共押出してなることを特徴とするポリプロピレン系樹脂多層発泡シート。
- 前記熱可塑性樹脂組成物は、熱可塑性樹脂100重量部に対し、50重量部以下の無機充填剤を含むことを特徴とする請求項4に記載のポリプロピレン系樹脂多層発泡シート。
- 請求項1〜5のいずれかに記載のポリプロピレン系樹脂発泡シートまたは多層発泡シートを、熱成形してなることを特徴とする成形体。
- 前記ポリプロピレン系樹脂組成物100重量部に対し、特性(X−i)〜(X−iv)および(Y−i)〜(Y−v)を満たさないその他の樹脂(Z)を、0を超え1000重量部以下含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のポリプロピレン系樹脂発泡シート。
- 前記その他の樹脂(Z)がポリプロピレン系樹脂であることを特徴とする請求項7に記載のポリプロピレン系樹脂発泡シート。
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