JP6370483B2 - 衝撃強さ/剛性バランスが改善され、粉体流動性が改善され、排出量が低減された収縮率が低い異相ポリプロピレン - Google Patents

衝撃強さ/剛性バランスが改善され、粉体流動性が改善され、排出量が低減された収縮率が低い異相ポリプロピレン Download PDF

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本発明は、それぞれ改善された有利な衝撃強さ/剛性バランス、高粉体流動性をもつ異相ポリプロピレン組成物に関する。さらに、本異相ポリプロピレン組成物は、排出量が低減され、収縮率が低く、それと同時に、高いポリマー粉体流動性により、異相プロピレン組成を生産するための重合プロセスの安定性の改善が達成される。
さらに、本発明は、本発明のポリプロピレン組成物で作られた物品、特にフィルム、押出、ブロー成形または射出成形された物品も目的とする。最後に、本発明は、ポーチおよびバッグ、パイプおよび付属品、輸送包装容器のほか、ダッシュボード、ドアクラッディング、コンソール、バンパーおよびトリムのような車の外装および内装用部品等の、フィルム、押出、ブロー成形または射出成形された物品の生産のための本発明のポリプロピレン組成物の使用ならびに前記組成物の充填材または強化材との組み合わせも目的とする。
ポリマーは、ポリプロピレンのように、様々な要求の多い用途に用いられることが増している。同時に、これらの用途の要件を満たすように調整されたポリマーが絶えず追求されている。多くのポリマー特性は直接的または間接的に相互に関係しているため、すなわち特定の特性の改善が別の特性を犠牲にしてのみ達成できるため、要求は困難でありうる。例えば剛性は、組成物のホモポリマーの結晶化度および/または相対量を増加させることによって改善することができる。その結果、材料はよりもろくなり、それによって衝撃特性が低くなる。ポリマーマトリックス中にゴム相を分散させ、それにより異相ポリプロピレン組成物を得ることによって、ポリプロピレンの衝撃強さを改善できることが知られている。
このような異相プロピレンコポリマーは、プロピレンコポリマーゴム(エラストマー)を含む非晶相が分散された、プロピレンホモポリマーまたはランダムプロピレンコポリマーであるマトリックスを含む。このようにポリプロピレンマトリックスは、マトリックスの一部ではない(微細に)分散した包含物を含み、前記包含物はエラストマーを含む。包含物という用語は、マトリックスと包含物とが異相プロピレンコポリマーの中で異なる相を形成することを示し、前記包含物は、例えば電子顕微鏡法または走査型力顕微鏡法または原子力顕微鏡法のような高分解能顕微鏡法によって、または動機械的熱分析(DMTA:dynamic mechanical thermal analysis)によって見ることができる。さらに、異相ポリプロピレンは、異相プロピレンコポリマーの調製によって得られる副反応生成物である結晶性ポリエチレンをある程度まで含みうる。このような結晶性ポリエチレンは、熱力学的理由により非晶相の包含物として存在する。
このような異相ポリプロピレン組成物の一つの好ましい用途は、金属のパーツをプラスチックに置き換える傾向に起因する自動車の用途の分野における使用である、すなわち、いまでも金属合金から作られている−30または−40℃等の極めて低温になりうる自動車のパーツをより軽いプラスチックに交換することが特に望ましい。さらに、高流動性異相材料は、自動車分野で特に望ましい。
粉体流動性、すなわち重合時の粉体の非粘着性は、ポリプロピレンホモポリマー(ホモPP)マトリックスと分散相としてのゴムとが直列の複数の反応器を用いて多段階プロセスで生産される、反応器で作られる異相高衝撃ポリプロピレン組成物(RTPO)に特に重要である。
反応の間には、ゴムが多段階重合の第一段階で形成される粒子の孔および空洞内にとどまる。ホモPPマトリックスの孔および空洞が完全に満たされると、余分のゴムが表面に移動し始め、粒子間に粘着性を引き起こして粒子の塊状化を引き起こすとともに、粒子と反応器壁との間にも粘着性を引き起こす。これによって、プロセスに重大な問題が生じる。
さらに今日では、ポリマー処理業者は、規制当局および消費者の高まり続ける要求を満たすために、低排出の材料を求める。
ポリプロピレン樹脂の一つのさらなる欠点は、ほとんどの成形プロセスにおいてかなりの成形後収縮をおこすことである。このことは、寸法許容差が重要な用途において、要求される正確な寸法の完成パーツを得るために、特定の組成物および特定の成形動作に合わせてモールドを調整しなければならないことを意味する。この収縮の問題は、製造者がモールドを特定の組成物および成形動作に合わせて調整した後で、異なる組成物に置き換えるかまたは例えば冷却速度を上げるためにプロセスを変更したい場合に特に問題となる。ポリプロピレン樹脂は縦方向および横方向で成形後収縮の差が見られるため、この問題が大きくなる。
異相ポリプロピレン組成物の分野において多くの開発作業が行われているにもかかわらず、高粉体流動性、低排出量および低収縮率と組み合わせて衝撃強さおよび剛性に関してバランスの良いポリマー組成物を見つけることは現在まで可能でなかった。
したがって、許容可能な(低温)耐衝撃性を保ちながら低排出および低収縮率と組み合わせて高い剛性および高い粉体流動性をもつ異相ポリプロピレン組成物に対する必要性がなお存在する。
したがって、そのような材料を提供することが本発明の目的である。
本発明は、上述の目的を特定の異相ポリプロピレン組成物によって達成することができるという発見に基づき、該組成物は、
(A)13C−NMR分光法により決定されるペンタッド濃度が96mol%より大きく、ISO1133にしたがって230℃および2.16kgの荷重で決定されるマトリックスメルトフローレート(MFR:matrix melt flow rate)が15〜200g/10分の範囲内である、48〜78重量%の結晶性アイソタクチックプロピレンホモポリマーマトリックスと、
(B)分散粒子として組成物中に存在する、25〜48重量%のエチレンおよび/または4〜10個の炭素原子をもつα−オレフィンを含む、22〜52重量%の主に非晶質のプロピレンコポリマーと、
(C)(B)の分散粒子の包含物として組成物中に存在する、3〜10個の炭素原子をもつα−オレフィンを含む、0.0〜5.0重量%の結晶性エチレンコポリマーと、
(D)アイソタクチックポリプロピレンのα相および/またはγ相のための、0〜1.0重量%のα核形成剤と
を含むものであり、前記組成物はさらに、
(i)ISO1133にしたがって230℃および2.16kgの荷重で決定される総メルトフローレート(MFR:total melt flow rate)が、2.0〜50g/10分の範囲内であり、
(ii)ISO16152にしたがって25℃で決定されるキシレン可溶画分(XCS)が22〜52重量%の範囲内であり、
(iii)DIN ISO1628/1にしたがってデカリン中135℃で測定されるXCS画分の固有粘度が、2.5〜9.0dl/gの範囲内であり、
(iv)XCS画分のブロックエチレンシーケンスに対する孤立エチレンシーケンスの相対含量(I(E))は、
不等式(I)
I(E)<78−1.97×C+0.015×(C)
を満たし、式中、CはXCS画分のコモノマー含量[重量%]であり、
I(E)含量は、式(II)
によって定義され、式中、
I(E)は、ブロックエチレンシーケンスに対する孤立エチレンシーケンスの相対含量[%]であり;
fPEPは、サンプル中のプロピレン/エチレン/プロピレンシーケンス(PEP:propylene/ethylene/propylene sequences)のモル分率であり;
fPEEは、サンプル中のプロピレン/エチレン/エチレンシーケンス(PEE:propylene/ethylene/ethylene sequences)およびエチレン/エチレン/プロピレンシーケンス(EEP:ethylene/ethylene/propylene sequences)のモル分率であり;
fEEEは、サンプル中のエチレン/エチレン/エチレンシーケンス(EEE:ethylene/ethylene/ethylene sequences)のモル分率であり、
ここですべてのシーケンス濃度は、13C−NMRデータの統計的三連子分析に基づくこと
を特徴とする。
組成物の個々の成分のパーセント量の合計は、100パーセントに等しい。
特に成分(A)および(B)の特別の組み合わせ、ならびにそれらの特性の組み合わせにより、改善された衝撃強さ/剛性バランス、高い粉体流動性、低減された排出量および低い収縮率等、特性が改善された組成物が生じる。さらに、特に高い粉体流動性は、異相プロピレン組成物を生産するための重合プロセスの安定性の改善につながる。
本発明の第一の実施形態では、異相ポリプロピレン組成物は、フタル酸エステル類もそれぞれの分解産物も含まず、異相ポリプロピレン組成物は、フタル酸化合物もそれぞれの分解産物も含まないのが好ましい。
本発明によれば、「フタル酸化合物」という用語は、フタル酸(CAS番号88−99−3)、その脂肪族、脂環式および芳香族アルコール類とのモノエステルおよびジエステル類、ならびに無水フタル酸を指す。
さらなる態様では、本発明は、ポーチおよびバッグ、パイプおよび付属品、輸送包装容器のほか、ダッシュボード、ドアクラッディング、コンソール、バンパーおよびトリムのような車の外装および内装用部品等の、フィルム、押出、ブロー成形、または射出成形された物品の生産のための本組成物の使用に関する。
この態様では、本発明の組成物が、充填材または強化材と組み合わせて使用されることもできる。
さらなる態様では、本発明は、本発明のポリプロピレン組成物または前記組成物の充填材もしくは強化材との組み合わせで作られた物品、特にフィルムまたは押出、ブロー成形もしくは射出成形された物品を目的とする。
相対的に低いMFR範囲における本発明の実施例および比較例の剛性/衝撃バランスの図である。 相対的に高いMFR範囲における本発明の実施例および比較例の剛性/衝撃バランスの図である。 総排出量の比較の図である。 縦方向の収縮率の図である。
以下では、個々の成分をさらに詳細に定義する。
本発明の特定の異相ポリプロピレン組成物は、少なくとも成分(A)および成分(B)を含む。
Ad成分(A):
特定の異相ポリプロピレン組成物の成分(A)は、異相ポリプロピレン組成物のマトリックスを形成する結晶性アイソタクチックプロピレンホモポリマーである。
本発明で使用されるところのホモポリマーという表現は、実質的にプロピレン単位からなる、すなわち、少なくとも97重量%、好ましくは少なくとも98重量%、より好ましくは少なくとも99重量%、さらに好ましくは少なくとも99.8重量%のプロピレン単位からなるポリプロピレンに関する。好ましい実施形態では、プロピレンホモポリマー中のプロピレン単位だけが検出可能である。
プロピレンホモポリマーマトリックスは、ペンタッド濃度が高い、すなわち96mol%より高い、ペンタッド濃度が少なくとも96.3mol%などの、アイソタクチックである。ペンタッド濃度は、96.5mol%〜99.9%であるのが好ましく、96.7mol%〜99.8%であるのがより好ましい。
プロピレンホモポリマーマトリックスは、メルトフローレートMFR(ISO1133;230℃;2.16kg)が15〜200g/10分の範囲であり、17〜170g/10分の範囲であるのが好ましく、18〜150g/10分の範囲であるのがより好ましい。
マトリックスのMFRは、マトリックスメルトフローレート(MFR)と呼称される。
さらに、プロピレンホモポリマーマトリックスのキシレン可溶分の量が高すぎないことが好ましい。キシレン可溶分は、沸騰するキシレン中での溶解および冷却溶液から不溶部分を結晶化させることにより決定される(ISO16152にしたがって25℃で決定される)冷キシレンに溶解するポリマーの部分である。キシレン可溶画分は、タクティシティの低いポリマー鎖を含み、非結晶領域の量の指標である。したがって、プロピレンホモポリマーマトリックスのキシレン可溶画分は、0.5重量%〜5.0重量%の範囲内であるのが好ましく、0.7重量%〜4.5重量%の範囲内であるのがより好ましい。さらに好ましい実施形態では、キシレン可溶画分は、0.8重量%〜4.0重量%の範囲内である。
プロピレンホモポリマーは、ISO11357にしたがってDSC分析によって決定される融解温度Tm1および融解エンタルピーHm1を有する。
プロピレンホモポリマーのTm1は、160℃〜170℃の範囲内であるのが好ましく、161℃〜169℃の範囲内であるのがより好ましく、162℃〜168℃の範囲内であるのが最も好ましい。
プロピレンホモポリマーのHm1は、70〜100J/gの範囲内であるのが好ましく、70〜95J/gの範囲内であるのがより好ましく、70〜92J/gの範囲内であるのが最も好ましい。
プロピレンホモポリマーマトリックスは、ユニモーダルまたはバイモーダルなどのマルチモーダルでありうる。
プロピレンホモポリマーマトリックスは、マルチモーダル、特にバイモーダルであるのが好ましい。
ユニモーダルおよびバイモーダルなどのマルチモーダルの定義に関しては、以下の定義にゆだねられる。
プロピレンホモポリマーマトリックスが二つ以上の異なるプロピレンポリマーを含む場合、これらは異なるモノマー構造および/または異なる分子量分布を有するポリマーであってもよい。これらの成分は、モノマー組成およびタクティシティが同一であるかまたは異なってもよい。
プロピレンホモポリマーマトリックス相が、分子量分布に関してユニモーダルであるときには、単一段階プロセスで、例えばスラリー反応器または気相反応器におけるスラリー相プロセスまたは気相プロセスで調製されうる。ユニモーダルのマトリックス相は、スラリー重合として重合されるのが好ましい。あるいは、ユニモーダルマトリックスは、各段階で類似のポリマー特性を生じるプロセス条件を用いて多段階プロセスで生産されてもよい。
プロピレンホモポリマーマトリックスは、マルチモーダルまたはバイモーダルの性質である場合には、異なるポリマータイプ、すなわち異なる分子量および/またはコモノマー含量のポリマータイプをブレンドすることによって、生産することができる。しかしそのような場合には、ポリプロピレンマトリックスのポリマー成分が、連続構成の異なる反応条件で動作する反応器を用いて、逐次段階プロセスで生産されるのが好ましい。その結果、特定の反応器で調製される各画分は、それ自身の分子量分布および/またはコモノマー含量分布を有する。
これらの画分からの分布曲線(分子量またはコモノマー含量)が重ね合わせられて最終ポリマーの分子量分布曲線またはコモノマー含量分布曲線が得られるときには、これらの曲線は二つ以上の最大値を示すか、または個々の画分の曲線と比較すると少なくとも明確に幅広でありうる。このようなポリマーは、二つ以上の連続ステップで生産され、ステップの数に応じてバイモーダルまたはマルチモーダルと呼称される。
Ad成分(B):
特定の異相ポリプロピレン組成物の成分(B)は、分散粒子として組成物中に存在する主に非晶質のプロピレンコポリマーである(すなわち分散相)。
プロピレンコポリマーの適切なコモノマーは、エチレンおよび/または4〜10個の炭素原子をもつα−オレフィンである。
適切なC〜C10α−オレフィンは、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、1−ヘプテンおよび1−オクテンである。
成分(B)は、プロピレンとエチレンとのコポリマーであるのが好ましい。
成分(B)のエチレンの量は、25〜48重量%の範囲内であり、26〜46重量%の範囲内であるのが好ましく、27〜45重量%の範囲内であるのがより好ましい。
プロピレンホモポリマーマトリックスのように、分散相はユニモーダルまたはバイモーダルなどのマルチモーダルでありうる。
一実施形態では、分散相はユニモーダルである。より具体的には、分散相は、固有粘度および/またはコモノマー分布を考慮してユニモーダルであるのが好ましい。ユニモーダルまたはバイモーダルなどのマルチモーダルの定義に関しては、上述の定義にゆだねられる。
Ad成分(C)
成分(C)として、3〜10個の炭素原子をもつα−オレフィンを含む結晶性エチレンコポリマーが任意に存在する。
3〜10個の炭素原子をもつα−オレフィンは、例えばプロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、1−ヘプテンおよび1−オクテンである。
結晶性エチレンコポリマーは、異相ポリプロピレン組成物の調製によって得られる副反応生成物である。このような結晶性エチレンコポリマーは、熱力学的理由により非晶相の包含物として存在する。
結晶性エチレンコポリマーは、ISO11357にしたがってDSC分析により決定される融解温度Tm2および融解エンタルピーHm2を有する。
結晶性エチレンコポリマーのTm2は、105℃〜130℃の範囲内であるのが好ましく、110℃〜127℃の範囲内であるのがより好ましく、112℃〜124℃の範囲内であるのが最も好ましい。
結晶性エチレンコポリマーのHm2は、7J/g未満であるのが好ましく、6J/g未満であるのがより好ましく、5J/g未満であるのが最も好ましい。
Ad成分(D)
成分(D)として、アイソタクチックポリプロピレンのα相および/またはγ相のためのα核形成剤が任意に存在する。
異なるタイプの結晶核形成剤がポリマーの結晶構造に異なって影響し、単斜α改変体、疑六方β改変体および斜方γ改変体のようなアイソタクチックポリプロピレンの特定の結晶改変体の存在および相対量を増強することがよく知られている。
ポリマー構造が特定の核形成の発現の程度に影響する一方で、形成される結晶のタイプは核形成剤によって決定される。
α核形成剤(D)は、存在する場合には、通常は少量の0.0001〜1.0重量%、好ましくは0.0005〜0.8重量%、より好ましくは0.001〜0.5重量%加えられる。
α核形成剤(D)は、ポリプロピレンの単斜α改変体および/または斜方γ改変体のための核形成剤として作用する任意の化合物でありうる。
一般的に、二つのクラスのα核形成剤、すなわち微粒子核形成剤と可溶核形成剤とを区別することができる。
微粒子核形成剤は、粒度およびポリマーとの極性差が決定的である従来の分散機序を示す。このクラスの例は、タルクなどの無機核形成剤であるが、安息香酸ナトリウム、有機リン酸類およびp−tert−ブチル安息香酸の塩類のような有機核形成剤、ならびにポリビニルシクロヘキサンまたはポリテトラフルオロエチレン等の重合ビニル化合物のようなポリマー核形成剤でもある。これらの核形成剤に関するさらなる詳細は、例えば国際公開第99/24479号および国際公開第99/24501号に見られる。
可溶核形成剤は、分散度を定める加熱時の溶解および冷却時の再結晶のシーケンスを有するものである。この後者の場合には、可溶性および結果として生じる結晶形状が効率に決定的である。このクラスの例は、ソルビトール誘導体類、例えば1,3:2,4−25ジベンジリデンソルビトール、1,3:2,4−ジ(4−メチルベンジリデン)ソルビトール、1,3:2,4−ジ(4−エチルベンジリデン)ソルビトールおよび1,3:2,4−ビス(3,4−ジメチルベンジリデン)ソルビトールのようなジ(アルキルベンジリデン)ソルビトール類に加え、ノニトール誘導体類、例えば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、ならびに、N,N’,N’’−トリス−tert−ブチル−1,3,5−ベンゼントリカルボキサミド、N,N’,N’’−トリス−シクロヘキシル−1,3,5−ベンゼン−トリカルボキサミドおよびN−[3,5−ビス−(2,2−ジメチル−プロピオニルアミノ)−フェニル]−2,2−ジメチル−プロピオンアミド等の置換1,3,5−ベンゼントリスアミド類のようなベンゼン−トリスアミド類などの核形成剤である。
しかし、異相ポリプロピレン組成物がα核形成剤を含む場合には、異相ポリプロピレン組成物は、非核形成異相ポリプロピレン組成物の結晶化温度より高い結晶化温度を有し、核形成異相ポリプロピレン組成物の結晶化温度は、ISO11357にしたがってDSC分析により決定して120℃を上回るのが好ましい。
Ad異相組成物
本発明の異相ポリプロピレン組成物は、2.0〜50g/10分の範囲内の、好ましくは2.5〜45g/10分の範囲内の、より好ましくは3.0〜40g/10分の範囲内の、さらに好ましくは3.5〜35g/10分の範囲内の総メルトフローレート(MFR)(ISO1133;230℃;2.16kg)をさらに特徴とする。
プロピレンホモポリマーマトリックスメルトフローレートに対する異相ポリプロピレン組成物の総メルトフローレートの比MFR/MFRは、0.5以下である。
比MFR/MFRは、0.05〜0.45の範囲内であるのが好ましく、0.07〜0.40の範囲内であるのがより好ましい。
ISO16152(25℃)にしたがって測定した異相ポリプロピレン組成物の冷キシレン可溶(XCS:xylene cold soluble)画分は、22.0〜52.0重量%の範囲内であり、23.0〜50.0重量%の範囲内であるのが好ましく、24.0〜45.0重量%の範囲内であるのがより好ましい。
さらに、異相ポリプロピレン組成物の冷キシレン可溶(XCS)画分は、その固有粘度によって特定されると考えられる。
本発明においては、異相ポリプロピレン組成物の冷キシレン可溶画分(XCS)は、ISO1628/1にしたがって(デカリン中135℃で)測定された固有粘度(iV)が2.5〜9.0dl/gの範囲内であり、2.6〜8.5dl/gの範囲内であるのが好ましく、2.7〜7.0dl/g未満の範囲内であるのがより好ましいと考えられる。
異相ポリプロピレン組成物の冷キシレン可溶(XCS)画分のさらなる要件は、ブロックエチレンシーケンスに対する孤立エチレンシーケンスの特定の含量(I(E))である。
I(E)含量は、式(II)
によって定義され、式中、
I(E)は、ブロックエチレンシーケンスに対する孤立エチレンシーケンスの相対含量[%]であり;
fPEPは、サンプル中のプロピレン/エチレン/プロピレンシーケンス(PEP)のモル分率であり;
fPEEは、サンプル中のプロピレン/エチレン/エチレンシーケンス(PEE)およびエチレン/エチレン/プロピレンシーケンス(EEP)のモル分率であり;
fEEEは、サンプル中のエチレン/エチレン/エチレンシーケンス(EEE)のモル分率であり、
ここですべてのシーケンス濃度は、13C−NMRデータの統計的三連子分析に基づく。
I(E)含量は、正規化PEP値(nPEP)とも呼称されうるが、不等式(I):
I(E)<78−1.97×C+0.015×(C)
を満たさなければならず、式中、Cは、XCS画分のコモノマー含量、好ましくはエチレン含量[重量%]である。
加えて、異相ポリプロピレン組成物の冷キシレン可溶(XCS)画分のコモノマー含量、好ましくはエチレン含量は、26.0〜50.0重量%の範囲内であるのが好ましく、30.0〜48.0重量%の範囲内であるのが好ましく、35.0〜47.0重量%の範囲内であるのがより好ましい。
冷キシレン可溶(XCS)画分中に存在するコモノマーは、プロピレンコポリマー(成分B)につき上で定義されたものである。一つの好ましい実施形態では、コモノマーはエチレンだけである。
総異相ポリプロピレン組成物中のコモノマーの総含量、すなわちエチレンおよび4〜10個のC原子を有するα−オレフィンの含量の合計は、やや中程度であることも考えられる。
したがって、異相ポリプロピレン組成物は、総コモノマー含量、好ましくはエチレン含量が、6.0〜26.0重量%の範囲内であるのが好ましく、6.5〜25.0重量%の範囲内であるのが好ましく、7.0〜24.0重量%の範囲内であるのがより好ましい。
さらに、本発明の異相ポリプロピレン組成物は、少なくとも第一ガラス転移温度T(1)と第二ガラス転移温度T(2)とを有し、前記第一ガラス転移温度T(1)は、第二ガラス転移温度T(2)より高い。ガラス転移温度Tは、ISO6721−7にしたがって動機械的熱分析(DMTA)により決定される。
したがって、異相ポリプロピレン組成物は、第一ガラス転移温度T(1)が−4〜+4℃の範囲内であり、および/または第二ガラス転移温度T(2)が−65〜−35℃の範囲内である。
異相ポリプロピレン組成物の多相構造(マトリックス中に分散した主に非晶質のプロピレンコポリマー)は、少なくとも二つの別個のガラス転移温度の存在によって特定されることができる。高いほうの第一ガラス転移温度(T(1))は、マトリックス、すなわち結晶性ポリプロピレンホモポリマーを表し、低いほうの第二ガラス転移温度(T(2))は、異相ポリプロピレン組成物の主に非晶質のプロピレンコポリマーを反映する。
第一ガラス転移温度T(1)は、−3〜+3℃の範囲内であるのが好ましく、−2〜+2℃の範囲内であるのがより好ましい。
第二ガラス転移温度T(2)は、−58〜−37℃の範囲内であるのが好ましく、−57〜−38℃の範囲内であるのがより好ましい。
本発明の異相ポリプロピレン組成物は、ISO6186:1998、Method Aにしたがって粉体流動性試験により測定して20秒未満、好ましくは18秒未満の、有利に高い粉体流動性を有する。
VDA277:1995にしたがって測定した本発明の異相ポリプロピレン組成物の揮発性物質の総排出量は、25ppm未満であり、20ppm未満であるのが好ましい。
本発明の異相ポリプロピレン組成物で作られたパーツは、縦方向の収縮率が低い。縦方向の収縮率は、1.2%未満、特に1.1%未満であるのが好ましい。
収縮率は、以下の「測定方法の説明」に定めたように測定される。
本発明の異相ポリプロピレン組成物は、ISO178にしたがって80×10×4mmの射出成形試料で測定した曲げ弾性率(FM)が、500〜1100MPaの範囲内であり、600〜1050のMPaの範囲内であるのが好ましく、650〜1020MPaの範囲内であるのがより好ましい。
あるいは、本発明の異相ポリプロピレン組成物は、ISO527−1にしたがって23℃(クロスヘッドスピード1mm/分)で測定された引張弾性率(TM)が、500〜1100MPaの範囲内であり、600〜1050MPaの範囲内であるのが好ましく、650〜1020MPaの範囲内であるのがより好ましい。
ISO179−1eAにしたがって測定した23℃での異相ポリプロピレン組成物のシャルピーノッチ付き衝撃強度は、少なくとも10.0kJ/mであり、したがって12.0〜100kJ/mの範囲内であるのが好ましく、14.0〜95.0kJ/mの範囲内であるのが好ましく、15.0〜90.0kJ/mの範囲内であるのがより好ましい。
ISO179−1eAにしたがって測定した−20℃での異相ポリプロピレン組成物のシャルピーノッチ付き衝撃強度は、4.5〜35.0kJ/mの範囲内であり、5.0〜32.0kJ/mの範囲内であるのが好ましく、5.5〜30.0kJ/mの範囲内であるのがより好ましい。
好ましい実施形態においては、異相ポリプロピレン組成物は、フタル酸エステル類およびそれぞれの分解産物、すなわち異相ポリプロピレン組成物の生産のために使用されるチーグラー・ナッタ触媒の内部ドナーとして典型的に使用されるフタル酸エステル類を含まないのが好ましい。異相ポリプロピレン組成物は、フタル酸化合物およびそれぞれの分解産物、すなわちチーグラー・ナッタ触媒の内部ドナーとして典型的に使用されるフタル酸化合物を含まないのが好ましい。
フタル酸エステル類、好ましくはフタル酸化合物を「含まない」という用語は、本発明の意味においては、チーグラー・ナッタ触媒に由来するフタル酸エステル類もそれぞれの分解産物も、好ましくはフタル酸化合物もそれぞれの分解産物も検出できない異相ポリプロピレン組成物を指す。
本発明の異相ポリプロピレン組成物は、成分(A)および(B)ならびに任意の成分(C)および(D)から構成される。
成分(A)は、48〜78重量%の量で存在し、46〜76重量%の量で存在するのが好ましく、45〜75重量%の量で存在するのがより好ましい。
成分(B)は、22〜52重量%の量で存在し、25〜52重量%の量で存在するのが好ましく、26〜50重量%の量で存在するのがより好ましい。
成分(C)は、0〜5.0重量%の量で存在し、0.1〜4.0重量%の量で存在するのが好ましく、0.2〜3.0重量%の量で存在するのがより好ましい。
成分(D)は、0〜1.0重量%の量で存在し、0〜0.8重量%の量で存在するのが好ましく、0〜0.5重量%の量で存在するのがより好ましい。
画分(A)、(B)、(C)および(D)の合計は、さらなる画分または添加物の存在に応じて、100重量%またはそれ以下である。本明細書で用いられるところの重量パーセント(重量%)での範囲は、本発明による異相ポリプロピレン組成物全体に基づく画分または成分のそれぞれの量を定義する。すべての画分および成分は、合わせて合計100wtとなる。
本発明の異相ポリプロピレン組成物は、ポリマー成分およびα核形成剤(D)以外に、さらなる非ポリマー成分、例えば様々な目的の添加物を含みうる。
以下は任意の添加物である:プロセスおよび熱安定剤、透明性の維持を可能にする色素および他の着色剤、抗酸化剤、静電防止剤、スリップ剤、UV安定剤、掃酸剤。
添加物のタイプに応じて、これらが異相ポリプロピレン組成物の重量に基づいて0.001〜2.0重量%の量で加えられうる。
本発明による異相ポリプロピレン組成物が充填材または強化材と組み合わせて使用される場合には、充填材または強化材は、組成物全体に基づいて30重量%未満の量で存在し、25重量%未満の量で存在するのが好ましく、22重量%未満の量で存在するのがより好ましい。
本発明のポリプロピレン組成物において使用される適切な充填材には、タルク、炭酸カルシウム、胡粉、クレー、カオリン、シリカ、ヒュームドシリカ、マイカ、ウォラストナイト、長石、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸カルシウム、アルミナ、アルミナ三水和物等のアルミナ水和物、ガラスミクロスフェア、セラミックミクロスフェア、木粉、大理石粉末、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、酸化アンチモン、酸化亜鉛、硫酸バリウムおよび二酸化チタンが含まれるがこれらに限定されない。
本発明のポリプロピレン組成物において使用される強化材の例には、鉱物繊維、ガラス繊維、炭素繊維および天然または合成有機繊維が含まれるがこれらに限定されない。
異相ポリプロピレン組成物の調製
異相ポリプロピレン組成物は、直列に接続された少なくとも三つの反応器を含む多段階プロセスで生産することができ、この場合最初にポリプロピレンホモポリマーマトリックス(A)が生産され、後のステップでプロピレンコポリマー(B)が、マトリックス(A)の存在下で生産され、またはマトリックスポリマー(A)をプロピレンコポリマー(B)と、これらの重合後にブレンドすることによって生産することができる。
本発明の異相ポリプロピレン組成物を調製するさらなる可能性は、直列に接続された少なくとも三つの反応器を含む多段階プロセスで生産される異相ポリプロピレン組成物をブレンドすることであり、最初にポリプロピレンホモポリマーマトリックス(A)が生産され、後のステップでプロピレンコポリマー(B)が、マトリックス(A)の存在下で、XCS画分の目標特性を達成するために特定の追加量のポリプロピレンホモポリマーマトリックス(A)を用いて、生産される。
好ましい一実施形態では、ポリプロピレンホモポリマーマトリックス(A)が一つのスラリー反応器および次の気相反応器で生産され、その後、プロピレンコポリマー(B)が少なくとも一つのさらなる気相反応器で生産される。
したがって、本発明の異相ポリプロピレン組成物は通常、少なくとも三つの連続した反応器で、任意に第四反応器を用いて、生産することができ、第一反応器は、ループ設計であるのが好ましい液体バルク反応器であり、すべての後続の反応器は気相反応器であり、流動床設計であるのが好ましい。
最初の二つの反応器で生産される成分は、(マトリックスを得る)結晶化可能なプロピレンホモポリマーであり、第三反応器で生産される成分は、コモノマーの量がより高い主に非晶質のコポリマーであるのが好ましい。任意に、第四反応器でさらなる成分が生産されることができ、これも主に非晶質のコポリマーであるか、または結晶性エチレンホモポリマーもしくはコポリマーである。
ポリプロピレン組成物、すなわち異相ポリプロピレン組成物が三つまたは四つの重合反応器(R1)、(R2)、(R3)および任意の(R4)で生産される場合、ポリプロピレン組成物のマトリックス(A)、すなわちポリプロピレンホモポリマーは、スラリー反応器(SR1)のような重合反応器(R1)、例えばループ反応器(LR1)、および気相反応器(GPR−1)のような重合反応器(R2)で生産され、主に非晶質のコポリマー(B)は、重合反応器(R3)、例えば気相反応器(GPR−2)、および任意の重合反応器(R4)、例えば任意の気相反応器(GPR−3)で生産される。
(a)第一反応器においてプロピレンが重合されて、第一プロピレンホモポリマー画分が得られ、
(b)前記第一プロピレンホモポリマー画分を第二反応器に移し、
(c)前記第二反応器において、第一プロピレンホモポリマー画分の存在下で、さらなるプロピレンを重合して第二プロピレンホモポリマー画分を得、前記第一プロピレンホモポリマー画分と前記第二プロピレンホモポリマー画分とがマトリックス(A)を形成し、
(d)前記マトリックス(A)を第三反応器に移し、
(e)前記第三反応器において、マトリックス(A)の存在下で、プロピレンとエチレンおよび/またはC〜C10α−オレフィンとを重合して、主に非晶質のプロピレンコポリマー(B)を得、前記マトリックス(A)と前記主に非晶質のプロピレンコポリマー(B)とが異相ポリプロピレン組成物を形成する
のが好ましい。
さらなる好ましい様式では、第三気相反応器が用いられ、その結果プロセスは、
(f)ステップ(e)で得られた組成物を第四反応器に移すステップと、
(g)前記第四反応器において、第四反応器において得られた異相ポリプロピレン組成物の存在下で、画分プロピレンとエチレンおよび/またはC〜C10α−オレフィンとを重合して、さらなる主に非晶質のプロピレンコポリマー(B)を得るステップであって、前記さらなる主に非晶質のプロピレンコポリマー(B)は、ステップ(e)の異相ポリプロピレン組成物とともに、最終的な異相ポリプロピレン組成物を形成する、ステップと
をさらに含む。
上述のように、連続構成の異なる条件で稼働するループ反応器と少なくとも一つの気相反応器とを使用することにより、マルチモーダル(例えばバイモーダル)プロピレンホモポリマーマトリックス(A)が得られる。
第一反応器は、スラリー反応器であるのが好ましく、バルクまたはスラリーで動作する任意の連続式もしくは単純撹拌バッチ槽反応器またはループ反応器とすることができる。バルクとは、少なくとも60%(w/w)のモノマーを含む反応媒体中の重合を意味する。本発明によれば、スラリー反応器は(バルク)ループ反応器であるのが好ましい。
第二反応器、第三反応器および任意の第四反応器は、気相反応器であるのが好ましい。このような気相反応器は、任意の機械混合式または流動床反応器とすることができる。気相反応器は、少なくとも0.2m/秒の気体流速の機械撹拌式流動床反応器を含むのが好ましい。このように、気相反応器は、機械撹拌器を備えるのが好ましい流動床型反応器であることが考えられる。
このように、好ましい実施形態では、第一反応器はループ反応器などのスラリー反応器であり、第二反応器および第三反応器は気相反応器である。したがって、本プロセスには、少なくとも三つ、好ましくは三つの重合反応器、すなわち、ループ反応器のようなスラリー反応器、第一気相反応器および第二気相反応器が連続して接続されて使用される。必要に応じて、スラリー反応器の前に予備重合反応器が置かれる。
好ましい多段階プロセスは、例えば欧州特許第0887379号、国際公開第92/12182号、国際公開第2004/000899号、国際公開第2004/111095号、国際公開第99/24478号、国際公開第99/24479号または国際公開第00/68315号等の特許文献に記載される、Borealisにより開発されたような(BORSTAR(登録商標)技術として知られる)「ループ−気相」プロセスである。
さらなる適切なスラリー−気相プロセスは、BasellのSpheripol(登録商標)プロセスである。
好ましくは、上に定義した異相ポリプロピレン組成物を生産するための本方法では、第一反応器、すなわちループ反応器のようなスラリー反応器の条件は、以下の通りとすることができる:
− 温度は、50℃〜110℃の範囲内であり、60℃〜100℃の間であるのが好ましく、62〜85℃の間であるのがより好ましく、
− 圧力は、20バール〜80バールの範囲内であり、40バール〜70バールの間であるのが好ましく、
− 公知の様式でモル質量を制御するために水素が加えられうる。
その後、第一反応器の反応混合物が、第二反応器すなわち気相反応器へ移され、ここでの条件は以下の通りであるのが好ましい:
− 温度は、50℃〜130℃の範囲内であり、60℃〜100℃の間であるのが好ましく、75〜95℃の間であるのがより好ましく、
− 圧力は、5バール〜50バールの範囲内であり、好ましくは15バール〜35バールの間であるのが好ましく、
− 公知の様式でモル質量を制御するために水素が加えられうる。
第三反応器および第四反応器の条件は、第二反応器と同様である。
滞流時間は、三つの反応器ゾーンにおいて変動しうる。
異相ポリプロピレン組成物を生産するためのプロセスの一実施形態では、バルク反応器、例えばループ反応器における滞留時間は、0.1〜3.5時間の範囲内、例えば0.15〜3.0時間であり、気相反応器における滞留時間は、0.5〜5.0時間など、通常0.2〜6.0時間である。
必要に応じて、重合は周知の様式で、超臨界条件下で第一反応器すなわちループ反応器などのスラリー反応器において、および/または凝縮モードで気相反応器において、もたらされうる。
プロセスは、以下に詳述するように、チーグラー・ナッタプロ触媒と、外部ドナーと任意に助触媒とを含む触媒系を用いた予備重合ステップも含むのが好ましい。
好ましい実施形態では、予備重合は、液体プロピレン中におけるバルクスラリー重合として行われる、すなわち、液相は、主にプロピレンを含み、微量の他の反応物および任意に不活性成分が溶解されている。
予備重合反応は、典型的に10〜60℃の温度で行われ、15〜50℃の温度で行われるのが好ましく、20〜45℃の温度で行われるのがより好ましい。
予備重合反応器内の圧力は重要ではないが、反応混合物を液相に維持するために十分に高くなければならない。したがって、圧力は20〜100バール、例えば30〜70バールでありうる。
触媒成分は、予備重合ステップにすべて導入されるのが好ましい。しかし、固体触媒成分(i)と助触媒(ii)とを別々に供給できる場合には、助触媒の一部だけを予備重合ステップに導入し、残部を後の重合段階に導入することが可能である。また、そのような場合には、予備重合段階で十分な重合反応が得られる量の助触媒を予備重合段階に導入することが必要である。
他の成分も予備重合段階に加えることが可能である。したがって、当技術分野で周知のようにプレポリマーの分子量を制御するために予備重合段階に水素を加えてもよい。さらに、粒子が互いにまたは反応器の壁に付着するのを防ぐために、帯電防止添加物を使用してもよい。
予備重合条件および反応パラメータの正確な制御は、技術の熟練の範囲内である。
本発明によれば、異相ポリプロピレン組成物は、上述のように多段階重合プロセスによって触媒系の存在下で得られる。
上に定義した異相ポリプロピレン組成物の調製のための特定のプロセスにおいて既に指摘したように、特定のチーグラー・ナッタ触媒を使用しなければならない。
したがって、ここでチーグラー・ナッタ触媒をさらに詳細に説明する。
本発明において使用される触媒は、固体チーグラー・ナッタ触媒であり、チタンなどのIUPACの第4族〜第6族の遷移金属の化合物と、マグネシウムなどの第2族金属化合物と、後でさらに詳しく述べるように非フタル酸化合物であるのが好ましく、非フタル酸エステルであるのがより好ましく、非フタル酸系ジカルボン酸類のジエステルであるのがさらに好ましい内部ドナーとを含む。このように、触媒は望ましくないフタル酸化合物を全く含まない。さらに、固体触媒は、シリカまたはMgCl2のような外部支持材料を含まず、触媒は自己担持型である。
チーグラー・ナッタ触媒(ZN−C:Ziegler−Natta catalyst)は、得られる方法によってさらに定義されうる。
したがって、チーグラー・ナッタ触媒(ZN−C)は、
a)
)任意に有機液体反応媒体中で、第2族金属化合物とヒドロキシル部分に加えて少なくとも一つのエーテル部分を含む一価アルコール(A)との反応生成物である、少なくとも第2族金属アルコキシ化合物(Ax)の溶液を提供するステップ;または、
)任意に有機液体反応媒体中で、第2族金属化合物と式ROHの一価アルコール(A)および一価アルコール(B)のアルコール混合物との反応生成物である、少なくとも第2族金属アルコキシ化合物(Ax’)の溶液;または
)任意に有機液体反応媒体中で、第2族金属化合物と一価アルコール(B)との反応生成物である、第2族アルコキシ化合物(Ax)および第2族金属アルコキシ化合物(Bx)の混合物の溶液を提供するステップ;または
)式M(OR(OR2−n−mの第2族アルコキシドまたは第2族アルコキシドM(ORn’2−n’およびM(ORm’2−m’の混合物の溶液を提供するステップであって、式中、Mは第2族金属であり、Xはハロゲンであり、RおよびRはC〜C16炭素原子の異なるアルキル基であり、nおよびmの両方が≠0、0<n’≦2および0<m’≦2の条件で、0≦n<2、0≦m<2およびn+m+(2−n−m)=2である、ステップと、
b)ステップa)からの前記溶液を、第4族〜第6族の遷移金属の少なくとも一つの化合物に加えるステップと、
c)固体触媒成分粒子を得るステップと、
ステップc)の前の任意のステップにおいて、内部電子ドナー、好ましくは非フタル酸内部ドナーを加えるステップと
を含むプロセスによって得られるのが好ましい。
内部ドナーまたはその前駆体は、ステップa)の溶液に加えられるのが好ましい。
上述の手順によれば、チーグラー・ナッタ触媒は、物理的条件、特にステップb)およびc)において用いられる温度に応じて、沈殿法により、またはエマルジョン(液/液二相系)凝固法により得られる。
両方法(沈殿またはエマルジョン−凝固)において、触媒化学は同じである。
沈殿法においては、ステップa)の溶液とステップb)の少なくとも一つの遷移金属化合物との組み合わせが行われ、反応混合物全体が少なくとも50℃に保たれ、より好ましくは55℃〜110℃の温度範囲内に保たれ、より好ましくは70℃〜100℃の範囲内に保たれて、固体粒子の形の触媒成分(ステップc)の完全な沈殿が確保される。
エマルジョン−凝固法においては、ステップb)においてステップa)の溶液が通常、少なくとも一つの遷移金属化合物に、−10〜50℃未満、好ましくは−5〜30℃等のより低い温度で加えられる。エマルジョンの撹拌の間には、温度は通常−10〜40℃未満、好ましくは−5〜30℃に保たれる。エマルジョンの分散相の液滴が、活性触媒組成物を形成する。液滴の凝固(ステップc)は、エマルジョンを70〜150℃、好ましくは80〜110℃の温度に加熱することによって行われるのが適切である。
エマルジョン−凝固法によって調製された触媒が本発明において用いられるのが好ましい。
好ましい実施形態では、ステップa)でa)またはa)の溶液、すなわち(Ax’)の溶液または(Ax)および(Bx)の混合物の溶液が使用される。
第2族金属は、マグネシウムであるのが好ましい。
マグネシウムアルコキシ化合物(Ax)、(Ax’)および(Bx)は、触媒調製プロセスの第一ステップであるステップa)において、上述のようにマグネシウム化合物をアルコール(類)と反応させることによって、in situで調製することができ、または、前記マグネシウムアルコキシ化合物は、別々に調製されたマグネシウムアルコキシ化合物でもよく、あるいは既製のマグネシウムアルコキシ化合物として市販されているものであり、本発明の触媒調製プロセスにおいてそのまま使用されてもよい。
アルコール(A)の実例は、二価アルコールのモノエーテル(グリコールモノエーテル)である。好ましいアルコール(A)は、C〜Cグリコールモノエーテルであり、エーテル基は2〜18個の炭素原子を含み、4〜12個の炭素原子を含むのが好ましい。好ましい例は、2−(2−エチルヘキシルオキシ)エタノール、2−ブチルオキシエタノール、2−ヘキシルオキシエタノールおよび1,3−プロピレン−グリコール−モノブチルエーテル、3−ブトキシ−2−プロパノールであり、2−(2−エチルヘキシルオキシ)エタノールおよび1,3−プロピレン−グリコール−モノブチルエーテル、3−ブトキシ−2−プロパノールが特に好ましい。
例示的な一価アルコール(B)は、式ROHのものであり、Rは直鎖または分岐C〜C10アルキル残基である。最も好ましい一価アルコールは、2−エチル−1−ヘキサノールまたはオクタノールである。
Mgアルコキシ化合物(Ax)および(Bx)の混合物、またはアルコール(A)および(B)の混合物は、それぞれ、Bx:AxまたはB:Aのモル比が8:1〜2:1、より好ましくは5:1〜3:1で使用および利用されるのが好ましい。
マグネシウムアルコキシ化合物は、上に定義されたアルコール(類)と、ジアルキルマグネシウム、アルキルマグネシウムアルコキシド、マグネシウムジアルコキシド、アルコキシマグネシウムハライドおよびアルキルマグネシウムハライドより選択されるマグネシウム化合物との反応生成物でありうる。アルキル基は、類似または異なるC〜C20アルキル、好ましくはC〜C10アルキルでありうる。典型的なアルキル−アルコキシマグネシウム化合物は、使用される場合には、エチルマグネシウムブトキシド、ブチルマグネシウムペントキシド、オクチルマグネシウムブトキシドおよびオクチルマグネシウムオクトキシドである。ジアルキルマグネシウムが使用されるのが好ましい。最も好ましいジアルキルマグネシウムは、ブチルオクチルマグネシウムまたはブチルエチルマグネシウムである。
前記マグネシウムアルコキシド化合物を得るために、マグネシウム化合物がアルコール(A)およびアルコール(B)に加えて式R’’(OH)の多価アルコール(C)とも反応しうることが考えられる。好ましい多価アルコールは、使用される場合には、R’’は直鎖、環式または分岐C〜C10炭化水素残基であり、mは2〜6の整数であるアルコールである。
したがってステップa)のマグネシウムアルコキシ化合物は、マグネシウムジアルコキシド、ジアリールオキシマグネシウム、アルキルオキシマグネシウムハライド、アリールオキシマグネシウムハライド、アルキルマグネシウムアルコキシド、アリールマグネシウムアルコキシドおよびアルキルマグネシウムアリールオキシドからなる群より選択される。加えて、マグネシウムジハライドおよびマグネシウムジアルコキシドの混合物が使用されうる。
本触媒の調製のために利用される溶媒は、5〜20個の炭素原子、より好ましくは5〜12個の炭素原子をもつ芳香族および脂肪族直鎖、分岐および環式炭化水素またはそれらの混合物の中から選択されうる。好適な溶媒には、ベンゼン、トルエン、クメン、キシロール、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタンおよびノナンが含まれる。ヘキサンおよびペンタンが特に好ましい。
Mg化合物は通常、上に示したように溶媒中の10〜50重量%溶液として提供される。典型的な市販のMg化合物、特にジアルキルマグネシウム溶液は、トルエンまたはヘプタン中の20〜40重量%溶液である。
マグネシウムアルコキシ化合物の調製のための反応は、40℃〜70℃の温度で行われうる。最も適切な温度は、Mg化合物および使用するアルコール(類)に応じて選択される。
第4族〜第6族の遷移金属化合物はチタン化合物であるのが好ましく、TiClなどのハロゲン化チタンであるのが最も好ましい。
本発明において使用される触媒の調製において使用される非フタル酸内部ドナーは、非フタル酸カルボン酸(二)酸類の(ジ)エステル類、1,3−ジエーテル類、それらの誘導体および混合物より選択されるのが好ましい。特に好ましいドナーは、モノ不飽和ジカルボン酸のジエステル類、特にマロネート類、マレエート類、スクシネート類、シトラコネート類、グルタレート類、シクロヘキセン−1,2−ジカルボキシレート類およびベンゾエート類、ならびにそれらの任意の誘導体および/または混合物を含む群に属するエステル類である。好ましい例は、例えば置換マレエート類およびシトラコネート類、最も好ましくはシトラコネート類である。
エマルジョン法において、単純な撹拌と、任意に(さらなる)溶媒(単数または複数)ならびに添加物、例えばエマルジョンの形成を促進するためおよび/またはエマルジョンを安定させるために当技術分野で公知の方法で使用される乱流最小化剤(TMA:turbulence minimizing agent)および/または乳化剤および/または界面活性剤のようなエマルジョン安定剤等を添加することとによって、二相液−液系が形成されうる。界面活性剤は、アクリルまたはメタクリル系ポリマーであるのが好ましい。特に好ましいのは、ポリ(ヘキサデシル)−メタクリレートおよびポリ(オクタデシル)−メタクリレートならびにそれらの混合物等の非分岐C12〜C20(メタ)アクリレートである。乱流最小化剤(TMA)は、使用される場合には、ポリオクテン、ポリノネン、ポリデセン、ポリウンデセンもしくはポリドデセンまたはそれらの混合物など、6〜20個の炭素原子をもつα−オレフィンモノマーのα−オレフィンポリマーより選択されるのが好ましい。最も好ましいのは、ポリデセンである。
沈殿またはエマルジョン−凝固法によって得られる固体粒状産物は、芳香族および/または脂肪族炭化水素類、好ましくはトルエン、ヘプタンまたはペンタンで、少なくとも一度、好ましくは少なくとも二度、最も好ましくは少なくとも三度洗浄されうる。触媒は、蒸発または窒素フラッシングによってさらに乾燥されることができ、または乾燥ステップを何ら用いずに油性液体にスラリー化されることができる。
最終的に得られたチーグラー・ナッタ触媒は、一般に平均粒度の範囲が5〜200μmであり、10〜100μmであるのが好ましい粒子の形であるのが望ましい。粒子は、密で気孔率が低く、表面積が20g/m未満であり、10g/m未満であるのがより好ましい。通常、Tiの量は触媒組成物の1〜6重量%、Mgが10〜20重量%、ドナーが10〜40重量%である。
触媒の調製の詳細な説明は、参照により本明細書に組み込まれる国際公開第2012/007430号、欧州特許第2610271号、欧州特許第261027号および欧州特許第2610272号に開示される。
チーグラー・ナッタ触媒は、アルキルアルミニウム助触媒および任意に外部ドナーと関連して使用されるのが好ましい。
本重合プロセスにおけるさらなる成分として、外部ドナーが存在するのが好ましい。好適な外部ドナーには、特定のシラン類、エーテル類、エステル類、アミン類、ケトン類、複素環化合物およびこれらのブレンドが含まれる。シランを使用するのが特に好ましい。一般式
Si(OR(4−p−q)
のシラン類を使用するのが最も好ましく、式中、R、RおよびRは炭化水素ラジカル、特にアルキルまたはシクロアルキル基を表し、pおよびqは0〜3の範囲の数であり、合計p+qが3以下である。R、RおよびRは互いに独立して選択されることができ、同じでも異なってもよい。このようなシラン類の具体例は、(tert−ブチル)Si(OCH、(シクロヘキシル)(メチル)Si(OCH、(フェニル)Si(OCH、および(シクロペンチル)Si(OCH、または一般式
Si(OCHCH(NR
のものであり、式中、RおよびRは同じでも異なってもよく、1〜12個の炭素原子をもつ炭化水素基を表す。
およびRは、1〜12個の炭素原子をもつ直鎖脂肪族炭化水素基、1〜12個の炭素原子をもつ分岐脂肪族炭化水素基および1〜12個の炭素原子をもつ環式脂肪族炭化水素基からなる群より独立して選択される。RおよびRは、メチル、エチル、n−プロピル、n−ブチル、オクチル、デカニル、イソ−プロピル、イソ−ブチル、イソ−ペンチル、tert.−ブチル、tert.−アミル、ネオペンチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、メチルシクロペンチルおよびシクロヘプチルからなる群より独立して選択されるのが特に好ましい。
およびRの両者は同じであるのがより好ましく、RおよびRの両者はエチル基であるのがさらに好ましい。
特に好ましい外部ドナーは、ジシクロペンチルジメトキシシランドナー(D−ドナー)またはシクロヘキシルメチルジメトキシシランドナー(C−ドナー)である。
チーグラー・ナッタ触媒および任意の外部ドナーに加えて、助触媒が使用されることができる。助触媒は、周期表(IUPAC)の第13族の化合物、例えば有機金属アルミニウム化合物、例えばアルミニウムアルキル、アルミニウムハライドまたはアルミニウムアルキルハライド化合物のようなアルミニウム化合物等であるのが好ましい。したがって、一つの特定の実施形態では、助触媒は、トリアルキルアルミニウム、例えばトリエチルアルミニウム(TEAL:triethylaluminium)、ジアルキルアルミニウムクロリドもしくはアルキルアルミニウムジクロリドまたはそれらの混合物である。一つの特定の実施形態では、助触媒は、トリエチルアルミニウム(TEAL)である。
助触媒(Co)と外部ドナー(ED)との間の比率[Co/ED]および/または助触媒(Co)と遷移金属(TM)との間の比率[Co/TM]は、慎重に選択されるのが好ましい。
したがって、
(a)外部ドナー(ED)に対する助触媒(Co)のmol比[Co/ED]は、5〜45の範囲内でなければならず、5〜35の範囲内であるのが好ましく、5〜25の範囲内であるのがより好ましく;任意に、
(b)チタン化合物(TC)に対する助触媒(Co)のmol比[Co/TC]は、80超〜500の範囲内でなければならず、100〜350の範囲内であるのが好ましく、120〜300の範囲内であるのがさらに好ましい。
本発明による異相ポリプロピレン組成物は、
(a)IUPACの第4族〜第6族の遷移金属の化合物(TC)と、第2族金属化合物と内部ドナーとを含むチーグラー・ナッタ触媒であって、前記内部ドナーは、非フタル酸化合物であり、非フタル酸エステルであるのが好ましく、非フタル酸系ジカルボン酸のジエステルであるのがより好ましい、チーグラー・ナッタ触媒と;
(b)任意に助触媒(Co)と、
(c)任意に外部ドナー(ED)と
の存在下で生産されるのが好ましい。
内部ドナー(ID)は、任意に置換されたマロネート類、マレエート類、スクシネート類、グルタレート類、シクロヘキセン−1,2−ジカルボキシレート類、ベンゾエート類ならびにそれらの誘導体および/または混合物より選択されるのが好ましく、内部ドナー(ID)は、シトラコネートであるのが好ましい。加えてまたは代わりに、外部ドナー(ED)に対する助触媒(Co)のモル比[Co/ED]は、5〜45である。
本発明の異相ポリプロピレン組成物が、成分(D)のα核形成剤も含む場合、異相ポリプロピレン組成物はその後α核形成される。
α−核形成剤および任意にさらなる添加物は、一連の反応器の最終反応器から集められた異相ポリプロピレン組成物に加えられる。異相ポリプロピレン組成物が上に定義した画分を調合することによって調製される場合には、任意の添加物が一緒にまたは前記調合ステップの後に加えられうる。
これらの添加物は、ワンステップの調合プロセスにおいて押出プロセスの前または押出プロセスの間に組成物に混入されるのが好ましい。あるいは、マスターバッチが作られ、異相ポリプロピレン組成物がまず添加物の一部だけと混合されてもよい。
混合には、従来の調合またはブレンディング装置、例えばバンバリーミキサ、2−ロールラバーミル、ブスコニーダまたは二軸押出機が使用されうる。二軸押出機は、一緒に回転してもよいし、逆回転してもよいが、一緒に回転するのが好ましい。組成物は、ポリマーを軟化し可塑化するために十分に高い温度で添加物をポリマー材料と一緒にブレンドすることによって調製されるのが好ましい。押出機の運転で用いる温度および圧力は、当技術分野において周知である。温度は通常、150〜350℃の範囲から選択されうる。押出に用いる圧力は、50〜500バールであるのが好ましい。押出機から回収されるポリマー材料は、通常ペレットの形である。それからこれらのペレットが、好ましくは例えば射出成形によってさらに処理されて、本発明の組成物の物品および製品が生成される。
本発明の異相ポリプロピレン組成物のさらなるポリプロピレンホモポリマーマトリックス材料(A)との前述の任意のブレンディングは、核形成剤および他の添加物またはマスターバッチの添加の前にまたはそれと組み合わせて実行されるのが好ましい。
このように、さらなる実施形態では、上述のように調製された異相ポリプロピレン組成物が、さらなるポリプロピレンホモポリマーマトリックス材料(A)とブレンドされる。
本実施形態では、上述のように調製された異相ポリプロピレン組成物は、「ベース異相ポリプロピレン組成物」と呼称される。
上述のプロセスの第一気相反応器の後に得られるポリプロピレンホモポリマーマトリックス材料(A)が、ブレンドパートナーとしてとられ、これにより「ベース異相ポリプロピレン組成物」の「希釈」が生じ、特定量の追加のポリプロピレンホモポリマーマトリックス材料(A)を慎重に添加することによって、XCS画分の特性が、XCSの量および機械的性能の観点から最適化されることができる。
このようなブレンドは、75〜99重量%、好ましくは80〜95重量%、より好ましくは85〜93重量%の「ベース異相ポリプロピレン組成物」、および1.0〜25重量%、好ましくは5〜20重量%、より好ましくは7〜15重量%の追加のポリプロピレンホモポリマーマトリックス材料(A)を含むのが好ましい。
ブレンドには、再び従来の調合またはブレンド装置、例えばバンブリーミキサ、2−ロールラバーミル、ブスコニーダまたは二軸押出機が使用されうる。二軸押出機は一緒に回転してもよいし逆回転してもよいが、一緒に回転するのが好ましい。
異相ポリプロピレン組成物の使用
本発明のさらなる実施形態によれば、本発明の異相ポリプロピレン組成物ならびに前記組成物の充填材または強化材との組み合わせは、ポーチおよびバッグ、パイプおよび付属品、輸送包装容器のほか、ダッシュボード、ドアクラッディング、コンソール、バンパーおよびトリムのような車の外装および内装用部品等の、フィルム、押出、ブロー成形または射出成形された物品の生産のために使用される。
さらに、本発明は、本発明の異相ポリプロピレン組成物または前記組成物の充填材または強化材との組み合わせで作られた物品、特にフィルム、押出、ブロー成形または射出成形された物品も目的とする。
物品は、射出成形、押出ブロー成形、射出延伸ブロー成形またはキャストフィルム押出のような熱可塑性ポリマーに適した任意の一般的な変換プロセスによって生産される。
本発明の異相ポリプロピレン組成物が充填材または強化材と組み合わせられる場合には、前記充填材または強化材の含量は、異相ポリプロピレン組成物に基づいて30重量%未満であり、25重量%未満であるのが好ましく、22重量%未満であるのがより好ましい。
実験部分
A.測定方法
別段の定めがない限り、以下の用語および決定方法の定義が、特許請求の範囲を含む本発明の上述の一般的説明ならびに以下の実施例に当てはまる。
NMR分光法によるミクロ構造の定量
定量的核磁気共鳴(NMR:nuclear−magnetic resonance)分光法を用いて、プロピレンホモポリマーのアイソタクティシティおよびレギオ規則性を定量した。
Hおよび13Cにつきそれぞれ400.15および100.62MHzで動作するBruker Advance III 400NMR分光計を用いて溶液状態で定量的13C{H}NMRスペクトルを記録した。すべてのスペクトルを、13Cに最適化された10mmの拡張温度プローブヘッドを使用して125℃ですべての空気圧に窒素ガスを使用して記録した。
プロピレンホモポリマーでは、約200mgの材料を1,2−テトラクロロエタン−d(TCE−d)に溶解した。均質の溶液を確保するために、ヒートブロックにおける最初のサンプル調製の後、NMRチューブを、回転(rotatary)オーブンで少なくとも一時間さらに加熱した。マグネットに挿入し、チューブを10Hzで回転させた。このセットアップは、タクティシティ分布定量に必要な高分解能のために主に選択された(Busico,V.,Cipullo,R.,Prog.Polym.Sci.26(2001)443;Busico,V.;Cipullo,R.,Monaco,G.,Vacatello,M.,Segre,A.L.,Macromolecules 30(1997)6251)。NOEおよびバイレベルWALTZ16デカップリングスキーム(Zhou,Z.,Kuemmerle,R.,Qiu,X.,Redwine,D.,Cong,R.,Taha,A.,Baugh,D.Winniford,B.,J.Mag.Reson.187(2007)225;Busico,V.,Carbonniere,P.,Cipullo,R.,Pellecchia,R.,Severn,J.,Talarico,G.,Macromol.Rapid Commun.2007,28,11289)を利用して、標準的シングルパルス励起を用いた。スペクトルあたり合計8192(8k)のトランジェントが得られた。
定量的13C{H}NMRスペクトルを処理し、積分し、専用のコンピュータプログラムを使用して積分値から関連の定量的特性を決定した。
プロピレンホモポリマーについて、すべての化学シフトは、21.85ppmのメチルアイソタクチックペンタッド(mmmm)を内部標準とする。
レギオ欠陥(Resconi,L.,Cavallo,L.,Fait,A.,Piemontesi,F.,Chem.Rev.2000,100,1253;;Wang,W−J.,Zhu,S.,Macromolecules 33(2000),1157;Cheng,H.N.,Macromolecules 17(1984),1950)またはコモノマーに対応する特徴的シグナルが観察された。
23.6〜19.7ppmの間のメチル領域の積分によってタクティシティ分布を定量し、目的のステレオシーケンスに関連しない部位を補正した(Busico,V.,Cipullo,R.,Prog.Polym.Sci.26(2001)443;Busico,V.,Cipullo,R.,Monaco,G.,Vacatello,M.,Segre,A.L.,Macromolecules 30(1997)6251)。
特に、ステレオシーケンスの特定の積分領域からの代表的なレギオ欠陥およびコモノマー積分値の減算によって、レギオ欠陥およびコモノマーのタクティシティ分布の定量に対する影響を補正した。
アイソタクティシティをペンタッドレベルで決定し、すべてのペンタッドシーケンスに対するアイソタクチックペンタッド(mmmm)シーケンスの百分率として報告した:
[mmmm]%=100(mmmm/すべてのペンタッドの合計)
17.7および17.2ppmの二つのメチル部位の存在下で2,1エリスロレギオ欠陥の存在が示され、他の特徴的部位によって確認された。他のタイプのレギオ欠陥に対応する特徴的シグナルは、観察されなかった(Resconi,L.,Cavallo,L.,Fait,A.,Piemontesi,F.,Chem.Rev.2000,100,1253)。
17.7および17.2ppmの二つの特徴的メチル部位の平均積分値を用いて、2,1エリスロレギオ欠陥の量を定量した:
21e=(Ie6+Ie8)/2
1,2一次挿入プロペンの量をメチル領域に基づいて定量し、一次挿入に関係しないこの領域に含まれる部位およびこの領域から除外される一次挿入部位につき補正を行った:
12=ICH3+P12e
プロペンの総量を、一次挿入プロペンおよび他のすべての存在するレギオ欠陥の合計として定量した:
total=P12+P21e
すべてのプロペンに対して2,1エリスロレギオ欠陥のモルパーセントを定量した:
[21e] mol.%=100(P21e/Ptotal
NMR分光法によるコモノマーの決定
定量的核磁気共鳴(NMR)分光法をさらに用いて、ポリマーのコモノマー含量およびコモノマーシーケンス分布を定量した。Hおよび13Cにつきそれぞれ400.15および100.62MHzで動作するBruker Advance III 400NMR分光計用いて溶液状態で定量的13C{H}NMRスペクトルを記録した。すべてのスペクトルを、13Cに最適化された10mmの拡張温度プローブヘッドを使用して125℃ですべての空気圧に窒素ガスを使用して記録した。約200mgの材料を、クロミウム−(III)−アセチルアセトネート(Cr(acac))とともに3mlの1,2−テトラクロロエタン−d(TCE−d)に溶解し、溶媒中の緩和剤の65mMの溶液を得た(Singh,G.,Kothari,A.,Gupta,V.,Polymer Testing 28 5(2009),475)。均質の溶液を確保するために、ヒートブロックにおける最初のサンプル調製の後、NMRチューブを、回転(rotatary)オーブンで少なくとも一時間さらに加熱した。マグネットに挿入し、チューブを10Hzで回転させた。このセットアップは、高分解能のために主に選択され、正確なエチレン含量定量のために定量的に必要であった。NOEを用いずに、最適化されたチップ角、1秒のリサイクル遅延およびバイレベルWALTZ16デカップリングスキーム(Zhou,Z.,Kuemmerle,R.,Qiu,X.,Redwine,D.,Cong,R.,Taha,A.,Baugh,D.Winniford,B.,J.Mag.Reson.187(2007)225;Busico,V.,Carbonniere,P.,Cipullo,R.,Pellecchia,R.,Severn,J.,Talarico,G.,Macromol.Rapid Commun.2007,28,1128)を利用して、標準的シングルパルス励起を用いた。スペクトルあたり合計6144(6k)のトランジェントが得られた。
定量的13C{H}NMRスペクトルを処理し、積分し、専用のコンピュータプログラムを使用して積分値から関連の定量的特性を決定した。すべての化学シフトは、溶媒の化学シフトを使用して、30.00ppmのエチレンブロック(EEE)の中心メチレン基を間接的に基準とした。このアプローチは、この構造単位が存在しないときでも同等の基準を可能にした。エチレンの取り込みに対応する特徴的シグナルが観察された(Cheng,H.N.,Macromolecules 17(1984),1950)。
2,1エリスロレギオ欠陥に対応する特徴的シグナルが観察され(L.Resconi,L.Cavallo,A.Fait,F.Piemontesi,Chem.Rev.2000,100(4),1253,Cheng,H.N.,Macromolecules 1984,17,1950、ならびにW−J.WangおよびS.Zhu,Macromolecules 2000,33 1157に記載の通り)、決定された特性に対するレギオ欠陥の影響の補正が必要だった。他のタイプのレギオ欠陥に対応する特徴的シグナルは観察されなかった。
Wangらの方法(Wang,W−J.,Zhu,S.,Macromolecules 33(2000),1157)を用いて、13C{H}スペクトルのスペクトル領域全体にわたる複数のシグナルの積分によって、コモノマー画分を定量した。この方法は、その安定性と必要に応じてレギオ欠陥の存在を考慮する能力により選択された。広範囲の遭遇したコモノマー含量にわたる適用可能性を高めるために、積分領域をわずかに調整した。
PPEPPシーケンスにおける孤立エチレンだけが観察された系では、存在しないことが知られている部位のゼロでない積分値の影響を低下させるためにWangらの方法を修正した。このアプローチは、そのようなシステムでのエチレン含量の過大評価を減らし、絶対的エチレン含量を決定するために使用する部位数の:
E=0.5(Sββ+Sβγ+Sβδ+0.5(Sαβ+Sαγ))
への減少によって達成された。
この部位のセットを用いると、対応する積分方程式は、Wangらの論文(Wang, W−J.,Zhu,S.,Macromolecules 33(2000),1157)において使用されるのと同じ表記法を使用して、:
E=0.5(I+I+0.5(I+I))
となる。絶対的プロピレン含量に使用する方程式は修正しなかった。
コモノマー取り込みのモルパーセントを、モル分率から計算した:
E[mol%]=100fE
コモノマー取り込みの重量パーセントを、モル分率から計算した:
E[重量%]=100(fE28.06)/((fE28.06)+((1−fE)42.08))
三連子レベルのコモノマーシーケンス分布を、Kakugoらの分析法(Kakugo,M.,Naito,Y.,Mizunuma,K.,Miyatake,T.Macromolecules 15(1982)1150)を用いて決定した。この方法は、その安定性のために選択され、より広範囲のコモノマー含量に適用可能性を高めるように積分領域をわずかに調整した。
室温のキシレン可溶性画分(XCS、重量%):キシレンに可溶性のポリマーの量を、ISO16152;第5版;2005−07−01にしたがって25℃で決定する。
固有粘度(iV)
固有粘度(V)値は、ポリマーの分子量とともに増加する。例えばXCSのiV値を、ISO1628/1にしたがってデカリン中135℃で測定した。
DSC分析、融解温度(T)、融解エンタルピー(H)、結晶化温度(T)および結晶化エンタルピー(H):TA Instrument Q200示差走査熱量測定(DSC:differential scanning calorimetry)によって5〜7mgのサンプルで測定した。DSCを、ISO11357/第3部/方法C2にしたがって、加熱/冷却/加熱サイクルで、10℃/分の走査速度で、−30〜+225℃の温度範囲で行う。結晶化温度(T)および結晶化エンタルピー(H)は冷却ステップから決定し、融解温度(T)および融解エンタルピー(H)は第二加熱ステップからウェブの場合には第一加熱ステップからそれぞれ決定する。
ガラス転移温度Tgは、ISO6721−7にしたがって動機械的熱分析により決定する。圧縮成形サンプル(40×10×1mm)に対して、ねじれモードで、−100℃〜+150℃の間で、2℃/分の加熱速度および1Hzの周波数で測定を行う。
MFR(230℃)は、ISO1133(230℃、2.16kg荷重)にしたがって測定する。
メルトフローレートは、MFR2としてポリプロピレンではISO1133 15(230℃、2.16kg荷重)にしたがって、ポリエチレンではISO1133(190℃、2.16kg荷重)にしたがって測定し、g/10分で表す。MFRは、ポリマーの流動性、したがって処理可能性の指標である。メルトフローレートが高いほど、ポリマーの粘度が低くなる。
画分(A)の存在下で生産された画分(B)のMFR2は、画分(A)のMFR2および画分(B)を生産した後に得られる混合物(「最終」)のMFR2の測定値を用いて計算する:
Log(MFR最終)=重量分率(A)*Log(MFR)+重量分率(B)*Log(MFR
揮発性物質の総排出量
ポリマーの総排出量を、ガスクロマトグラフおよびヘッドスペース法を用いたVDA277:1995によるマルチプルヘッドスペース抽出を用いて決定した。器材は、30mの長さおよび0.25mm×2.5μmの内径(0.25マイクロメートル膜厚)のWCOTキャピラリーカラム(ワックスタイプ)を備えたHewlett Packardガスクロマトグラフとした。炎イオン化検出器を、燃料ガスの水素とともに用いた。
GC設定は以下の通りであった:50℃で3分等温、12K/分で200℃に昇温、200℃で4分等温、注入温度:200℃、検出温度:250℃、キャリアヘリウム、フローモードスプリット1:20および平均キャリア速度22〜27cm/秒。
ガスクロマトグラフィ分析および炎イオン化検出の後に排出物質によって提供されたすべての値の合計にもとづいて、アセトンを較正標準として排出可能性を測定した。サンプル導入(ペレット、約1グラム)は、測定前に120℃で5時間コンディショニング後、ヘッドスペース分析(10mlヘッドスペースバイアル)によった。
単位は、μgC/g(サンプル1gあたりのμg炭素)、それぞれppmである。
収縮率
ISO1873にしたがって、空洞を有する型に射出成形機により樹脂を射出成形して150×80×2mmのプレートを形成することによって収縮率を決定する。室温で96時間冷却した後、プレートの長さおよび幅を決定して、縦方向および横方向の収縮率を百分率で計算する。
シャルピーノッチ付き衝撃強度
シャルピーノッチ付き衝撃強度は、ISO179/1eAにしたがって、+23℃および−20℃で、ISO1873にしたがって生産された射出成形試験試料(80×10×4mm)を用いて測定する。
曲げ弾性率:
曲げ弾性率は、ISO178にしたがった三点曲げにおいて、EN ISO1873−2にしたがって23℃で射出成形された80×10×4mmの試験バーで決定した。
引張弾性率:
引張弾性率は、ENISO1873−2にしたがって生産され、ISO527−2(1B)にしたがって180℃または200℃で成形された射出成形試料(ドッグ10ボーン形状、4mm厚)を使用して、ISO527−1(クロスヘッド速度1mm/分)にしたがって23℃で測定した。
粉体流動性:
粉体流動性は、ISO6186:1998、Method Aにしたがった粉体流動性試験によって測定した。
B.実施例
本発明の実施例(IE1〜5)の異相ポリプロピレン組成物の重合プロセスにおいて使用する触媒は、以下のように調製した。
使用化学薬品:
Chemturaにより提供されたブチルエチルマグネシウム(Mg(Bu)(Et),BEM)のトルエン中20%溶液
Amphochemにより提供された2−エチルヘキサノール
Dowにより提供された3−ブトキシ−2−プロパノール−(DOWANOL(商標)PnB)
SynphaBaseにより提供されたビス(2−エチルヘキシル)シトラコネート
Millenium Chemicalsにより提供されたTiCl
Aspokemにより提供されたトルエン
Evonikにより提供されたViscoplex(登録商標)1−254
Chevronにより提供されたヘプタン
Mgアルコキシ化合物の調製
20lステンレススチール反応器において、4.7kgの2−エチルヘキサノールと1.2kgのブトキシプロパノールの混合物を、ブチルエチルマグネシウム(Mg(Bu)(Et))のトルエン中20重量%溶液11kgに、撹拌(70rpm)しながら添加することにより、Mgアルコキシド溶液を調製した。添加の間、反応器の内容物を45℃未満に維持した。添加を完了したあと、反応混合物の混合(70rpm)を60℃で30分間続けた。室温に冷却後、温度を25℃未満に保ちながら、2.3kgのドナー、ビス(2−エチルヘキシル)シトラコネートを、Mg−アルコキシド溶液に加えた。混合を、撹拌(70rpm)下で15分間続けた。
固体触媒成分の調製
20.3kgのTiClおよび1.1kgのトルエンを、20lステンレススチール反応器に加えた。350rpm混合下で温度を0℃に保ちながら、実施例1で調製したMgアルコキシ化合物14.5kgを、1.5時間の間に加えた。1.7lのViscoplex(登録商標)1−254および7.5kgのヘプタンを加え、0℃で1時間混合の後、形成されたエマルジョンの温度を1時間以内に90℃に上げた。30分後に混合を停止し、触媒液滴が凝固し、形成された触媒粒子を沈殿させた。沈降(1時間)後、上清液を吸い取った。それから、トルエン45kgを用いて触媒粒子を90℃で20分間洗浄した後、ヘプタンで二回洗浄した(30kg、15分)。最初のヘプタン洗浄の間には、温度を50℃に、二回目の洗浄の間には室温に下げた。
このようにして得られた触媒を、助触媒としてのトリエチルアルミニウム(TEAL)およびドナーとしてのジ(シクロペンチル)ジメトキシシラン(D−ドナー)とともに用いた。
外部ドナー(ED)に対する助触媒(Co)のモル比[Co/ED]およびチタン化合物(TC)に対する助触媒(Co)のモル比[Co/TC]を表1に示す。
予備重合反応器と、ループ反応器と、二つまたは三つの気相反応器とを含むBorstarパイロットプラントにおいて重合を実行した。重合条件も、表1に示している。
個々の反応器から得られる製品の特性は、当然ながら均質化材料ではなく反応器サンプル(抜き取りサンプル)で測定する。最終樹脂の特性は、均質化材料で測定し、後述のように押出混合プロセスにおいて均質化材料で作られたペレットでMFRを測定する。
発明の実施例、実施例6では、実施例2で得られたポリマーを「ベース異相ポリプロピレン組成物」としてその後ブレンドした。
ブレンドパートナーとして、実施例2の上述の触媒を用いて上述の重合条件下で予備重合、ループ反応器(R1)および第一GPR(R2)において生産されたプロピレンホモポリマーマトリックスポリマー(PP−H)を用いた。
実施例6:90重量%の「ベース異相ポリプロピレン組成物」(実施例2)と10重量%のプロピレンホモポリマー(PP−H)とを含むブレンド
ブレンドを、添加物の混合と組み合わせて、Coperion W&P ZSK40二軸押出機において、220〜240℃の温度範囲で行った。
すべての樹脂の使用添加物:BASF AGにより供給された0.1重量%のペンタエリスリチル−テトラキス(3−(3’,5’−ジ−tert.ブチル−4−ヒドロキシフェニル)−プロピオネート、(CAS−no.6683−19−8、商品名Irganox1010)、BASF AGにより供給された0.1重量%のトリス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)フォスフェート(CAS−no.31570−04−4、商品名(trade 10 name)Irgafos168)、およびCroda Polymer Additivesにより供給された0.05重量%のステアリン酸カルシウム(CAS−no.1592−23−0)。
比較例CE1およびCE2については、以下の異相ポリプロピレンポリマーを以下に記載のように調製した。
比較例CE1
CE1の場合には、Basellから市販されるZN104を使用した。
比較例CE2およびCE3
CE2およびCE3の触媒調製
まず、0.1モルのMgCl×3EtOHを、不活性条件下において大気圧で反応器中の250mlのデカンに懸濁した。溶液を−15℃の温度に冷却し、温度を前記レベルに維持しながら300mlの冷TiClを加えた。それから、スラリーの温度をゆっくり20℃に上げた。この温度で、0.02モルのフタル酸ジオクチル(DOP)をスラリーに添加した。フタル酸エステルの添加後、温度を90分の間に135℃に上げ、スラリーを60分間静置した。それから、さらに300mlのTiClを加え、温度を135℃で120分間保った。その後、触媒を液体から濾過し、80℃のヘプタン300mlで六回洗浄した。それから固体触媒成分を濾過し、乾燥した。
触媒およびその調製コンセプトは、例えば公開特許、欧州特許第491566号、第591224号および第586390号に一般的に記載されている。
触媒を、さらに修飾した(触媒のVCH修飾)。
35mlの鉱油(Paraffinum Liquidum PL68)を、125mlのステンレススチール反応器に加えた後、0.82gのトリエチルアルミニウム(TEAL)および0.33gのジシクロペンチルジメトキシシラン(ドナーD)を、不活性条件下で、室温で加えた。10分後に、上で調製した触媒5.0g(Ti含量1.4重量%)を加え、さらに20分後に、5.0gのビニルシクロヘキサン(VCH)を加えた。温度を30分間で60℃に上げ、そこで20時間保った。最後に、温度を20℃に下げ、油/触媒混合物中の未反応VCHの濃度を分析し、200ppm重量であるとわかった。
CE1にもCE2にも、外部ドナーとしてジ(シクロペンチル)ジメトキシシラン(ドナーD)を用いた。
比較例CE4:
触媒をさらに修飾しなかった(触媒のVCH修飾を行わなかった)ことを除き、CE2と同じ触媒を用いた(上述の触媒調製を参照)。
比較例CE5:
比較例5のCE5は、実施例1および実施例2に使用した触媒を用いて、実施例2のような四つの反応器セットアップにおいて調製した。
比較例CE6およびCE7は、ブレンドである。
ブレンドを調製するために、実施例2で得られたポリマーを「ベース異相ポリプロピレン組成物」とし、その後ブレンドした。
ブレンドパートナーとして、実施例2の上述の触媒を用いて上述の重合条件下で予備重合、ループ反応器(R1)および第一GPR(R2)において生産されたプロピレンホモポリマーマトリックスポリマー(PP−H)を用いた。(表2に条件が示される)。
CE6:40重量%の「ベース異相ポリプロピレン組成物」(実施例2)と60重量%のプロピレンホモポリマー(PP−H)とを含むブレンド。
CE7:20重量%の「ベース異相ポリプロピレン組成物」(実施例2)と80重量%のプロピレンホモポリマー(PP−H)とを含むブレンド。
比較例8のポリマーは、実施例2の上述の触媒を用いて上述の重合条件下で予備重合、ループ反応器(R1)および第一GPR(R2)において生産されたプロピレンホモポリマーマトリックスポリマー(PP−H)である。(表2に条件が示される)。
個々の反応器から得られる製品の特性は、当然ながら均質化材料ではなく反応器サンプル(抜き取りサンプル)で測定する。最終樹脂の特性は、均質化材料で測定し、後述のように押出混合プロセスにおいて均質化材料で作られたペレットでMFRを測定する。
すべての樹脂を二軸押出機で、BASF AGにより供給された0.1重量%のペンタエリスリチル−テトラキス(3−(3’,5’−ジ−tert.ブチル−4−ヒドロキシフェニル)−プロピオネート(CAS−no.6683−19−8、商品名Irganox1010)、BASF AGにより供給された0.1重量%のトリス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)フォスフェート(CAS−no.31570−04−4、商品名(trade 10 name)Irgafos168)、およびCroda Polymer Additivesにより供給された0.05重量%のステアリン酸カルシウム(CAS−no.1592−23−0)とともに混合した。
ポリマー特性を、表5および表6に列挙する。
表5および表6から
表5および6から、本発明の異相ポリプロピレン組成物が比較例と比較して有利な衝撃強さ/剛性バランスを維持しながら、相当する高い粉体流動性、低減された排出量および低い収縮率を有することが明らかに分かる。
このことは、実施例1ならびにCE1およびCE5に関連する図1から、さらに図2〜4からも分かる。

Claims (17)

  1. (A)13C−NMR分光法により決定されるペンタッド濃度が96mol%超であり、ISO1133にしたがって230℃および2.16kgの荷重で決定されるマトリックスメルトフローレート(MFR)が15〜200g/10分の範囲内である、48〜78重量%の結晶性アイソタクチックプロピレンホモポリマーマトリックスと、
    (B)分散粒子として組成物中に存在する、25〜48重量%のエチレンおよび/または4〜10個の炭素原子をもつα−オレフィンを含む、22〜52重量%の非晶質のプロピレンコポリマーと、
    (C)(B)の前記分散粒子の包含物として組成物中に存在する、3〜10個の炭素原子をもつα−オレフィンを含む、0.0〜5.0重量%の結晶性エチレンコポリマーと、
    (D)アイソタクチックポリプロピレンのα相および/またはγ相のための、0〜1.0重量%のα核形成剤と
    を含む異相ポリプロピレン組成物であって、
    (i)ISO1133にしたがって230℃および2.16kgの荷重で決定される総メルトフローレート(MFR)が、2.0〜50g/10分の範囲内であり、
    (ii)ISO16152にしたがって25℃で決定されるキシレン可溶画分(XCS)が、22〜52重量%の範囲内であり、
    (iii)DIN ISO1628/1にしたがってデカリン中135℃で測定される前記XCS画分の固有粘度が、2.5〜9.0dl/gの範囲内であり、
    (iv)前記XCS画分のブロックエチレンシーケンスに対する孤立エチレンシーケンスの相対含量(I(E))は、不等式(I)
    I(E)<78−1.97×C+0.015×(C)
    を満たし、式中、Cは前記XCS画分のコモノマー含量[重量%]であり、
    前記I(E)含量は、式(II)

    によって定義され、式中、
    I(E)は、ブロックエチレンシーケンスに対する孤立エチレンシーケンスの相対含量[%]であり;
    fPEPは、サンプル中のプロピレン/エチレン/プロピレンシーケンス(PEP)のモル分率であり;
    fPEEは、サンプル中のプロピレン/エチレン/エチレンシーケンス(PEE)およびエチレン/エチレン/プロピレンシーケンス(EEP)のモル分率であり;
    fEEEは、サンプル中のエチレン/エチレン/エチレンシーケンス(EEE)のモル分率であり、
    ここですべてのシーケンス濃度は、13C−NMRデータの統計的三連子分析に基づくこと
    をさらに特徴とする、異相ポリプロピレン組成物。
  2. MFR/MFRの比は、0.5以下である、請求項1に記載の異相ポリプロピレン組成物。
  3. ISO11357にしたがったDSC分析からの融点(T)が160〜170℃の範囲内である前記結晶性アイソタクチックプロピレンホモポリマーマトリックス(A)と、任意にISO11357にしたがったDSC分析からの融点が105〜130℃の範囲内である結晶性エチレンコポリマー(C)とを有する、請求項1または2に記載の異相ポリプロピレン組成物。
  4. ISO178にしたがって80×10×4mmの射出成形試料で決定された曲げ弾性率(FM)が500〜1100MPaの範囲内であるか、またはISO527−1にしたがって23℃(クロスヘッドスピード1mm/分)で測定された引張弾性率(TM)が500〜1100MPaの範囲内であり、さらにISO179 1eAにしたがって23℃で80×10×4mmの射出成形試料で決定されたシャルピーノッチ付き衝撃強度(NIS)が少なくとも10.0kJ/mであることを特徴とする、請求項1、2または3に記載の異相ポリプロピレン組成物。
  5. エチレンおよび4〜10個の炭素原子を有するα−オレフィンの含量の合計として定義される総コモノマー含量が、6.0〜26.0重量%の範囲内である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の異相ポリプロピレン組成物。
  6. 前記結晶性アイソタクチックプロピレンホモポリマーマトリックスに関連する一つのT(T(1))が−4〜+4℃の範囲内であり、前記非晶質のプロピレンコポリマーに関連するもう一つのT(T(2))が−60〜−35℃の範囲内である、ISO6721−7にしたがって動機械的熱分析により決定される少なくとも二つのガラス転移点(T)を特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載の異相ポリプロピレン組成物。
  7. ISO179 1eAにしたがって−20℃で80×10×4mmの射出成形試料で決定されたシャルピーノッチ付き衝撃強度が、4.5〜35kJ/mの範囲内であることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載の異相ポリプロピレン組成物。
  8. ISO6186:1998、Method Aにしたがって決定された粉体流動性が20秒未満であり、VDA277:1995にしたがって決定された揮発性物質の総排出量が25ppm未満であり、「測定方法の説明」に記載の方法にしたがって決定された縦方向の収縮率が1.2%未満であることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記載の異相ポリプロピレン組成物。
  9. 前記組成物に基づいて30重量%未満の量の充填材または強化材を含む、請求項1〜8のいずれか一項に記載の異相ポリプロピレン組成物。
  10. 前記組成物は、
    a)IUPACの第4族〜第6族の遷移金属の化合物(TC)と、第2族金属化合物(MC)と内部ドナー(ID)とを含むチーグラー・ナッタ触媒(ZN−C)であって、前記内部ドナー(ID)は、非フタル酸化合物であり、非フタル酸エステルであるのが好ましい、チーグラー・ナッタ触媒(ZN−C)と、
    b)助触媒(Co)と、
    c)任意に外部ドナー(ED)と
    の存在下で重合されている、請求項1〜9のいずれか一項に記載の異相ポリプロピレン組成物。
  11. 前記内部ドナー(ID)は、マロネート類、マレエート類、スクシネート類、シトラコネート類、グルタレート類、シクロヘキセン−1,2−ジカルボキシレート類およびベンゾエート類、ならびにこれらの任意の誘導体および/または混合物を含む群より選択される、請求項10に記載の異相ポリプロピレン組成物。
  12. 外部ドナー(ED)に対する助触媒(Co)のモル比[Co/ED]は5〜45の範囲内であり、チタン化合物(TC)に対する助触媒(Co)のモル比[Co/TC]は80超〜500の範囲内である、請求項10または11に記載の異相ポリプロピレン組成物。
  13. 請求項1〜9のいずれか一項に記載の異相ポリプロピレン組成物を得るために、三つ以上の反応器において、
    a)IUPACの第4族〜第6族の遷移金属の化合物(TC)と、第2族金属化合物(MC)と内部ドナー(ID)とを含むチーグラー・ナッタ触媒(ZN−C)であって、前記内部ドナー(ID)は、非フタル酸化合物であり、非フタル酸エステルであるのが好ましい、チーグラー・ナッタ触媒(ZN−C)と、
    b)助触媒(Co)と、
    c)任意に外部ドナー(ED)と
    の存在下でエチレンおよび/または4〜10個の炭素原子をもつα−オレフィンと組み合わせてプロピレンを重合するためのプロセス。
  14. 前記内部ドナー(ID)は、任意に置換されたマロネート類、マレエート類、スクシネート類、グルタレート類、シクロヘキセン−1,2−ジカルボキシレート類、ベンゾエート類、ならびにこれらの誘導体および/または混合物を含む群より選択され、前記内部ドナー(ID)はシトラコネートであるのが好ましい、請求項13に記載のプロピレンを重合するためのプロセス。
  15. 予備重合反応器(I)、一つの液体バルク反応器(II)および二つ以上の気相反応器(III)、(IV)および任意に(V)を直列で使用して、
    a)IUPACの第4族〜第6族の遷移金属の化合物(TC)と、第2族金属化合物(MC)と内部ドナー(ID)とを含むチーグラー・ナッタ触媒(ZN−C)であって、前記内部ドナー(ID)は、非フタル酸化合物であり、非フタル酸エステルであるのが好ましい、チーグラー・ナッタ触媒(ZN−C)と、
    b)助触媒(Co)と、
    c)任意に外部ドナー(ED)と
    の存在下で、請求項1〜9のいずれか一項に記載の異相ポリプロピレン組成物を調製するためのプロセスであって、
    前記液体バルク反応器(II)および後続の第一気相反応器(III)において結晶性アイソタクチックプロピレンホモポリマーマトリックス(A)が生産され、その後、第二気相反応器(IV)および任意の第四気相反応器(V)において前記非晶質のプロピレンコポリマー(B)が生産されて、請求項1〜8のいずれか一項に記載の異相ポリプロピレン組成物が産出され、または
    「ベース異相ポリプロピレン組成物」が産出され、これが、前記「ベース異相ポリプロピレン組成物」に基づいて1.0〜40重量%の、液体バルク反応器(II)および後続の第一気相反応器(III)において得られた追加の結晶性アイソタクチックプロピレンホモポリマーマトリックス(A)とブレンドされて、請求項1〜9のいずれか一項に記載の異相ポリプロピレン組成物が産生される、
    プロセス。
  16. フィルム、押出、ブロー成形または射出成形された物品の生産のための、請求項1〜9のいずれか一項に記載のプロピレンポリマー組成物の使用。
  17. 請求項1〜9のいずれか一項に記載のプロピレンポリマー組成物を含む、フィルム、押出、ブロー成形または射出成形された物品。
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