JP6262350B2 - 耐白化性および耐衝撃性に優れたポリプロピレン樹脂組成物 - Google Patents

耐白化性および耐衝撃性に優れたポリプロピレン樹脂組成物 Download PDF

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Description

本発明による耐白化性および耐衝撃性に優れたポリプロピレン樹脂組成物はエチレン−プロピレン−アルファオレフィンランダム共重合体75〜95重量%およびエチレン含有量が20〜50重量%であるエチレン−プロピレンブロック共重合体5〜25重量%からなるポリプロピレンランダムブロック共重合体を含み、前記エチレン−プロピレンブロック共重合体に対するエチレン−プロピレン−アルファオレフィンランダム共重合体の固有粘度比が0.3〜1であることを特徴とし、耐白化性および耐衝撃性において優秀な効果を示す。
一般にポリプロピレン樹脂組成物は軽く、値段対比機械的物性に優れて射出成形品の材料として幅広く使用されている。最近、ポリプロピレンを適用する製品の用途がフィルム包装材あるいは小型射出容器から自動車用バンパーのような大型射出製品分野に広くなっているのに、特に製品の大型化による、重量減少のために製品を薄膜化しており、これによって外部衝撃に壊れやすい弱点があり、高い剛性とともにさらに高い水準の耐衝撃性が要求されている。しかし、ポリプロピレンを利用した素材開発において耐衝撃性と剛性は反比例する傾向にあり、また、分子構造側面において曲げあるいは外部衝撃による耐白化特性が落ちるという問題点がある。
ポリプロピレン単独重合体は衝撃に弱いので、耐衝撃性を高めるためにポリプロピレン単独重合体に衝撃改質材を添加する方法を使用する。このような衝撃改質剤の導入は改質剤の含有量が増加することによって剛性が急激に低下し、特にゴム−弾性体は高価で製造原価が上昇する短所がある。また、耐衝撃性向上に効果的なゴム−弾性体は粘度が高くてポリプロピレンに添加するほど射出成形時に加工性が低下するという短所および組成物と改質材との収縮率差による白化現象がひどく発生するという問題点がある。
米国特許第5258464号、同第4734459号およびJP52072−744−6/77(特開昭52−72744号公報)においてはスチレン−エチレン−ブチレン−スチレン(SEBS)ゴムを添加したり、高密度ポリエチレンを配合するなどの方案を提示しているが、依然として剛性および耐熱性が低下するなどの問題点を解決できなかった。
米国特許第5258464号明細書 米国特許第4734459号明細書 特開昭52−72744号公報
本発明の目的は、このような問題点を解決し、耐白化性および耐衝撃性に優れたポリプロピレン樹脂組成物を提供することにある。
前記目的を達成するための本発明の様相は、エチレン−プロピレン−アルファオレフィンランダム共重合体75〜95重量%およびエチレン含有量が20〜50重量%であるエチレン−プロピレンブロック共重合体5〜25重量%からなるポリプロピレンランダムブロック共重合体を含み、前記エチレン−プロピレンブロック共重合体に対するエチレン−プロピレン−アルファオレフィンランダム共重合体の固有粘度比が0.3〜1であることを特徴とするポリプロピレン樹脂組成物を提供することにある。
本発明の望ましい特徴によれば、前記エチレン−プロピレン−アルファオレフィンランダム共重合体はエチレン0.5〜7重量%および炭素数が4〜5のアルファオレフィン1〜15重量%を含む。
本発明の望ましい特徴によれば、前記アルファオレフィンはブテンである。
本発明のさらに望ましい特徴によれば、前記ポリプロピレン樹脂組成物は核剤、調色剤、MI上昇剤、酸化防止剤および触媒中和剤の中から選択された1種以上の添加剤をさらに含む。
本発明のさらに望ましい特徴によれば、前記核剤は有機金属系核剤、ソルビトール系核剤およびノニトール系核剤の中から選択された1種以上である。
本発明のより一層望ましい特徴によれば、前記調色剤はチタン系酸化物の中から選択された1種以上である。
本発明のより一層望ましい特徴によれば、前記MI上昇剤は有機過酸化物の中から選択された1種以上である。
本発明のより一層望ましい特徴によれば、前記酸化防止剤はフェノール系酸化防止剤およびホスフェート系酸化防止剤の中から選択された1種以上である。
本発明のより一層望ましい特徴によれば、前記触媒中和剤は有機触媒中和剤および無機触媒中和剤の中から選択された1種以上である。
本発明のより一層望ましい特徴によれば、前記ポリプロピレン樹脂組成物は溶融指数が1〜50g/10min(230℃/2.16kg)である。
本発明の他の様相は、エチレン−プロピレン−アルファオレフィンランダム共重合体を重合する第1重合段階および前記第1重合段階を通して製造されたエチレン−プロピレン−アルファオレフィンランダム共重合体の存在下でエチレンおよびプロピレンをさらに投入してエチレン−プロピレンブロック共重合体を重合する第2重合段階を含むことを特徴とするポリプロピレン樹脂組成物の製造方法を提供することにある。
本発明の望ましい特徴によれば、前記第2重合段階以降に核剤、調色剤、MI上昇剤、酸化防止剤および触媒中和剤の中から選択された1種以上の添加剤を投入し混合する混合段階をさらに含む。
本発明のさらに望ましい特徴によれば、前記第1重合段階および第2重合段階は気相重合またはバルク重合である。
本発明による耐白化性および耐衝撃性に優れたポリプロピレン樹脂組成物は耐白化性および耐衝撃性に優れて、自動車用内外装材および食品包装容器などの多様な成形品として応用可能なポリプロピレン樹脂組成物を提供することに優秀な効果を示す。
以下、本発明の望ましい実施例および各成分の物性について詳細に説明するが、これは本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者が本発明を容易に実施できる程度に詳細に説明するためのものであり、これにより本発明の技術的な思想および範疇が限定されることを意味するのではない。
本発明による耐白化性および耐衝撃性に優れたポリプロピレン樹脂組成物は、エチレン−プロピレン−アルファオレフィンランダム共重合体75〜95重量%およびエチレン含有量が20〜50重量%であるエチレン−プロピレンブロック共重合体5〜25重量%からなるポリプロピレンランダムブロック共重合体を含み、前述したエチレン−プロピレンブロック共重合体に対するエチレン−プロピレン−アルファオレフィンランダム共重合体の固有粘度比は0.3〜1であることを特徴とする。
1.ポリプロピレンランダムブロック共重合体
前述したポリプロピレンランダムブロック共重合体は前述したエチレン−プロピレン−アルファオレフィンランダム共重合体75〜95重量%およびエチレン−プロピレンブロック共重合体5〜25重量%であることが望ましいが、前述したエチレン−プロピレン−アルファオレフィンランダム共重合体が75重量%未満であれば剛性が低下し、95重量%を超えれば耐衝撃性が低下し、前述したエチレン−プロピレンブロック共重合体は5重量%未満であれば耐衝撃性が低下し、25重量%を超えれば剛性が低下する。
また、前述したポリプロピレンランダムブロック共重合体はエチレン−プロピレンブロック共重合体に対するエチレン−プロピレン−アルファオレフィンランダム共重合体の固有粘度比が0.3〜1であることが望ましいが、0.3未満であればエチレン−プロピレンブロック共重合体の分子量がエチレン−プロピレン−アルファオレフィンランダム共重合体より相対的に低くて衝撃を吸収することが難しくなり、1を超えれば、エチレン−プロピレンブロック共重合体の分散相のサイズが増加して耐白化性が低下することもある。
前述したエチレン−プロピレン−アルファオレフィンランダム共重合体はエチレン0.5〜7重量%および炭素数が4〜5のアルファオレフィン1〜15重量%を含み、ポリプロピレン樹脂組成物の機械的剛性維持および耐熱性を向上させ耐白化性を維持することに効果的な役割を果たす。前述したエチレン含有量は好ましくは0.5〜5重量%であり、さらに好ましくは1〜3重量%であり、0.5重量%未満であれば耐白化性が低下し、7重量%を超えれば樹脂の結晶化度および剛性が低下する。
前述したアルファオレフィンはエチレンおよびプロピレンを除いた任意のアルファオレフィンを意味し、好ましくはブテンである。また、前述したアルファオレフィンは炭素数が4未満であるか5を超えればランダム共重合体の製造の際、コモノマーとの反応性が低くて共重合体を製造するのに難しさがる。また、前述したアルファオレフィン1〜15重量%を含み、好ましくは1〜10重量%であり、さらに好ましくは3〜9重量%である。前述したアルファオレフィンは1重量%未満であれば、結晶化度が必要以上に高くなり透明性が低下し、15重量%を超えれば結晶化度および剛性が低下して耐熱性が顕著に低くなる問題点を有する。
前述したエチレン−プロピレンブロック共重合体はエチレン20〜50重量%を含み、ポリプロピレン樹脂組成物に耐衝撃的特性を付与し微細分散が可能であって耐白化性および透明性を同時に付与する役割を果たす。前述したエチレン含有量は好ましくは20〜40重量%であり、20重量%未満であれば耐衝撃性が低下し50重量%を超えれば耐衝撃性および耐白化性が低下することもある。
2.添加剤
前述したポリプロピレン樹脂組成物は核剤、調色剤、MI上昇剤、酸化防止剤および触媒中和剤の中から選択された1種以上の添加剤をさらに含むことが好ましい。
前述した核剤は0.07〜0.5重量%を含むことが好ましく、0.07重量%未満であれば核剤の期核作用が十分でないので剛性、耐熱性および透明性が低下し、0.5重量%を超えれば核剤の溶出および経済性において問題が生じる。
より詳しくは、前述した核剤としてはアルミニウムパラ−ターシャリ−ブチル安息香酸、安息香酸ナトリウム、安息香酸カルシウムなどのような有機金属系の核剤、ベンジリデンソルビトール、メチルベンジリデンソルビトール、エチルベンジリデンソルビトール、3、4−ジメチルベンジリデンソルビトールなどのようなソルビトール系核剤および1、2、3−トリデオキシ−4、6:5、7−ビス−O−[(4−プロピルフェニル)メチレン]−ノニトールなどのようなノニトール系核剤からなる群より選択された1種以上であることができる。
前述した調色剤は0.01〜1重量%を含むことが好ましく、0.01重量%未満であれば樹脂組成物の調色性を確保し難く、1重量%を超えれば樹脂組成物に対する経済性が低くなることもある。より詳しくは、前述した調色剤はチタンダイオキシドなどのチタン系酸化物からなる群より選択された1種以上であることができる。
前述したMI(Melt Index)上昇剤0.003〜0.08重量%を含むことが好ましく、0.003重量%未満であれば樹脂内分散性が落ちてMI上昇効果が低下し、0.08重量%を超えれば前述したポリプロピレンランダムブロック共重合体の固有粘度比が増加して成形後にエチレン−プロピレンブロック共重合体の分散相のサイズが増加して透明性が低下することがあり、結晶化度の増加によって耐衝撃性が低下することもある。より詳しくは、前述したMI上昇剤としてはビス(t−ブチルパーオキシアイソプロピル)ベンゼンなどのような有機過酸化物からなる群より選択された1種以上を使用することができる。
前述した酸化防止剤は0.1〜0.5重量%を含むことが好ましく、0.1重量%未満であれば、酸化による樹脂組成物の安定性を確保し難く、0.5重量%を超えれば酸化防止剤の溶出および樹脂組成物に対する経済性が低くなることもある。より詳しくは、前述した酸化防止剤としてはテトラキス(メチレン(3、5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシ)ヒドロシリケート)および1、3、5−トリメチル−トリス(3、5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンゼン)等のフェノール系酸化防止剤およびトリス(2、4−ジ−t−ブチルフェノール)ホスフェートなどのホスフェート系酸化防止剤などからなる群から選択された1種以上であることが望ましい。
前述した触媒中和剤は0.01〜0.5重量%を含むことが好ましく、0.01重量%未満であれば残留する触媒が十分に中和されないし、0.5重量%を超えれば残留する触媒に比べて触媒中和剤が過剰に投入されて溶出および樹脂組成物に対する経済性が低くなることもある。より詳しくは、前述した触媒中和剤は有機触媒中和剤および無機触媒中和剤の中から選択された1種以上であり、好ましくはカルシウムステアレートまたはハイドロタルサイトである。
本発明による耐白化性および耐衝撃性に優れたポリプロピレン樹脂組成物は前述した成分以外にも必要に応じて、本発明の効果を損なわない範囲内で、顔料、分散剤、耐候剤、帯電防止剤、UV安定剤、スリップ剤、アンチブロッキング剤およびタルクなどの添加剤をさらに含むことができる。
また、本発明による耐白化性および耐衝撃性に優れたポリプロピレン樹脂組成物は溶融指数が1〜50g/10min(230℃/2.16kg)であることが望ましいが、1g/10min未満であれば圧出加工工程での樹脂の流れ特性が低下し前記で言及した固有粘度比0.3〜1を維持し難く、50g/10minを超えれば分子量が低くなって耐衝撃的特性が低下することもある。
3.ポリプロピレン樹脂組成物の製造
本発明によるポリプロピレン樹脂組成物はエチレン−プロピレン−アルファオレフィンランダム共重合体を重合する第1重合段階と、前述した第1重合段階を通して製造されたエチレン−プロピレン−アルファオレフィンランダム共重合体の存在下でエチレンおよびプロピレンをさらに投入してエチレン−プロピレンブロック共重合体を重合する第2重合段階とを含むことを特徴とする。
また、本発明によるポリプロピレン樹脂組成物は第2重合段階以降に核剤、調色剤、MI上昇剤、酸化防止剤および触媒中和剤の中から選択された1種以上の添加剤を投入し混合する混合段階をさらに含むことが望ましい。
(a)第1重合段階
触媒の存在下でエチレン、プロピレンおよびアルファオレフィンを同時に投入し気相重合またはバルク重合してエチレン−プロピレン−アルファオレフィンランダム共重合体を製造することが望ましい。前述した触媒は当業において公知の触媒を制限なしに用いられるが、具体的にジアルコキシマグネシウム担体にチタン化合物とフタレート系内部電子供与体を反応させて製造された触媒が用いられ、ここに有機アルミニウム化合物および外部電子供与体を含む触媒が追加してさらに用いられる。
(b)第2重合段階
前述した第1重合段階を通して製造されたエチレン−プロピレン−アルファオレフィンランダム共重合体の存在下で、追加的にエチレンおよびプロピレンを投入し気相重合またはバルク重合してエチレン−プロピレンブロック共重合体を製造することが望ましく、第1重合段階で使用した触媒と同じ触媒を使用することができる。
(c)混合段階
前述した第2重合段階以降に添加剤を投入し混合する段階で、1〜30分間攪拌した後、180〜230℃の温度で圧延機または押出機を利用して溶融および混練させてポリプロピレン樹脂組成物を製造することが望ましい。
本発明によるポリプロピレン樹脂組成物で製造された成形品は圧出、中空成形、フィルム成形、射出および真空成形などの方法で成形して製造できるが、これに限定されるものではなく、自動車用内外装材、多用途の収納箱、冷蔵・冷凍食品の貯蔵用製品、透明シート、食材料の貯蔵用などに制限なしに使うことができる。
以下、本発明による耐白化性および耐衝撃性に優れたポリプロピレン樹脂組成物に対する物性を実施例を挙げて説明する。
<実施例1>
(a)第1重合段階
ジアルコキシマグネシウム担体にチタン化合物とフタレート系内部電子供与体を反応させて製造した触媒の存在下でエチレン、プロピレンおよび1−ブテンを同時に注入してバルク重合反応させて、生成された共重合体内のエチレンが2重量%であり1−ブテンが6重量%となるように共重合してエチレン−プロピレン−ブテンランダム共重合体を製造した。
(b)第2重合段階
前述した第1重合段階を通して製造されたエチレン−プロピレン−ブテンランダム共重合体の存在下でエチレンおよびプロピレンを追加的に投入してエチレン−プロピレンブロック共重合体のエチレン含有量が32重量%となるように製造し、エチレン−プロピレン−ブテンランダム共重合体88重量%とエチレン−プロピレンブロック共重合体12重量%であり、固有粘度比は0.85となるように重合量を調節してポリプロピレンランダムブロック共重合体を製造した。
(c)混合段階
前述した第2重合段階を通して製造されたポリプロピレンランダムブロック共重合体に核剤(NX8000、MILLIKEN)0.2重量%、フェノール系酸化防止剤(SONGNOX1010、松原産業)0.1重量%、ホスフェート系酸化防止剤(SONGNOX168、松原産業)0.1重量%、カルシウムステアレート0.05重量%および二酸化チタン0.05重量%を投入し220℃で2軸押出機を利用して溶融混合しペレット化してポリプロピレン樹脂組成物を製造した。
<実施例2〜7>
前述した実施例1と同様に実施して、各成分の含有量を下記の表1に示した(但し、MI上昇剤はPK010(POLYMODIFIER)を使用し、MI上昇剤を添加する前の溶融フローチャートは4〜5g/minである)。
Figure 0006262350
<比較例1〜4>
前述した実施例1と同様に実施し、各成分の含有量を下記の表2に示した。
Figure 0006262350
<試験例>
前述した実施例1〜7および比較例1〜4を通して製造されたポリプロピレン樹脂組成物を利用して横120mm×縦120mm×厚さ2mmのシートを製造した後、シートの白化発生程度、面衝撃強度およびアイゾッド衝撃強さを測定して、下記の表3にその結果を示した。
各実施例1〜7および比較例1〜4において、諸般物性の測定/評価項目およびその測定方法は、次の通りである。
(1)エチレン含有量:赤外線吸収スペクトル(FT−IR)を使って720、740cm−1特性ピークを利用してエチレン含有量を測定した。
(2)ブテン含有量:赤外線吸収スペクトル(FT−IR)を使って771cm−1特性ピークを利用してブテン含有量を測定した。
(3)固有粘度比:固有粘度は135℃、デカリン溶液下で粘度測定器を利用して測定した。エチレン−プロピレンブロック共重合体の溶剤抽出物はキシレン溶剤を利用して150℃で可溶された成分を示す。固有粘度比は次の通り計算された。(固有粘度比=エチレン−プロピレンブロック共重合体÷エチレン−プロピレン−アルファオレフィンを含むランダム共重合体の固有粘度)
(4)溶融指数:ASTM D1238に基づいて230℃、2.16kg荷重下で測定した。
(5)ノッチ付きアイゾッド衝撃強さ:ASTM D256に基づいて測定した。
(6)面衝撃強度:ASTM D5420に基づいて2mm厚さの射出シート試片のガードナータイプ(Gardner type)落球衝撃機を利用して23℃および0℃で重錘落下衝撃(falling weight impact(J))を測定した。
(7)白化発生程度(衝撃白化):100mm×100mm×2mmシートに5kgの重り(直径25mm)を20cm高さから落として衝撃を与えた後に、落下地点の白化が発生したのを白化発生部位の直径(mm)を測定して記録した。
Figure 0006262350
上述した表3から分かるように、固有粘度比が1を超えたり0.3未満である比較例2および4の場合には耐白化性または衝撃強度が低下し、エチレン含有量を超える比較例3は耐白化性が顕著に低下することを確認できる。
また、核剤および調色剤を含まない実施例7の場合には衝撃強度は向上したが、耐白化性は低下した。
反面、前述した実施例1〜6は比較例1〜4に比べて耐白化性および衝撃強度が向上することが分かる。
したがって、本発明による耐白化性および耐衝撃性に優れたポリプロピレン樹脂組成物は耐白化性および耐衝撃性に優れて、自動車用内外装材および食品包装容器などの多様な成形品として応用可能なポリプロピレン樹脂組成物を提供することに優秀な効果を示す。
本発明による耐白化性および耐衝撃性に優れたポリプロピレン樹脂組成物は耐白化性および耐衝撃性に優れて、自動車用内外装材および食品包装容器などの多様な成形品として応用可能なポリプロピレン樹脂組成物を提供することに優秀な効果を示す。

Claims (15)

  1. エチレン−プロピレン−アルファオレフィンランダム共重合体75〜95重量%と、エチレン含有量が20〜50重量%であるエチレン−プロピレンブロック共重合体5〜25重量%とからなるポリプロピレンランダムブロック共重合体を含み、
    前記エチレン−プロピレンブロック共重合体の溶剤抽出物は、キシレン溶剤を用いて150℃で可溶された成分であり、
    キシレン溶剤を用いて可溶な成分である前記エチレン−プロピレンブロック共重合体の固有粘度)÷(エチレン−プロピレン−アルファオレフィンランダム共重合体の固有粘度)で計算される固有粘度比が0.3〜1であり、
    0.07〜0.5重量%の核剤と、0.003〜0.08重量%のMI上昇剤と、0.01〜1重量%の調色剤とを含むことを特徴とするポリプロピレン樹脂組成物。
  2. 前記エチレン−プロピレン−アルファオレフィンランダム共重合体はエチレン0.5〜7重量%および炭素数が4〜5のアルファオレフィン1〜15重量%を含むことを特徴とする請求項1に記載のポリプロピレン樹脂組成物。
  3. 前記アルファオレフィンはブテンであることを特徴とする請求項2に記載のポリプロピレン樹脂組成物。
  4. 化防止剤および触媒中和剤の中から選択された1種以上の添加剤をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のポリプロピレン樹脂組成物。
  5. 前記核剤は有機金属系核剤、ソルビトール系核剤およびノニトール系核剤の中から選択された1種以上であることを特徴とする請求項1に記載のポリプロピレン樹脂組成物。
  6. 前記調色剤はチタン系酸化物の中から選択された1種以上であることを特徴とする請求項に記載のポリプロピレン樹脂組成物。
  7. 前記MI上昇剤は有機過酸化物の中から選択された1種以上であることを特徴とする請求項1に記載のポリプロピレン樹脂組成物。
  8. 前記酸化防止剤はフェノール系酸化防止剤およびホスフェート系酸化防止剤の中から選択された1種以上であることを特徴とする請求項4に記載のポリプロピレン樹脂組成物。
  9. 前記触媒中和剤は有機触媒中和剤および無機触媒中和剤の中から選択された1種以上であることを特徴とする請求項4に記載のポリプロピレン樹脂組成物。
  10. 溶融指数が1〜50g/10min(230℃/2.16kg)であることを特徴とする請求項1に記載のポリプロピレン樹脂組成物。
  11. 請求項1〜10のいずれか一項に記載のポリプロピレン樹脂組成物の製造方法であって、
    エチレン−プロピレン−アルファオレフィンランダム共重合体を重合する第1重合段階と、前記第1重合段階を通して製造されたエチレン−プロピレン−アルファオレフィンランダム共重合体の存在下でエチレンおよびプロピレンを追加的に投入してエチレン−プロピレンブロック共重合体を重合する第2重合段階とを含むことを特徴とするポリプロピレン樹脂組成物の製造方法。
  12. 前記第2重合段階以降に核剤、調色剤、MI上昇剤、酸化防止剤および触媒中和剤の中から選択された1種以上の添加剤を投入し混合する混合段階をさらに含むことを特徴とする請求項11に記載のポリプロピレン樹脂組成物の製造方法。
  13. 前記第1重合段階および第2重合段階は気相重合またはバルク重合であることを特徴とする請求項11に記載のポリプロピレン樹脂組成物の製造方法。
  14. 請求項1〜10のいずれか一項に記載のポリプロピレン樹脂組成物で製造されることを特徴とする成形品。
  15. 前記成形品は冷蔵容器、冷凍容器、多用途の収納箱、自動車用内外装材、食品包装容器、瓶の栓、包装用フィルム、保護フィルム、デコシート、レトルトパウチ、医薬容器および入出中空成形品であることを特徴とする請求項14に記載の成形品。
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