JP6387176B2 - ポリエチレンパウダー - Google Patents

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Description

本発明は、ポリエチレンパウダーに関する。
ポリエチレンは、フィルム、シート、微多孔膜、繊維、発泡体、パイプ等の多種多様な用途に用いられている。特に、超高分子量のポリエチレンは、強度や化学的安定性が高く、かつ長期信頼性に優れること等の特性を有するので、鉛蓄電池やリチウムイオン電池に代表される二次電池のセパレーター用微多孔膜及び高強度繊維等の高度な性能が求められる製品の原料として用いられ得る。
特開2008−36885号 特開2015−3442号 特開2015−93908号 特許第2657434号 特開平8−34873号 特開2003−192822号
ここで、超高分子量のものを含めポリエチレンは、重合後、一般にパウダー状(粉末状)の形態で得られるところ、重合後得られた超高分子量ポリエチレンパウダーを、基材(例えば所定の搬送装置)上に敷均して搬送した後、基材上に敷均した状態で加熱成形して、例えば多孔質シートや多孔質焼結体を製造することがある。このような成形方法においては、超高分子量ポリエチレンパウダーには、ポリエチレンパウダーを基材上に敷均した際およびその搬送の際に、固定状態の維持性(ポリエチレンパウダーを基材上に敷均した後の、当該パウダー層内の各粒子の充填状態の維持性)が高度に求められることがある。具体的には、例えば、超高分子量ポリエチレンパウダーは、基材(例えば所定の装置)上に敷均した後に加熱圧延する固相延伸成形を行って、高強度化したシート(多孔質シート)を得たり、或いは、超高分子量ポリエチレンパウダーを基材(例えば所定の装置)上に敷均した後に加熱してパウダー同士を融着して(焼結成形)、焼結体(多孔質焼結体)を得たりすることがある(例えば、特許文献1〜3参照)。このような固相延伸成形や焼結成形では、基材上に敷均したポリオレフィンパウダーを加圧又は無加圧状態で加熱する工程が必須であるところ、例えば基材自体の振動や周囲の気流等の影響により、敷均したポリオレフィンパウダーの充填状態等が変化する虞がある。そして、ポリオレフィンパウダーの充填状態等の変化が生じると、高い精度で、安定して均一な特性を有する成形体を生産するのが困難になることがあり、製品の物性に大きな影響を及ぼすことがあった。
したがって、外乱が生じた場合であっても、基材上に敷均した超高分子量ポリエチレンパウダーの状態が、保持し続けられる固定状態の維持性が望まれている。
さらに、重合後得られた超高分子量ポリエチレンパウダーの加工時には、所望の特性を付与するため、超高分子量ポリエチレンパウダーとともに1種類以上のポリエチレンパウダーをブレンドして使用されることが多い(例えば、特許文献4〜6参照)。例えば、リチウムイオン二次電池のセパレーター用微多孔膜では、超高分子量ポリエチレンパウダーとともに1種類以上のポリエチレンパウダーをブレンドすることで、加工性や得られた微多孔膜の強度等、多種多様な特性を向上させ得る。
しかしながら、ブレンドする各ポリエチレンパウダーは、それぞれの粒子特性(粒径や嵩密度等)が異なることが多く、搬送時やブレンド時にポリエチレンパウダーが、それらの粒子特性によって偏在してしまうことがあった。そして、ブレンドしたポリエチレンパウダーが偏在した状態で、当該ポリエチレンパウダーが原料としてブレンダーやサイロ等から排出されると、押出機に投入された際に、各ポリエチレンパウダーのブレンド比率や粒径等が不均一になることがあった。このようなポリエチレンパウダーの不均一性は、特に、生産時の安定性や高度な精密性が求められる微多孔膜等の製造において大きな影響を及ぼす虞がある。
したがって、ポリエチレンパウダーをブレンドして使用する際において、搬送時やブレンド時にパウダーが偏在するのを十分に防止し得る特性を有する超高分子量ポリエチレンパウダーが求められている。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、固相延伸・焼結等の方法によって成形される多孔質シートや、ポリエチレンパウダーをブレンドして生産する微多孔膜等、得られる成形体を安定的に均一に生産することが可能なポリエチレンパウダーを提供することを目的とする。
本発明者は、前記課題を達成するため鋭意研究を重ねた結果、所定のポリエチレンパウダーであれば上記課題を解決できることを見出して、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は以下のとおりである。
(1)エチレンの単独重合体、又はエチレンと炭素数が3以上20以下のα−オレフィンとの共重合体であるポリエチレンパウダーであって、
粘度平均分子量が10万以上1,000万以下であり、
密度が920kg/m以上960kg/m以下であり、
空気通気量4mm/sの時の流動エネルギーが、無通気時の流動エネルギーの30%以上であることを特徴とする、ポリエチレンパウダー。
(2)平均粒径が50μm以上300μm以下である、上記(1)に記載のポリエチレンパウダー。
(3)累積粒度分布の小径側から累積10%、累積90%に相当する粒子径をそれぞれD10、D90とするとき、D90/D10比が1.0以上6.0以下である、上記(1)又は(2)に記載のポリエチレンパウダー。
(4)粒子径75μm以下の粒子の含有量が3.0質量%以上30.0質量%以下である、上記(1)〜(3)のいずれか1項に記載のポリエチレンパウダー。
(5)粒子径が53μm以下の粒子の嵩密度が0.25g/cm以上0.40g/cm以下である、上記(1)〜(4)のいずれか1項に記載のポリエチレンパウダー。
(6)無通気時の流動エネルギーが100mJ以上である、上記(1)〜(5)のいずれか1項に記載のポリエチレンパウダー。
本発明によれば、成形体を安定的に均一に生産することが可能なポリエチレンパウダーを提供することができる。
以下、本発明を実施するための形態(以下、「本実施形態」という。)について詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく。その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
[ポリエチレンパウダー]
本実施形態に係るポリエチレンパウダーは、エチレンの単独重合体、又はエチレンと炭素数が3〜15のα−オレフィンとの共重合体であり、粘度平均分子量が10万以上1,000万以下であり、密度が920kg/m以上960kg/m以下であり、空気通気量4mm/sの時の通気時流動エネルギーが、無通気時の流動エネルギーの30%以上である。
本実施形態で用いるポリエチレンとしては、特に限定されないが、具体的には、エチレン単独重合体、及びエチレンと、エチレンと共重合可能なオレフィンとの共重合体が挙げられる。
エチレンと共重合可能なオレフィンとしては、特に限定されないが、具体的には、炭素数3〜15のα−オレフィン、炭素数3〜15の環状オレフィン、式CH=CHR(ここで、Rは炭素数6〜12のアリール基である。)で表される化合物、及び炭素数3〜15の直鎖状、分岐状又は環状のジエンからなる群より選ばれる少なくとも1種のオレフィンが挙げられる。上記α−オレフィンとしては、特に限定されないが、例えば、プロピレン、1−ブテン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘキセン、1−オクテン、1−ノネン、1−デセン、1−ウンデセン、1−ドデセン、1−トリデセン、1−テトラデセン等が挙げられる。
[粘度平均分子量]
本実施形態に係るポリエチレンパウダーの粘度平均分子量(Mv)は、10万以上であり、30万以上が好ましい。また、該ポリエチレンパウダーの粘度平均分子量(Mv)は、1,000万以下であり、950万以下が好ましい。粘度平均分子量(Mv)が10万以上であることにより、耐摩耗性と強度がより向上する。また、粘度平均分子量(Mv)が1,000万以下であることにより、成形性がより向上する。さらに、粘度平均分子量が上記範囲であることにより、生産性により優れ、成形した場合には、耐摩耗性に優れるポリエチレンパウダーとなる。このような特性を有するポリエチレンパウダーは、固相延伸や焼結成形他、プレス成形、ラム押出しなどに好適に用いることができ、得られる成形体を幅広い用途に好適に用いることができる。
粘度平均分子量を上記範囲に制御する方法としては、超高分子量ポリエチレンを重合する際の反応器の重合温度を変化させることが挙げられる。粘度平均分子量は、重合温度を高温にするほど低くなる傾向にあり、重合温度を低温にするほど高くなる傾向にある。また、粘度平均分子量を上記範囲にする別の方法としては、超高分子量ポリエチレンを重合する際に使用する助触媒としての有機金属化合物種を変更することが挙げられる。また、超高分子量ポリエチレンを重合する際に連鎖移動剤を添加してもよい。このように連鎖移動剤を添加することで、同一重合温度でも生成する超高分子量ポリエチレンの粘度平均分子量が低くなる傾向にある。
[密度]
本実施形態に係るポリエチレンパウダーの密度は、920kg/m以上960kg/m以下であり、好ましくは920kg/m以上945kg/m以下である。ポリエチレンパウダーの密度が920kg/m以上960kg/m以下であることにより、ポリエチレンパウダーの堆積時の圧力や搬送時の衝撃等でパウダー形状が変化し難い傾向にあり、そのパウダー特性も維持することができる。ポリエチレンパウダーの密度は、ポリエチレン中のα−オレフィンの量や分子量を調整することにより調整することができる。なお、密度は実施例に記載の方法により測定することができる。
[流動エネルギー]
本実施形態に係るポリエチレンパウダーの空気通気量4mm/sの時の流動エネルギーは、無通気時の流動エネルギーの30%以上であり、好ましくは35%以上である。
ここで、本実施形態において流動エネルギーとは、所定の容器(底が多孔板)にポリエチレンパウダーを充填した後、容器の底(パウダー層の下方)から空気を送り込みながら(通気させながら)、或いは送り込まずに、ブレードを所定の速度で回転させながらポリエチレンパウダー中を上方から下方へ移動させるときに生じる回転トルクと垂直荷重を測定し、その積分値より導き出されるエネルギー量である(具体的な測定方法は後述する)。即ち、流動エネルギーとは、所定の条件下で、ブレードがパウダー中を押しのけながら進んでいく時のエネルギー量である。
そして、本発明においては、先述の本発明の課題を解決するために、ポリエチレンパウダーの固定状態の維持しやすさ、空気の抱き込みやすさ及び噴流性を評価することが肝要である。具体的には、従来、安息角や差角測定等にて静止したポリエチレンパウダーを用いて評価されてきたが、例えばポリエチレンパウダーの成形時等においてポリエチレンパウダーは流動していることから、本発明者は、流動した時のポリエチレンパウダーの挙動を評価することに着目した。そして、本発明者は、無通気時と通気時の流動エネルギーの比が、パウダーの流動化、換言すれば、無通気時と通気時のパウダー全体として固定状態の維持しやすさ、パウダーの空気の抱き込みやすさ、及びパウダーの噴流性等、を評価するための一指標とすることができることを見出した。具体的には、無通気時流動エネルギーに対する通気時流動エネルギーの比の変化量が小さい程、静置された状態のポリエチレンパウダーに、ポリエチレンパウダー内に空気を十分含ませようとしても、パウダーの流動化が起こりにくく(通気状態にした時の流動性が低い)、パウダー全体として固定状態を維持しやすく、パウダーが空気を抱き込みにくく、さらに、パウダーの噴流性が低いことを意味するが判明した。本発明者は、上記の知見に基づき、当該流動エネルギーの比を規定することにより、本発明の課題を解決し得ることを見出し本発明に至った。
即ち、空気通気量4mm/sの時の流動エネルギーが、無通気時の流動エネルギーの30%以上である本実施形態のポリエチレンパウダーは、堆積したポリエチレンパウダー内に気体が含まれにくく、より具体的には、ポリエチレンパウダーの流動化が起こりにくく、振動等を与えてもポリエチレンパウダーの固定状態を保持しやすい。したがって、ポリエチレンパウダーを基材上に堆積させたまま融着させる焼結成形や、ポリエチレンパウダーを堆積させた後に圧延する固相延伸成形においても、当該堆積した状態が変化し難いため、安定して均一に加工できる。また、ポリエチレンパウダーがその固定状態を保持しやすいので、例えば、撹拌、輸送時にもポリエチレンパウダーを偏在させることなく、均一なパウダー原料として使用できる。即ち、得られた成形体の物性のばらつきを低減し、成形体を安定的に均一に生産することができる。さらに、パウダーの飛散も防止できるため、粉塵爆発等の危険性も低減することができる。
本実施形態において上記のように、流動エネルギーが所定の範囲であるポリエチレンパウダーが偏在しにくい理由は定かではないが、次のように考えられる。一般に、パウダー内に気体を供給(通気)して、ある通気量を超えると、パウダー全体としての固定状態が保持できなくなり、液体に似た流動化現象を示す浮遊懸濁状態になることが知られている。そして、浮遊状態になったパウダーが固定状態に戻る時に、パウダーそれぞれの粒子特性(粒径や嵩密度等)によって流動化の良悪が異なるため、パウダー内で偏在が生じることになる。しかし、本実施形態のように、流動エネルギーが所定の範囲であるポリエチレンパウダーは、堆積したポリエチレンパウダー内に気体が含まれにくい状態、換言すれば、浮遊懸濁状態になりにくいパウダーとなり、パウダーが浮遊状態から固定状態に戻る時に生じ得るパウダーの偏在を効果的に防止することができる。
なお、本実施形態において、空気通気時の流動エネルギーとして、空気通気量4mm/sの時の流動エネルギーを用いたのは、ポリエチレンパウダーにおいて、空気無通気時の流動エネルギーと空気通気量4mm/sの時の流動エネルギーで、変化量が大きくなりやすい傾向があり、それらの流動エネルギーの変化量が、パウダーの流動化(空気を含ませようとしたとき(通気状態にしたとき)の流動性)を好適に特定し得るからである。
ここで、流動エネルギーは次の方法により測定することができる。測定は、粉体流動性分析装置「パウダーレオメーターFT4」(スペクトリス株式会社製)を使用する。そして、専用のスプリット容器にポリエチレンパウダーを53g充填した後、当該容器の下方から空気を通気させずに、ブレードを、ブレードの先端の速度が100mm/sとなる回転速度で回転させながら、ポリエチレンパウダー中を上方から下方へ30mm/sの速度で移動させ、そのときの回転トルクと垂直荷重を測定し、その積分値をエネルギー量とする。また、このエネルギー量を、本発明でいうところの無通気時の流動エネルギーとする。無通気時流動エネルギー測定後、40mm/sの回転速度で逆回転しながらブレードを30mm/sの速度で上昇させて元の位置まで戻す。その後、容器の下方(パウダー層の下部)から線速2mm/sで空気を送り込み、ブレードを、100mm/sの回転速度で回転させながら、パウダー中を上方から下方へ30mm/sの速度で移動させ、次いで、40mm/sの回転速度で逆回転しながらブレードを30mm/sの速度で上昇させて、元の位置まで戻す。同様の操作を、送り込む空気を線速4mm/sにして行い、その際に要したエネルギーを測定する。これを、本発明でいうところの空気通気量4mm/sの時の流動エネルギーとする。
なお、ポリエチレンパウダーの空気通気量4mm/s時の流動エネルギーを、無通気時の流動エネルギーの30%以上に制御する方法としては、ポリエチレン重合時に、エチレンガス、溶媒、触媒等を連続的に重合系に供給し、生成したエチレン重合体と共に連続的に排出する連続式重合にすること、或いは、触媒溶液を、重合温度±5℃に加熱した状態で重合系内の上部に導入すること、或いは、重合後において、重合スラリーを、圧力0.05MPa以下、温度40℃以上50℃以下のフラッシュドラム(重合器後、主に、未反応のエチレンを除去するためのドラム)に連続的に導入し、そのフラッシュドラムの水分量を200ppm以上500ppm以下に調整すること等が挙げられる。これら方法により、ポリエチレンパウダーの粒子特性が、限定されるものではないが例えば、下記で説明する平均粒径、累積粒度分布(D90/D10比)、粒子径75μm以下の粒子(ポリエチレンパウダー)の含有量、粒子径が53μm以下の粒子の嵩密度等が調整され、本実施形態の所定の流動エネルギーを有するポリエチレンパウダーを効果的に得ることができる。
[平均粒径]
本実施形態に係るポリエチレンパウダーの平均粒子径は、50μm以上であることが好ましく、55μm以上であることがより好ましい。また、当該平均粒子径は、300μm以下であることが好ましく、150μm以下であることがより好ましい。平均粒子径が上記範囲であることにより、本実施形態の所定の流動エネルギーの関係を、より好適に満たしやすくなるためである。具体的には、平均粒子径が50μm以上であることにより、気流や振動で飛散するパウダーの割合を低くすることができる。一方、平均粒子径が300μm以下であることにより、ポリエチレンパウダーの流動性を充分に高くすることができ、それにより例えばホッパー等への投入やホッパーからの計量等のハンドリング性がより良好となる傾向にある。また、無通気時の流動エネルギーを高くすることが可能であり、微多孔膜の加工時等において、生産性及び/又は延伸性等の加工適用性により優れる傾向にある。ポリエチレンの平均粒子径の制御は、使用する触媒の粒子径によって制御することができ、単位触媒量あたりのポリエチレンの生産性により制御することも可能である。なお、ポリエチレンの平均粒子径は後述する実施例に記載の方法により測定することができる。
[D90/D10比]
本実施形態に係るポリエチレンパウダーは、累積粒度分布の小径側から累積10%、累積90%に相当する粒子径をそれぞれD10、D90としたとき、D90/D10比が1.0以上であることが好ましく、1.5以上であることがより好ましい。また、D90/D10比が6.0以下であることが好ましく、4.5以下であることがより好ましい。D90/D10が上記範囲であることにより、本実施形態の上記の流動エネルギーの関係を、より好適に満たしやすくなるためである。また、D90/D10が上記範囲であれば、パウダーの流動化が起こりにくく(通気状態としたときの流動性が比較的低く)、成形体の機械的強度が良好で、物性ばらつきが小さく、安定した特性の成形品が得られる。本実施形態のD90/D10比は、後述する重合系内の条件(水素濃度、温度、エチレン圧力等)を一定に保つことにより、上記の範囲に調整することが可能である。
粒径分布は、一般的なレーザー回折式粒度分布測定装置により測定することができる。粒度分布測定装置には、湿式法と乾式法があるが、いずれを用いてもかまわない。湿式法の場合は、分散媒として、メタノールを使用することができる。また、分散装置として超音波バスを使用することも可能である。粒度分布の測定範囲は、装置の性能にもよるが最低0.1μmから最大500μmの範囲を測定することが望ましい。更に望ましくは最低0.05μmから最大700μmの範囲を測定する。レーザー回折式粒度分布測定装置により解析した粒度累積分布データの小径側から累積10%、累積90%に相当する粒子径それぞれD10、D90とすることができる。
[粒子径75μm以下の粒子(ポリエチレンパウダー)の含有量]
本実施形態に係るポリエチレンパウダーにおいて、当該パウダー中の粒子径75μm以下のポリエチレンパウダーの含有量は、3.0質量%以上であることが好ましく、10.0質量%以上であることがより好ましい。また、当該含有量は、30.0質量%以下であることが好ましく、28.0質量%以下であることがより好ましい。通常、このような微粒子はパウダーが気体を含んだときに偏在しやすいので均一性の観点から除去されるものであるが、本実施形態におけるポリエチレンパウダーは微粒子成分を含むことが好ましい。粒子径75μm以下のポリエチレンパウダーの含有量が上記範囲であることにより、本実施形態の上記の流動エネルギーの関係を、より好適に満たしやすくなるためである。また、無通気時の流動エネルギーをある程度高く保つことが可能で、パウダーの飛散を抑制できるだけでなく、さらに、パウダーの流動化(通気状態としたとき)を起こりにくくするとともに気体を含んだ時にパウダー全体の流動性が急激に高まる状態を抑制することができる。
このような粒子径75μm以下のポリエチレンパウダーの含有量は、ポリエチレンの重合に使用する触媒として、粒子径の小さい触媒を使用することにより、粒子径75μm以下のポリエチレンの含有量を制御できる。また、ポリエチレンを重合する際の条件により制御することが可能であり、たとえば重合圧力を下げたり、反応器の滞留時間を短くしたりすることで粒子径75μm以下のポリエチレンパウダーの含有量を制御することができる。更に、固体触媒成分と助触媒を接触させた後に重合系内に添加することでも粒子径75μm以下の粒子の含有量を制御することができる。なお、粒子径75μm以下のポリエチレンパウダーの含有量は、目開き75μmの篩を通過した粒子の割合として求めることができる。なお、粒子径75μm以下のポリエチレンパウダーの含有量の測定は後述する実施例に記載の方法により行うことができる。
[粒子径が53μm以下の粒子の嵩密度]
本実施形態に係るポリエチレンパウダーは、粒子径が53μm以下のポリエチレンパウダーの嵩密度が、0.25g/cm以上であることが好ましく、0.30g/cm以上であることがより好ましい。また、当該嵩密度が、0.40g/cm以下であることが好ましく、0.38g/cm以下であることがより好ましい。当該嵩密度が上記範囲であることにより、本実施形態の上記の流動エネルギーの関係を、より好適に満たしやすくなるためである。また、ポリエチレンパウダーの粒子径が53μm以下の粒子の嵩密度が0.25g/cm以上であることにより、パウダーの流動化(通気状態としたとき)を起こりにくくするとともに、気体を含んだ時にパウダー全体の流動性が急激に高まる状態を抑制することができる。また、パウダーの飛散を抑制できる。また、ポリエチレンパウダーの粒子径が53μm以下の粒子の嵩密度が0.40g/cm以下であることにより、無通気時の流動エネルギーをある程度高く保つことができる。
粒子径が53μm以下となる粒子の嵩密度は、ポリエチレンの重合に使用する触媒として、粒子径が小さく、かつ、重合時に80℃以上90℃以下に調整したものをリアクターに導入することで制御が可能である。なお、粒子径が53μm以下の粒子の嵩密度は、目開き75μmの篩を通過した粒子の嵩密度として求めることができる。なお、粒子径が53μm以下の粒子の嵩密度の測定は後述する実施例に記載の方法により行うことができる。
[ポリエチレンの重合方法]
本実施形態に係るポリエチレンの製造に使用される触媒成分としては特に限定されないが、一般的なチーグラー・ナッタ触媒やメタロセン触媒を用いて製造することが可能である。
(チーグラー・ナッタ触媒)
チーグラー・ナッタ触媒としては、固体触媒成分[A]及び有機金属化合物成分[B]からなる触媒であって、固体触媒成分[A]が、下記式1で表される不活性炭化水素溶媒に可溶である有機マグネシウム化合物(A−1)と、下記式2で表されるチタン化合物(A−2)とを反応させることにより製造されるオレフィン重合用触媒であるものが好ましい。
(A−1):(Mα(Mg)β(R)a(R(Y ・・・式1
(式中、Mは周期律表第12族、第13族及び第14族からなる群に属する金属原子であり、R及びRは炭素数2以上20以下の炭化水素基であり、Yはアルコキシ、シロキシ、アリロキシ、アミノ、アミド、−N=C−R、R、−SR(ここで、R、R及びRは炭素数1以上20以下の炭化水素基を表す。cが2の場合には、Yはそれぞれ異なっていてもよい。)、β−ケト酸残基のいずれかであり、α、β、a、b及びcは次の関係を満たす実数である。0≦α、0<β、0≦a、0≦b、0≦c、0<a+b、0≦c/(α+β)≦2、nα+2β=a+b+c(ここで、nはMの原子価を表す。))
(A−2):Ti(OR (4−d) ・・・式2
(式中、dは0以上4以下の実数であり、Rは炭素数1以上20以下の炭化水素基であり、Xはハロゲン原子である。)
なお、(A−1)と(A−2)の反応に使用する不活性炭化水素溶媒としては、特に限定されないが、具体的には、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン等の脂肪族炭化水素;ベンゼン、トルエン等の芳香族炭化水素;及びシクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の脂環式炭化水素等が挙げられる。
まず、(A−1)について説明する。(A−1)は、不活性炭化水素溶媒に可溶な有機マグネシウムの錯化合物の形として示されているが、ジヒドロカルビルマグネシウム化合物及びこの化合物と他の金属化合物との錯体のすべてを包含するものである。記号α、β、a、b、cの関係式nα+2β=a+b+cは金属原子の原子価と置換基との化学量論性を示している。
式1において、R及びR表される炭素数2以上20以下の炭化水素基としては、特に限定されないが、具体的には、アルキル基、シクロアルキル基又はアリール基であり、例えば、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、オクチル、デシル、シクロヘキシル、フェニル基等が挙げられる。このなかでも、好ましくはアルキル基である。α>0の場合、金属原子Mとしては、周期律表第12族、第13族及び第14族からなる群に属する金属原子が使用でき、例えば、亜鉛、ホウ素、アルミニウム等が挙げられる。このなかでも、アルミニウム、亜鉛が好ましい。
金属原子Mに対するマグネシウムの比β/αには特に限定されないが、0.1以上30以下であることが好ましく、0.5以上10以下であることがより好ましい。また、α=0である所定の有機マグネシウム化合物を用いる場合、例えば、Rが1−メチルプロピル等の場合には不活性炭化水素溶媒に可溶であり、このような化合物も本実施形態に好ましい結果を与える。式1において、α=0の場合のR、Rは次に示す3つの群(1)、群(2)、群(3)のいずれか1つを満たすものであることが推奨される。
群(1):R、Rの少なくとも一方が炭素原子数4以上6以下である二級又は三級のアルキル基であること、好ましくはR、Rがともに炭素原子数4以上6以下のアルキル基であり、少なくとも一方が二級又は三級のアルキル基であること。
群(2):RとRとが炭素原子数の互いに相異なるアルキル基であること、好ましくはR2が炭素原子数2又は3のアルキル基であり、Rが炭素原子数4以上のアルキル基であること。
群(3):R、Rの少なくとも一方が炭素原子数6以上の炭化水素基であること、好ましくはR、Rに含まれる炭素原子数を加算すると12以上になるアルキル基であること。
以下これらの基を具体的に示す。群(1)において炭素原子数4以上6以下である二級又は三級のアルキル基としては、具体的には、1−メチルプロピル、2−メチルプロピル、1,1−ジメチルエチル、2−メチルブチル、2−エチルプロピル、2,2−ジメチルプロピル、2−メチルペンチル、2−エチルブチル、2,2−ジメチルブチル、2−メチル−2−エチルプロピル基等が挙げられる。このなかでも1−メチルプロピル基が特に好ましい。
また、群(2)において炭素原子数2又は3のアルキル基としては、具体的には、エチル、1−メチルエチル、プロピル基等が挙げられる。このなかでもエチル基が特に好ましい。また炭素原子数4以上のアルキル基としては、特に限定されないが、具体的には、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル基等が挙げられる。このなかでも、ブチル、ヘキシル基が特に好ましい。
さらに、群(3)において炭素原子数6以上の炭化水素基としては、特に限定されないが、具体的には、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、フェニル、2−ナフチル基等が挙げられる。炭化水素基の中ではアルキル基が好ましく、アルキル基の中でもヘキシル、オクチル基が特に好ましい。
一般に、アルキル基に含まれる炭素原子数が増えると不活性炭化水素溶媒に溶けやすくなる傾向にあり、また溶液の粘度が高くなる傾向にある。そのため適度な長鎖のアルキル基を用いることが取り扱い上好ましい。なお、上記有機マグネシウム化合物は不活性炭化水素溶媒で希釈して使用することができるが、該溶液中に微量のエーテル、エステル、アミン等のルイス塩基性化合物が含有され、又は残存していても差し支えなく使用できる。
次にYについて説明する。式1においてYはアルコキシ、シロキシ、アリロキシ、アミノ、アミド、−N=C−R,R、−SR(ここで、R、R及びRはそれぞれ独立に炭素数2以上20以下の炭化水素基を表す。)、β−ケト酸残基のいずれかである。
式1においてR、R及びRで表される炭化水素基としては、炭素原子数1以上12以下のアルキル基又はアリール基が好ましく、3以上10以下のアルキル基又はアリール基が特に好ましい。特に限定されないが、例えば、メチル、エチル、プロピル、1−メチルエチル、ブチル、1−メチルプロピル、1,1−ジメチルエチル、ペンチル、ヘキシル、2−メチルペンチル、2−エチルブチル、2−エチルペンチル、2−エチルヘキシル、2−エチル−4−メチルペンチル、2−プロピルヘプチル、2−エチル−5−メチルオクチル、オクチル、ノニル、デシル、フェニル、ナフチル基等が挙げられる。このなかでも、ブチル、1−メチルプロピル、2−メチルペンチル及び2−エチルヘキシル基が特に好ましい。
また、式1においてYはアルコキシ基又はシロキシ基であることが好ましい。アルコキシ基としては、特に限定されないが、具体的には、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、1−メチルエトキシ、ブトキシ、1−メチルプロポキシ、1,1−ジメチルエトキシ、ペントキシ、ヘキソキシ、2−メチルペントキシ、2−エチルブトキシ、2−エチルペントキシ、2−エチルヘキソキシ、2−エチル−4−メチルペントキシ、2−プロピルヘプトキシ、2−エチル−5−メチルオクトキシ、オクトキシ、フェノキシ、ナフトキシ基であることが好ましい。このなかでも、ブトキシ、1−メチルプロポキシ、2−メチルペントキシ及び2−エチルヘキソキシ基であることがより好ましい。シロキシ基としては、特に限定されないが、具体的には、ヒドロジメチルシロキシ、エチルヒドロメチルシロキシ、ジエチルヒドロシロキシ、トリメチルシロキシ、エチルジメチルシロキシ、ジエチルメチルシロキシ、トリエチルシロキシ基等が好ましい。このなかでも、ヒドロジメチルシロキシ、エチルヒドロメチルシロキシ、ジエチルヒドロシロキシ、トリメチルシロキシ基がより好ましい。
本実施形態において(A−1)の合成方法には特に制限はなく、式RMgX、及び式RMg(Rは前述の意味であり、Xはハロゲンである。)からなる群に属する有機マグネシウム化合物と、式M 及びM (n−1)H(M、及びRは前述の意味であり、nはMの原子価を表す。)からなる群に属する有機金属化合物とを不活性炭化水素溶媒中、25℃以上150℃以下で反応させ、必要な場合には続いて式Y−H(Yは前述の意味である。)で表される化合物を反応させる、又はYで表される官能基を有する有機マグネシウム化合物及び/又は有機アルミニウム化合物を反応させることにより合成することが可能である。このうち、不活性炭化水素溶媒に可溶な有機マグネシウム化合物と式Y−Hで表される化合物とを反応させる場合、反応の順序については特に制限はなく、有機マグネシウム化合物中に式Y−Hで表される化合物を加えていく方法、式Y−Hで表される化合物中に有機マグネシウム化合物を加えていく方法、又は両者を同時に加えていく方法のいずれの方法も用いることができる。
本実施形態において、(A−1)における全金属原子に対するYのモル組成比c/(α+β)は0≦c/(α+β)≦2であり、0≦c/(α+β)<1であることが好ましい。全金属原子に対するYのモル組成比が2以下であることにより、(A−2)に対する(A−1)の反応性が向上する傾向にある。
次に、(A−2)について説明する。(A−2)は式2で表されるチタン化合物である。
(A−2):Ti(OR (4−d) ・・・式2
(式中、dは0以上4以下の実数であり、Rは炭素数1以上20以下の炭化水素基であり、Xはハロゲン原子である。)
上記式2において、dは0以上1以下であることが好ましく、0であることがさらに好ましい。また、式2においてRで表される炭化水素基としては、特に限定されないが、具体的には、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、2−エチルヘキシル、ヘプチル、オクチル、デシル、アリル基等の脂肪族炭化水素基;シクロヘキシル、2−メチルシクロヘキシル、シクロペンチル基等の脂環式炭化水素基;フェニル、ナフチル基等の芳香族炭化水素基等が挙げられる。このなかでも、脂肪族炭化水素基が好ましい。Xで表されるハロゲンとしては、塩素、臭素、ヨウ素が挙げられる。このなかでも、塩素が好ましい。本実施形態において、(A−2)は四塩化チタンであることが最も好ましい。本実施形態においては上記から選ばれた化合物を2種以上混合して使用することが可能である。
次に、(A−1)と(A−2)との反応について説明する。該反応は、不活性炭化水素溶媒中で行われることが好ましく、ヘキサン、ヘプタン等の脂肪族炭化水素溶媒中で行われることがさらに好ましい。該反応における(A−1)と(A−2)とのモル比については特に限定されないが、(A−1)に含まれるMg原子に対する(A−2)に含まれるTi原子のモル比(Ti/Mg)が0.1以上10以下であることが好ましく、0.3以上3以下であることがより好ましい。反応温度については、特に限定されないが、−80℃以上150℃以下の範囲で行うことが好ましく、−40℃〜100℃の範囲で行うことがさらに好ましい。(A−1)と(A−2)の添加順序には特に制限はなく、(A−1)に続いて(A−2)を加える、(A−2)に続いて(A−1)を加える、(A−1)と(A−2)とを同時に添加する、のいずれの方法も可能であるが、(A−1)と(A−2)とを同時に添加する方法が好ましい。本実施形態においては、上記反応により得られた固体触媒成分[A]は、不活性炭化水素溶媒を用いたスラリー溶液として使用される。
本実施形態において使用されるチーグラー・ナッタ触媒成分の他の例としては、固体触媒成分[C]及び有機金属化合物成分[B]からなり、固体触媒成分[C]が、式3で表される不活性炭化水素溶媒に可溶である有機マグネシウム化合物(C−1)と式4で表される塩素化剤(C−2)との反応により調製された担体(C−3)に、式5で表される不活性炭化水素溶媒に可溶である有機マグネシウム化合物(C−4)と式6で表されるチタン化合物(C−5)を担持することにより製造されるオレフィン重合用触媒が好ましい。
(C−1):(Mγ(Mg)δ(R(R(OR10 ・・・式3
(式中、Mは周期律表第12族、第13族及び第14族からなる群に属する金属原子であり、R、R及びR10はそれぞれ炭素数2以上20以下の炭化水素基であり、γ、δ、e、f及びgは次の関係を満たす実数である。0≦γ、0<δ、0≦e、0≦f、0≦g、0<e+f、0≦g/(γ+δ)≦2、kγ+2δ=e+f+g(ここで、kはMの原子価を表す。))
(C−2):HSiCl11 (4−(h+i)) ・・・式4
(式中、R11は炭素数1以上12以下の炭化水素基であり、hとiは次の関係を満たす実数である。0<h、0<i、0<h+i≦4)
(C−4):(Mα(Mg)β(R(R ・・・式5
(式中、Mは周期律表第12族、第13族及び第14族からなる群に属する金属原子であり、R及びRは炭素数2以上20以下の炭化水素基であり、Yはアルコキシ、シロキシ、アリロキシ、アミノ、アミド、−N=C−R,R、−SR(ここで、R、R及びRは炭素数1以上20以下の炭化水素基を表す。cが2の場合には、Yはそれぞれ異なっていてもよい。)、β−ケト酸残基のいずれかであり、α、β、a、b及びcは次の関係を満たす実数である。0≦α、0<β、0≦a、0≦b、0≦c、0<a+b、0≦c/(α+β)≦2、nα+2β=a+b+c(ここで、nはMの原子価を表す。))
(C−5):Ti(OR (4−d) ・・・式6
(式中、dは0以上4以下の実数であり、Rは炭素数1以上20以下の炭化水素基であり、Xはハロゲン原子である。)
まず、(C−1)について説明する。(C−1)は、不活性炭化水素溶媒に可溶な有機マグネシウムの錯化合物の形として示されているが、ジヒドロカルビルマグネシウム化合物及びこの化合物と他の金属化合物との錯体のすべてを包含するものである。式3の記号γ、δ、e、f及びgの関係式kγ+2δ=e+f+gは金属原子の原子価と置換基との化学量論性を示している。
上記式中、RないしRで表される炭化水素基は、特に限定されないが、具体的には、それぞれアルキル基、シクロアルキル基又はアリール基であり、例えば、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、オクチル、デシル、シクロヘキシル、フェニル基等が挙げられる。このなかでも、好ましくはR及びRは、それぞれアルキル基である。α>0の場合、金属原子Mとしては、周期律表第12族、第13族及び第14族からなる群に属する金属原子が使用でき、例えば、亜鉛、ホウ素、アルミニウム等が挙げられる。このなかでも、アルミニウム、亜鉛が特に好ましい。
金属原子Mに対するマグネシウムの比δ/γには特に限定されないが、0.1以上30以下であることが好ましく、0.5以上10以下であることがさらに好ましい。また、γ=0である所定の有機マグネシウム化合物を用いる場合、例えば、Rが1−メチルプロピル等の場合には不活性炭化水素溶媒に可溶であり、このような化合物も本実施形態に好ましい結果を与える。式3において、γ=0の場合のR、Rは次に示す3つの群(1)、群(2)、群(3)のいずれか1つであることが推奨される。
群(1):R、Rの少なくとも一方が炭素数4以上6以下である二級又は三級のアルキル基であること、好ましくはR、Rがともに炭素数4以上6以下であり、少なくとも一方が二級又は三級のアルキル基であること。
群(2):RとRとが炭素数の互いに相異なるアルキル基であること、好ましくはRが炭素数2又は3のアルキル基であり、Rが炭素数4以上のアルキル基であること。
群(3):R、Rの少なくとも一方が炭素数6以上の炭化水素基であること、好ましくはR、Rに含まれる炭素数の和が12以上になるアルキル基であること。
以下、これらの基を具体的に示す。群(1)において炭素数4以上6以下である二級又は三級のアルキル基としては、具体的には、1−メチルプロピル、2−メチルプロピル、1,1−ジメチルエチル、2−メチルブチル、2−エチルプロピル、2,2−ジメチルプロピル、2−メチルペンチル、2−エチルブチル、2,2−ジメチルブチル、2−メチル−2−エチルプロピル基等が用いられる。このなかでも、1−メチルプロピル基が特に好ましい。
また、群(2)において炭素数2又は3のアルキル基としてはエチル、1−メチルエチル、プロピル基等が挙げられる。このなかでも、エチル基が特に好ましい。また炭素数4以上のアルキル基としては、特に限定されないが、具体的には、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル基等が挙げられる。このなかでも、ブチル、ヘキシル基が特に好ましい。
さらに、群(3)において炭素数6以上の炭化水素基としては、特に限定されないが、具体的には、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、フェニル、2−ナフチル基等が挙げられる。炭化水素基の中ではアルキル基が好ましく、アルキル基の中でもヘキシル、オクチル基が特に好ましい。
一般に、アルキル基に含まれる炭素原子数が増えると不活性炭化水素溶媒に溶けやすくなる傾向にあり、溶液の粘度が高くなる傾向にある。そのため、適度な長鎖のアルキル基を用いることが取り扱い上好ましい。なお、上記有機マグネシウム化合物は不活性炭化水素溶液として使用されるが、該溶液中に微量のエーテル、エステル、アミン等のルイス塩基性化合物が含有され、或いは残存していても差し支えなく使用できる。
次にアルコキシ基(OR10)について説明する。R10で表される炭化水素基としては、炭素原子数1以上12以下のアルキル基又はアリール基が好ましく、3以上10以下のアルキル基又はアリール基が特に好ましい。R10としては、特に限定されないが、具体的には、メチル、エチル、プロピル、1−メチルエチル、ブチル、1−メチルプロピル、1,1−ジメチルエチル、ペンチル、ヘキシル、2−メチルペンチル、2−エチルブチル、2−エチルペンチル、2−エチルヘキシル、2−エチル−4−メチルペンチル、2−プロピルヘプチル、2−エチル−5−メチルオクチル、オクチル、ノニル、デシル、フェニル、ナフチル基等が挙げられる。このなかでも、ブチル、1−メチルプロピル、2−メチルペンチル及び2−エチルヘキシル基が特に好ましい。
本実施形態においては、(C−1)の合成方法には特に限定しないが、式RMgX及び式RMg(Rは前述の意味であり、Xはハロゲン原子である。)からなる群に属する有機マグネシウム化合物と、式M 及び式M (k−1)H(M、R及びkは前述の意味)からなる群に属する有機金属化合物とを不活性炭化水素溶媒中、25℃以上150℃以下の温度で反応させ、必要な場合には続いてR(Rは前述の意味である。)で表される炭化水素基を有するアルコール又は不活性炭化水素溶媒に可溶なRで表される炭化水素基を有するアルコキシマグネシウム化合物、及び/又はアルコキシアルミニウム化合物と反応させる方法が好ましい。
このうち、不活性炭化水素溶媒に可溶な有機マグネシウム化合物とアルコールとを反応させる場合、反応の順序については特に制限はなく、有機マグネシウム化合物中にアルコールを加えていく方法、アルコール中に有機マグネシウム化合物を加えていく方法、又は両者を同時に加えていく方法のいずれの方法も用いることができる。本実施形態において不活性炭化水素溶媒に可溶な有機マグネシウム化合物とアルコールとの反応比率については特に限定されないが、反応の結果、得られるアルコキシ基含有有機マグネシウム化合物における、全金属原子に対するアルコキシ基のモル組成比g/(γ+δ)は0≦g/(γ+δ)≦2であり、0≦g/(γ+δ)<1であることが好ましい。
次に、(C−2)について説明する。(C−2)は式4で表される、少なくとも一つはSi−H結合を有する塩化珪素化合物である。
(C−2):HSiCl11 (4−(h+i)) ・・・式4
(式中、R11は炭素数1以上12以下の炭化水素基であり、hとiは次の関係を満たす実数である。0<h、0<i、0<h+i≦4)
式4においてR11で表される炭化水素基は、特に限定されないが、具体的には、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基であり、例えば、メチル、エチル、プロピル、1−メチルエチル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、オクチル、デシル、シクロヘキシル、フェニル基等が挙げられる。このなかでも、炭素数1以上10以下のアルキル基が好ましく、メチル、エチル、プロピル、1−メチルエチル基等の炭素数1〜3のアルキル基がさらに好ましい。また、h及びiはh+i≦4の関係を満たす0より大きな数であり、iが2以上3以下であることが好ましい。
これらの化合物としては、特に限定されないが、具体的には、HSiCl、HSiClCH、HSiCl、HSiCl(C)、HSiCl(2−C)、HSiCl(C)、HSiCl(C)、HSiCl(4−Cl−C)、HSiCl(CH=CH)、HSiCl(CH)、HSiCl(1−C10)、HSiCl(CHCH=CH)、HSiCl(CH)、HSiCl(C)、HSiCl(CH、HSiCl(C、HSiCl(CH)(2−C)、HSiCl(CH)(C)、HSiCl(C等が挙げられる。これらの化合物又はこれらの化合物から選ばれた2種類以上の混合物からなる塩化珪素化合物が使用される。この中でも、HSiCl、HSiClCH、HSiCl(CH、HSiCl(C)が好ましく、HSiCl、HSiClCHがより好ましい。
次に(C−1)と(C−2)との反応について説明する。反応に際しては(C−2)を予め、不活性炭化水素溶媒、1,2−ジクロルエタン、o−ジクロルベンゼン、ジクロルメタン等の塩素化炭化水素;ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル系媒体;又はこれらの混合媒体、を用いて希釈した後に利用することが好ましい。このなかでも、触媒の性能上、不活性炭化水素溶媒がより好ましい。(C−1)と(C−2)との反応比率には特に限定されないが、(C−1)に含まれるマグネシウム原子1molに対する(C−2)に含まれる珪素原子が0.01mol以上100mol以下であることが好ましく、0.1mol以上10mol以下であることがさらに好ましい。
(C−1)と(C−2)との反応方法については特に制限はなく、(C−1)と(C−2)とを同時に反応器に導入しつつ反応させる同時添加の方法、(C−2)を事前に反応器に仕込んだ後に(C−1)を反応器に導入させる方法、又は(C−1)を事前に反応器に仕込んだ後に(C−2)を反応器に導入させる方法のいずれの方法も使用することができる。このなかでも、(C−2)を事前に反応器に仕込んだ後に(C−1)を反応器に導入させる方法が好ましい。上記反応により得られる担体(C−3)は、ろ過又はデカンテーション法により分離した後、不活性炭化水素溶媒を用いて充分に洗浄し、未反応物又は副生成物等を除去することが好ましい。
(C−1)と(C−2)との反応温度については特に限定されないが、25℃以上150℃以下であることが好ましく、30℃以上120℃以下であることがより好ましく、40℃以上100℃以下であることがさらに好ましい。(C−1)と(C−2)とを同時に反応器に導入しつつ反応させる同時添加の方法においては、あらかじめ反応器の温度を所定温度に調節し、同時添加を行いながら反応器内の温度を所定温度に調節することにより、反応温度を所定温度に調節することが好ましい。(C−2)を事前に反応器に仕込んだ後に(C−1)を反応器に導入させる方法においては、該塩化珪素化合物を仕込んだ反応器の温度を所定温度に調節し、該有機マグネシウム化合物を反応器に導入しながら反応器内の温度を所定温度に調節することにより、反応温度を所定温度に調節することが好ましい。(C−1)を事前に反応器に仕込んだ後に(C−2)を反応器に導入させる方法においては、(C−1)を仕込んだ反応器の温度を所定温度に調節し、(C−2)を反応器に導入しながら反応器内の温度を所定温度に調節することにより、反応温度を所定温度に調節することが好ましい。
次に、有機マグネシウム化合物(C−4)について説明する。(C−4)としては、前述の式5(C−4)で表されるものが好ましい。
(C−4):(Mα(Mg)β(R(R ・・・式5
(式中、Mは周期律表第12族、第13族及び第14族からなる群に属する金属原子であり、R及びRは炭素数2以上20以下の炭化水素基であり、Yはアルコキシ、シロキシ、アリロキシ、アミノ、アミド、−N=C−R,R、−SR(ここで、R、R及びRは炭素数1以上20以下の炭化水素基を表す。cが2の場合には、Yはそれぞれ異なっていてもよい。)、β−ケト酸残基のいずれかであり、α、β、a、b及びcは次の関係を満たす実数である。0≦α、0<β、0≦a、0≦b、0<a+b、0≦c/(α+β)≦2、nα+2β=a+b+c(ここで、nはMの原子価を表す。))
(C−4)の使用量は、(C−5)に含まれるチタン原子に対する(C−4)に含まれるマグネシウム原子のモル比で0.1以上10以下であることが好ましく、0.5以上5以下であることがより好ましい。
(C−4)と(C−5)との反応の温度については特に限定されないが、−80℃以上150℃以下であることが好ましく、−40℃以上100℃以下の範囲であることがより好ましい。
(C−4)の使用時の濃度については特に限定されないが、(C−4)に含まれるチタン原子基準で0.1mol/L以上2mol/L以下であることが好ましく、0.5mol/L以上1.5mol/L以下であることがより好ましい。なお、(C−4)の希釈には不活性炭化水素溶媒を用いることが好ましい。
(C−3)に対する(C−4)と(C−5)の添加順序には特に制限はなく、(C−4)に続いて(C−5)を加える、(C−5)に続いて(C−4)を加える、(C−4)と(C−5)とを同時に添加する、のいずれの方法も可能である。このなかでも、(C−4)と(C−5)とを同時に添加する方法が好ましい。(C−4)と(C−5)との反応は不活性炭化水素溶媒中で行われるが、ヘキサン、ヘプタン等の脂肪族炭化水素溶媒を用いることが好ましい。かくして得られた触媒は、不活性炭化水素溶媒を用いたスラリー溶液として使用される。
次に(C−5)について説明する。本実施形態において、(C−5)は前述の式6で表されるチタン化合物である。
(C−5):Ti(OR (4−d) ・・・式6
(式中、dは0以上4以下の実数であり、Rは炭素数1以上20以下の炭化水素基であり、Xはハロゲン原子である。)
式6においてRで表される炭化水素基としては、特に限定されないが、具体的には、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、2−エチルヘキシル、ヘプチル、オクチル、デシル、アリル基等の脂肪族炭化水素基;シクロヘキシル、2−メチルシクロヘキシル、シクロペンチル基等の脂環式炭化水素基;フェニル、ナフチル基等の芳香族炭化水素基等が挙げられる。このなかでも、脂肪族炭化水素基が好ましい。Xで表されるハロゲンとしては、特に限定されないが、具体的には、塩素、臭素、ヨウ素が挙げられる。このなかでも、塩素が好ましい。上記から選ばれた(C−5)を、1種単独で用いても良いし、2種以上混合して使用することが可能である。
(C−5)の使用量としては特に限定されないが、担体(C−3)に含まれるマグネシウム原子に対するモル比で0.01以上20以下が好ましく、0.05以上10以下が特に好ましい。
(C−5)の反応温度については、特に限定されないが、−80℃以上150℃以下であることが好ましく、−40℃以上100℃以下の範囲であることがさらに好ましい。
本実施形態においては、(C−3)に対する(C−5)の担持方法については特に限定されず、(C−3)に対して過剰な(C−5)を反応させる方法や、第三成分を使用することにより(C−5)を効率的に担持する方法を用いてもよいが、(C−5)と有機マグネシウム化合物(C−4)との反応により担持する方法が好ましい。
次に、本実施形態における有機金属化合物成分[B]について説明する。本実施形態の固体触媒成分は、有機金属化合物成分[B]と組み合わせることにより、高活性な重合用触媒となる。有機金属化合物成分[B]は「助触媒」と呼ばれることもある。有機金属化合物成分[B]としては、周期律表第1族、第2族、第12族及び第13族からなる群に属する金属を含有する化合物であることが好ましく、特に有機アルミニウム化合物及び/又は有機マグネシウム化合物が好ましい。
有機アルミニウム化合物としては、下記式7で表される化合物を単独又は混合して使用することが好ましい。
AlR12 (3−j) ・・・式7
(式中、R12は炭素数1以上20以下の炭化水素基、Zは水素、ハロゲン、アルコキシ、アリロキシ、シロキシ基からなる群に属する基であり、jは2以上3以下の数である。)
上記の式7において、R12で表される炭素数1以上20以下の炭化水素基は、特に限定されないが、具体的には、脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素、脂環式炭化水素を包含するものであり、例えばトリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリプロピルアルミニウム、トリブチルアルミニウム、トリ(2−メチルプロピル)アルミニウム(又は、トリイソブチルアルミニウム)、トリペンチルアルミニウム、トリ(3−メチルブチル)アルミニウム、トリヘキシルアルミニウム、トリオクチルアルミニウム、トリデシルアルミニウム等のトリアルキルアルミニウム、ジエチルアルミニウムクロリド、エチルアルミニウムジクロリド、ビス(2−メチルプロピル)アルミニウムクロリド、エチルアルミニウムセスキクロリド、ジエチルアルミニウムブロミド等のハロゲン化アルミニウム化合物、ジエチルアルミニウムエトキシド、ビス(2−メチルプロピル)アルミニウムブトキシド等のアルコキシアルミニウム化合物、ジメチルヒドロシロキシアルミニウムジメチル、エチルメチルヒドロシロキシアルミニウムジエチル、エチルジメチルシロキシアルミニウムジエチル等のシロキシアルミニウム化合物及びこれらの混合物が好ましい。このなかでも、トリアルキルアルミニウム化合物が特に好ましい。
有機マグネシウム化合物としては、前述の式3で表される不活性炭化水素溶媒に可溶である有機マグネシウム化合物が好ましい。
(Mγ(Mg)δ(R(R(OR10 ・・・式3
(式中、Mは周期律表第12族、第13族及び第14族からなる群に属する金属原子であり、R、R及びR10はそれぞれ炭素数2以上20以下の炭化水素基であり、γ、δ、e、f及びgは次の関係を満たす実数である。0≦γ、0<δ、0≦e、0≦f、0≦g、0<e+f、0≦g/(γ+δ)≦2、kγ+2δ=e+f+g(ここで、kはMの原子価を表す。))
この有機マグネシウム化合物は、不活性炭化水素溶媒に可溶な有機マグネシウムの錯化合物の形として示されているが、ジアルキルマグネシウム化合物及びこの化合物と他の金属化合物との錯体の全てを包含するものである。γ、δ、e、f、g、M、R、R、OR10についてはすでに述べたとおりであるが、この有機マグネシウム化合物は不活性炭化水素溶媒に対する溶解性が高いほうが好ましいため、δ/γは0.5〜10の範囲にあることが好ましく、またMがアルミニウムである化合物がさらに好ましい。
固体触媒成分及び有機金属化合物成分[B]を重合条件下である重合系内に添加する方法については、両者を別々に重合系内に添加してもよいし、あらかじめ両者を反応させた後に重合系内に添加してもよいが、添加する際は重合系内上部から添加することが好ましい。重合系上部から触媒成分を添加することで、53μm以下のポリエチレンパウダーの嵩密度が低くなる傾向にあり、また、本実施形態の上記の流動エネルギーの関係を、より好適に満たしやすくなるためである。また組み合わせる両者の比率には特に限定されないが、固体触媒成分1gに対し有機金属化合物成分[B]は1mmol以上3,000mmol以下であることが好ましい。
(メタロセン触媒)
一方、メタロセン触媒を用いた例としては、一般的な遷移金属化合物が用いられる。例えば、日本国特許4868853号に記載の製造方法が挙げられる。このようなメタロセン触媒は、a)環状η結合性アニオン配位子を有する遷移金属化合物及びb)該遷移金属化合物と反応して触媒活性を発現する錯体を形成可能な活性化剤の2つの触媒成分から構成される。
本実施形態で使用される環状η結合性アニオン配位子を有する遷移金属化合物は、例えば以下の式8で表すことができる。
・・・式8
式8において、Lは、各々独立して、シクロペンタジエニル基、インデニル基、テトラヒドロインデニル基、フルオレニル基、テトラヒドロフルオレニル基、及びオクタヒドロフルオレニル基からなる群より選ばれるη結合性環状アニオン配位子を表し、該配位子は場合によっては1〜8個の置換基を有し、該置換基は各々独立して炭素数1〜20の炭化水素基、ハロゲン原子、炭素数1〜12のハロゲン置換炭化水素基、炭素数1〜12のアミノヒドロカルビル基、炭素数1〜12のヒドロカルビルオキシ基、炭素数1〜12のジヒドロカルビルアミノ基、炭素数1〜12のヒドロカルビルフォスフィノ基、シリル基、アミノシリル基、炭素数1〜12のヒドロカルビルオキシシリル基、及びハロシリル基からなる群より選ばれる、20個までの非水素原子を有する置換基である。
式8において、Mは、形式酸化数が+2、+3又は+4の周期表第4族に属する遷移金属群から選ばれる遷移金属であって、少なくとも1つの配位子Lにη結合している遷移金属を表す。
式8において、Wは、50個までの非水素原子を有する2価の置換基であって、LとMとに各々1価ずつの価数で結合し、これによりL及びMと共働してメタロサイクルを形成する2価の置換基を表し、Xは、各々独立して、1価のアニオン性σ結合型配位子、Mと2価で結合する2価のアニオン性σ結合型配位子、及びLとMとに各々1価ずつの価数で結合する2価のアニオン性σ結合型配位子からなる群より選ばれる、60個までの非水素原子を有するアニオン性σ結合型配位子を表す。
式8において、Xは、各々独立して、40個までの非水素原子を有する中性ルイス塩基配位性化合物を表し、Xは、中性ルイス塩基配位性化合物を表す。
jは1又は2であり、但し、jが2であるとき、場合によっては2つの配位子Lが、20個までの非水素原子を有する2価の基を介して互いに結合し、該2価の基は炭素数1〜20のヒドロカルバジイル基、炭素数1〜12のハロヒドロカルバジイル基、炭素数1〜12のヒドロカルビレンオキシ基、炭素数1〜12のヒドロカルビレンアミノ基、シランジイル基、ハロシランジイル基、及びシリレンアミノ基からなる群より選ばれる基である。
kは0又は1であり、pは0、1又は2であり、但し、Xが1価のアニオン性σ結合型配位子、又はLとMとに結合している2価のアニオン性σ結合型配位子である場合、pはMの形式酸化数より1以上小さい整数であり、またXがMにのみ結合している2価のアニオン性σ結合型配位子である場合、pはMの形式酸化数より(j+1)以上小さい整数であり、qは0、1又は2である。
上記式8の化合物中の配位子Xの例としては、ハライド、炭素数1〜60の炭化水素基、炭素数1〜60のヒドロカルビルオキシ基、炭素数1〜60のヒドロカルビルアミド基、炭素数1〜60のヒドロカルビルフォスフィド基、炭素数1〜60のヒドロカルビルスルフィド基、シリル基、これらの複合基等が挙げられる。
上記式8の化合物中の中性ルイス塩基配位性化合物Xの例としては、フォスフィン、エーテル、アミン、炭素数2〜40のオレフィン、炭素数1〜40のジエン、これらの化合物から誘導される2価の基等が挙げられる。
本実施形態において、環状η結合性アニオン配位子を有する遷移金属化合物としては、前記式8(ただし、j=1)で表される遷移金属化合物が好ましい。前記式8(ただし、j=1)で表される化合物の好ましい例としては、下記の式9で表される化合物が挙げられる。
Figure 0006387176
式9において、Mは、チタン、ジルコニウム、ニッケル及びハフニウムからなる群より選ばれる遷移金属であって、形式酸化数が+2、+3又は+4である遷移金属を表し、R13は、各々独立して、水素原子、炭素数1〜8の炭化水素基、シリル基、ゲルミル基、シアノ基、ハロゲン原子及びこれらの複合基からなる群より選ばれる、20個までの非水素原子を有する置換基を表し、但し、該置換基R13が炭素数1〜8の炭化水素基、シリル基又はゲルミル基であるとき、場合によっては2つの隣接する置換基R13が互いに結合して2価の基を形成し、これにより該2つの隣接する該置換基R13にそれぞれ結合するシクロペンタジエニル環の2つの炭素原子間の結合と共働して環を形成することができる。
式9において、Xは、各々独立して、ハライド、炭素数1〜20の炭化水素基、炭素数1〜18のヒドロカルビルオキシ基、炭素数1〜18のヒドロカルビルアミノ基、シリル基、炭素数1〜18のヒドロカルビルアミド基、炭素数1〜18のヒドロカルビルフォスフィド基、炭素数1〜18のヒドロカルビルスルフィド基及びこれらの複合基からなる群より選ばれる、20個までの非水素原子を有する置換基を表し、但し、場合によっては2つの置換基Xが共働して炭素数4〜30の中性共役ジエン又は2価の基を形成することができる。
式9において、Yは、−O−、−S−、−NR−又は−PR−を表し、但し、Rは、水素原子、炭素数1〜12の炭化水素基、炭素数1〜8のヒドロカルビルオキシ基、シリル基、炭素数1〜8のハロゲン化アルキル基、炭素数6〜20のハロゲン化アリール基、又はこれらの複合基を表す。
式9において、ZはSiR 、CR 、SiR SiR 、CR CR*2、CR=CR、CR SiR 又はGeR を表し、但し、Rは上で定義した通りであり、nは1、2又は3である。
本実施形態において用いられる環状η結合性アニオン配位子を有する遷移金属化合物のとしては、以下に示すような化合物が挙げられる。ジルコニウム系化合物としては、特に限定されないが、具体的には、ビス(メチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジメチル、ビス(n−ブチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジメチル、ビス(インデニル)ジルコニウムジメチル、ビス(1,3−ジメチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジメチル、(ペンタメチルシクロペンタジエニル)(シクロペンタジエニル)ジルコニウムジメチル、ビス(シクロペンタジエニル)ジルコニウムジメチル、ビス(ペンタメチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジメチル、ビス(フルオレニル)ジルコニウムジメチル、エチレンビス(インデニル)ジルコニウムジメチル、エチレンビス(4,5,6,7−テトラヒドロ−1−インデニル)ジルコニウムジメチル、エチレンビス(4−メチル−1−インデニル)ジルコニウムジメチル、エチレンビス(5−メチル−1−インデニル)ジルコニウムジメチル、エチレンビス(6−メチル−1−インデニル)ジルコニウムジメチル、エチレンビス(7−メチル−1−インデニル)ジルコニウムジメチル、エチレンビス(5−メトキシ−1−インデニル)ジルコニウムジメチル、エチレンビス(2,3−ジメチル−1−インデニル)ジルコニウムジメチル、エチレンビス(4,7−ジメチル−1−インデニル)ジルコニウムジメチル、エチレンビス−(4,7−ジメトキシ−1−インデニル)ジルコニウムジメチル、メチレンビス(シクロペンタジエニル)ジルコニウムジメチル、イソプロピリデン(シクロペンタジエニル)ジルコニウムジメチル、イソプロピリデン(シクロペンタジエニル−フルオレニル)ジルコニウムジメチル、シリレンビス(シクロペンタジエニル)ジルコニウムジメチル、ジメチルシリレン(シクロペンタジエニル)ジルコニウムジメチル等が挙げられる。
チタニウム系化合物としては、特に限定されないが、具体的には、[(N−t−ブチルアミド)(テトラメチル−η−シクロペンタジエニル)−1,2−エタンジイル]チタニウムジメチル、[(N−t−ブチルアミド)(テトラメチル−η−シクロペンタジエニル)ジメチルシラン]チタニウムジメチル、[(N−メチルアミド)(テトラメチル−η−シクロペンタジエニル)ジメチルシラン]チタニウムジメチル、[(N−フェニルアミド)(テトラメチル−η−シクロペンタジエニル)ジメチルシラン]チタニウムジメチル、[(N−ベンジルアミド)(テトラメチル−η−シクロペンタジエニル)ジメチルシラン]チタニウムジメチル、[(N−t−ブチルアミド)(η−シクロペンタジエニル)−1,2−エタンジイル]チタニウムジメチル、[(N−t−ブチルアミド)(η−シクロペンタジエニル)ジメチルシラン]チタニウムジメチル、[(N−メチルアミド)(η−シクロペンタジエニル)−1,2−エタンジイル]チタニウムジメチル、[(N−メチルアミド)(η−シクロペンタジエニル)ジメチルシラン]チタニウムジメチル、[(N−t−ブチルアミド)(η−インデニル)ジメチルシラン]チタニウムジメチル、[(N−ベンジルアミド)(η−インデニル)ジメチルシラン]チタニウムジメチル等が挙げられる。
ニッケル系化合物としては、特に限定されないが、具体的には、ジブロモビストリフェニルホスフィンニッケル、ジクロロビストリフェニルホスフィンニッケル、ジブロモジアセトニトリルニッケル、ジブロモジベンゾニトリルニッケル、ジブロモ(1,2−ビスジフェニルホスフィノエタン)ニッケル、ジブロモ(1,3−ビスジフェニルホスフィノプロパン)ニッケル、ジブロモ(1,1’−ジフェニルビスホスフィノフェロセン)ニッケル、ジメチルビスジフェニルホスフィンニッケル、ジメチル(1,2−ビスジフェニルホスフィノエタン)ニッケル、メチル(1,2−ビスジフェニルホスフィノエタン)ニッケルテトラフルオロボレート、(2−ジフェニルホスフィノ−1−フェニルエチレンオキシ)フェニルピリジンニッケル、ジクロロビストリフェニルホスフィンパラジウム、ジクロロジベンゾニトリルパラジウム、ジクロロジアセトニトリルパラジウム、ジクロロ(1,2−ビスジフェニルホスフィノエタン)パラジウム、ビストリフェニルホスフィンパラジウムビステトラフルオロボレート、ビス(2,2’−ビピリジン)メチル鉄テトラフルオロボレートエーテラート等が挙げられる。
ハフニウム系化合物としては、特に限定されないが、具体的には、[(N−t−ブチルアミド)(テトラメチル−η5−シクロペンタジエニル)−1,2−エタンジイル]ハフニウムジメチル、[(N−t−ブチルアミド)(テトラメチル−η5−シクロペンタジエニル)ジメチルシラン]ハフニウムジメチル、[(N−メチルアミド)(テトラメチル−η5−シクロペンタジエニル)ジメチルシラン]ハフニウムジメチル、[(N−フェニルアミド)(テトラメチル−η5−シクロペンタジエニル)ジメチルシラン]ハフニウムジメチル、[(N−ベンジルアミド)(テトラメチル−η5−シクロペンタジエニル)ジメチルシラン]ハフニウムジメチル、[(N−t−ブチルアミド)(η5−シクロペンタジエニル)−1,2−エタンジイル]ハフニウムジメチル、[(N−t−ブチルアミド)(η5−シクロペンタジエニル)ジメチルシラン]ハフニウムジメチル、[(N−メチルアミド)(η5−シクロペンタジエニル)−1,2−エタンジイル]ハフニウムジメチル、[(N−メチルアミド)(η5−シクロペンタジエニル)ジメチルシラン]ハフニウムジメチル、[(N−t−ブチルアミド)(η5−インデニル)ジメチルシラン]ハフニウムジメチル、[(N−ベンジルアミド)(η5−インデニル)ジメチルシラン]ハフニウムジメチル等が挙げられる。
本実施形態において用いられる環状η結合性アニオン配位子を有する遷移金属化合物の具体例としては、さらに、上に挙げた各ジルコニウム系化合物及びチタン系化合物の名称の「ジメチル」の部分(これは、各化合物の名称末尾の部分、すなわち「ジルコニウム」又は「チタニウム」という部分の直後に現れているものであり、前記式9中のXの部分に対応する名称である)を、「ジクロル」、「ジブロム」、「ジヨード」、「ジエチル」、「ジブチル」、「ジフェニル」、「ジベンジル」、「2−(N,N−ジメチルアミノ)ベンジル」、「2−ブテン−1,4−ジイル」、「s−トランス−η4−1,4−ジフェニル−1,3−ブタジエン」、「s−トランス−η−3−メチル−1,3−ペンタジエン」、「s−トランス−η−1,4−ジベンジル−1,3−ブタジエン」、「s−トランス−η−2,4−ヘキサジエン」、「s−トランス−η−1,3−ペンタジエン」、「s−トランス−η−1,4−ジトリル−1,3−ブタジエン」、「s−トランス−η−1,4−ビス(トリメチルシリル)−1,3−ブタジエン」、「s−シス−η−1,4−ジフェニル−1,3−ブタジエン」、「s−シス−η−3−メチル−1,3−ペンタジエン」、「s−シス−η−1,4−ジベンジル−1,3−ブタジエン」、「s−シス−η−2,4−ヘキサジエン」、「s−シス−η−1,3−ペンタジエン」、「s−シス−η−1,4−ジトリル−1,3−ブタジエン」、「s−シス−η−1,4−ビス(トリメチルシリル)−1,3−ブタジエン」等の任意のものに替えてできる名称を持つ化合物も挙げられる。
本実施形態において用いられる環状η結合性アニオン配位子を有する遷移金属化合物は、一般に公知の方法で合成できる。本実施形態においてこれら遷移金属化合物は単独で使用してもよいし、組み合わせて使用してもよい。
次に本実施形態において用いられるb)遷移金属化合物と反応して触媒活性を発現する錯体を形成可能な活性化剤(以下、単に「活性化剤」ともいう。)について説明する。
本実施形態における活性化剤として例えば、以下の式10で定義される化合物が挙げられる。
[L−H]d+[M d− ・・・式10
(式中、[L−H]d+はプロトン供与性のブレンステッド酸を表し、但し、Lは中性のルイス塩基を表し、dは1〜7の整数であり;[M d−は両立性の非配位性アニオンを表し、ここで、Mは、周期表第5族〜第15族のいずれかに属する金属又はメタロイドを表し、Qは、各々独立して、ヒドリド、ハライド、炭素数2〜20のジヒドロカルビルアミド基、炭素数1〜30のヒドロカルビルオキシ基、炭素数1〜30の炭化水素基、及び炭素数1〜40の置換された炭化水素基からなる群より選ばれ、ここで、ハライドであるQの数は1以下であり、mは1〜7の整数であり、pは2〜14の整数であり、dは上で定義した通りであり、p−m=dである。)
非配位性アニオンとしては、特に限定されないが、具体的には、テトラキスフェニルボレート、トリ(p−トリル)(フェニル)ボレート、トリス(ペンタフルオロフェニル)(フェニル)ボレート、トリス(2,4−ジメチルフェニル)(ヒドフェニル)ボレート、トリス(3,5−ジメチルフェニル)(フェニル)ボレート、トリス(3,5−ジ−トリフルオリメチルフェニル)(フェニル)ボレート、トリス(ペンタフルオロフェニル)(シクロヘキシル)ボレート、トリス(ペンタフルオロフェニル)(ナフチル)ボレート、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、トリフェニル(ヒドロキシフェニル)ボレート、ジフェニル−ジ(ヒドロキシフェニル)ボレート、トリフェニル(2,4−ジヒドロキシフェニル)ボレート、トリ(p−トリル)(ヒドロキシフェニル)ボレート、トリス(ペンタフルオロフェニル)(ヒドロキシフェニル)ボレート、トリス(2,4−ジメチルフェニル)(ヒドロキシフェニル)ボレート、トリス(3,5−ジメチルフェニル)(ヒドロキシフェニル)ボレート、トリス(3,5−ジ−トリフルオリメチルフェニル)(ヒドロキシフェニル)ボレート、トリス(ペンタフルオロフェニル)(2−ヒドロキシエチル)ボレート、トリス(ペンタフルオロフェニル)(4−ヒドロキシブチル)ボレート、トリス(ペンタフルオロフェニル)(4−ヒドロキシ−シクロヘキシル)ボレート、トリス(ペンタフルオロフェニル)(4−(4’−ヒドロキシフェニル)フェニル)ボレート、トリス(ペンタフルオロフェニル)(6−ヒドロキシ−2−ナフチル)ボレート等が挙げられる。
他の好ましい非配位性アニオンの例としては、上記例示のボレートのヒドロキシ基がNHR基で置き換えられたボレートが挙げられる。ここで、Rは好ましくは、メチル基、エチル基又はtert−ブチル基である。
また、プロトン付与性のブレンステッド酸としては、特に限定されないが、具体的には、トリエチルアンモニウム、トリプロピルアンモニウム、トリ(n−ブチル)アンモニウム、トリメチルアンモニウム、トリブチルアンモニウム及びトリ(n−オクチル)アンモニウム等のトリアルキル基置換型アンモニウムカチオン;N,N−ジメチルアニリニウム、N,N−ジエチルアニリニウム、N,N−2,4,6−ペンタメチルアニリニウム、N,N−ジメチルベンジルアニリニウム等のN,N−ジアルキルアニリニウムカチオン;ジ−(i−プロピル)アンモニウム、ジシクロヘキシルアンモニウム等のジアルキルアンモニウムカチオン;トリフェニルフォスフォニウム、トリ(メチルフェニル)フォスフォニウム、トリ(ジメチルフェニル)フォスフォニウム等のトリアリールフォスフォニウムカチオン;又はジメチルスルフォニウム、ジエチルフルフォニウム、ジフェニルスルフォニウム等が挙げられる。
また本実施形態において、活性化剤として、次の式11で表されるユニットを有する有機金属オキシ化合物も用いることができる。
Figure 0006387176
(ここで、Mは周期律表第13族〜第15族の金属又はメタロイドであり、R14は各々独立に炭素数1〜12の炭化水素基又は置換炭化水素基であり、nは金属Mの価数であり、mは2以上の整数である。)
本実施形態の活性化剤の好ましい例は、例えば次式12で示されるユニットを含む有機アルミニウムオキシ化合物である。
Figure 0006387176
(ここで、R15は炭素数1〜8のアルキル基であり、mは2〜60の整数である。)
本実施形態の活性化剤のより好ましい例は、例えば次式13で示されるユニットを含むメチルアルモキサンである。
Figure 0006387176
(ここで、mは2〜60の整数である。)
本実施形態においては、活性化剤成分を単独で使用してもよいし組み合わせて使用してもよい。
本実施形態において、これらの触媒成分は、固体成分に担持して担持型触媒としても用いることができる。このような固体成分としては、特に限定されないが、具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン又はスチレンジビニルベンゼンのコポリマー等の多孔質高分子材料;シリカ、アルミナ、マグネシア、塩化マグネシウム、ジルコニア、チタニア、酸化硼素、酸化カルシウム、酸化亜鉛、酸化バリウム、五酸化バナジウム、酸化クロム及び酸化トリウム等の周期律表第2、3、4、13及び14族元素の無機固体材料、及びそれらの混合物;並びにそれらの複酸化物から選ばれる少なくとも1種の無機固体材料が挙げられる。
シリカの複合酸化物としては、特に限定されないが、具体的には、シリカマグネシア、シリカアルミナ等のようなシリカと、周期律表第2族又は第13族元素との複合酸化物が挙げられる。また本実施形態では、上記2つの触媒成分の他に、必要に応じて有機アルミニウム化合物を触媒成分として用いることができる。本実施形態において用いることができる有機アルミニウム化合物とは、例えば次式14で表される化合物である。
Figure 0006387176
(ここで、R16は炭素数1〜12までのアルキル基、炭素数6〜20のアリール基であり、Xはハロゲン、水素又はアルコキシル基であり、アルキル基は直鎖状、分岐状又は環状であり、nは1〜3の整数である。)
ここで有機アルミニウム化合物は、上記式14で表される化合物の混合物であっても構わない。本実施形態において用いることができる有機アルミニウム化合物としては、例えば上記式で、R16がメチル基、エチル基、ブチル基、イソブチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基、フェニル基、トリル基等が挙げられ、またXとしては、メトキシ基、エトキシ基、ブトキシ基、クロル等が挙げられる。
本実施形態において用いることができる有機アルミニウム化合物としては、特に限定されないが、具体的には、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリブチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリヘキシルアルミニウム、トリオクチルアルミニウム、トリデシルアルミニウム等、或いはこれらの有機アルミニウムとメチルアルコール、エチルアルコール、ブチルアルコール、ペンチルアルコール、ヘキシルアルコール、オクチルアルコール、デシルアルコール等のアルコール類との反応生成物、例えばジメチルメトキシアルミニウム、ジエチルエトキシアルミニウム、ジブチルブトキシアルミニウム等が挙げられる。
[ポリエチレンパウダーの製造方法]
本実施形態のポリエチレンパウダーの製造方法におけるポリエチレンの重合法としては、懸濁重合法或いは気相重合法により、エチレン、又はエチレンを含む単量体を(共)重合させる方法が挙げられる。このなかでも、重合熱を効率的に除熱できる懸濁重合法が好ましい。懸濁重合法においては、媒体として不活性炭化水素媒体を用いることができ、さらにオレフィン自身を溶媒として用いることもできる。
かかる不活性炭化水素媒体としては、特に限定されないが、具体的には、プロパン、ブタン、イソブタン、ペンタン、イソペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン、ドデカン、灯油等の脂肪族炭化水素;シクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロペンタン等の脂環式炭化水素;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素;エチルクロライド、クロルベンゼン、ジクロロメタン等のハロゲン化炭化水素;又はこれらの混合物等を挙げることができる。
ポリエチレンパウダーの製造方法における重合温度は、通常、30℃以上100℃以下である。当該重合温度は、40℃以上が好ましく、より好ましくは50℃以上であり、また、95℃以下が好ましく、より好ましくは90℃以下である。重合温度が30℃以上であることにより、工業的により効率的な製造ができる傾向にある。一方、重合温度が100℃以下であることにより、連続的により安定した運転ができる傾向にある。
ポリエチレンパウダーの製造方法における重合圧力は、通常、常圧以上2MPa以下である。当該重合圧力は、0.1MPa以上が好ましく、より好ましくは0.12MPa以上であり、また、1.5MPa以下が好ましく、より好ましくは1.0MPa以下である。重合圧力が常圧以上であることにより、工業的により効率的な製造ができる傾向にあり、重合圧力が2MPa以下であることにより、触媒導入時の急重合反応による部分的な発熱を抑制することができ、ポリエチレンを安定的に生産できる傾向にある。
重合反応は、回分式、半連続式、連続式のいずれの方法において行なうことができるが、連続式で重合することが好ましい。エチレンガス、溶媒、触媒等を連続的に重合系内に供給し、生成したポリエチレンと共に連続的に排出することで、急激なエチレンの反応による部分的な高温状態を抑制することが可能となり、重合系内がより安定化する。系内が均一な状態でエチレンが反応すると、ポリマー鎖中に分岐や二重結合等が生成されることが抑制され、ポリエチレンの低分子量化や架橋が起こりにくくなるため、ポリエチレンパウダーの溶融、又は溶解時に残存する未溶融物が減少し、着色が抑えられ、機械的物性が低下するといった問題も生じにくくなる。よって、重合系内がより均一となる連続式が好ましい。
また、重合を反応条件の異なる2段以上に分けて行なうことも可能である。さらに、例えば、西独国特許出願公開第3127133号明細書に記載されているように、得られるポリエチレンの極限粘度は、重合系に水素を存在させるか、又は重合温度を変化させることによって調節することもできる。重合系内に連鎖移動剤として水素を添加することにより、極限粘度を適切な範囲で制御することが可能である。重合系内に水素を添加する場合、水素のモル分率は、0mol%以上30mol%以下であることが好ましく、0mol%以上25mol%以下であることがより好ましく、0mol%以上20mol%以下であることがさらに好ましい。なお、本実施形態では、上記のような各成分以外にもポリエチレンの製造に有用な他の公知の成分を含むことができる。
ポリエチレンを重合する際には、重合反応器へのポリマー付着を抑制するため、The Associated Octel Company社製(代理店丸和物産)のStadis450等の静電気防止剤を使用することも可能である。Stadis450は、不活性炭化水素媒体に希釈したものをポンプ等により重合反応器に添加することもできる。この際の添加量は、単位時間当たりのポリエチレンの生産量に対して、0.10ppm以上20ppm以下の範囲で添加することが好ましく、0.20ppm以上10ppm以下の範囲で添加することがより好ましい。
本実施形態に係るポリエチレンパウダーは、上述の通り、ポリエチレンパウダーの空気通気量4mm/s時の流動エネルギーが、無通気時の流動エネルギーの30%以上であることを特徴としている。そして、流動エネルギーをこのように特定範囲にする効果的な方法としては、平均粒径、粒度分布、粒子径75μm以下の粒子の含有量、及び/又は53μm以下の嵩密度を、特定範囲とすること等が挙げられる。
[添加剤]
本実施形態のポリエチレンパウダーには、必要に応じて、スリップ剤、中和剤、酸化防止剤、耐光安定剤、帯電防止剤、顔料等の添加剤を添加することができる。
スリップ剤又は中和剤としては、特に限定されないが、例えば、脂肪族炭化水素、高級脂肪酸、高級脂肪酸金属塩、アルコールの脂肪酸エステル、ワックス、高級脂肪酸アマイド、シリコーン油、ロジン等が挙げられる。スリップ剤又は中和剤の含有量は、特に限定されないが、5000ppm以下であり、好ましくは4000ppm以下、より好ましくは3000ppm以下である。
酸化防止剤としては、特に限定されないが、例えば、フェノール系化合物、若しくはフェノールリン酸系化合物が好ましい。具体的には、2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール(ジブチルヒドロキシトルエン)、n−オクタデシル−3−(4−ヒドロキ−3,5−ジ−t−ブチルフェニル)プロピオネート、テトラキス(メチレン(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒサロキシハイドロシンナメート))メタン等のフェノール系酸化防止剤;6−[3−(3−t−ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)プロポキシ]−2,4,8,10−テトラ−t−ブチルジベンゾ[d,f][1,3,2]ジオキサホスフェピン等のフェノールリン系酸化防止剤;テトラキス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)−4,4’−ビフェニレン−ジ−ホスフォナイト、トリス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)フォスファイト、サイクリックネオペンタンテトライルビス(2,4−t−ブチルフェニルフォスファイト)等のリン系酸化防止剤が挙げられる。
本実施形態に係るポリエチレンパウダーの酸化防止剤量としては、100ppm以上5000ppm以下であり、100ppm以上4000ppm以下であることが好ましく、100ppm以上3000ppm以下がより好ましい。酸化防止剤が100ppm以上であることにより、ポリエチレンの劣化が抑制されて、脆化や変色、機械的物性の低下等が起こりにくくなり、長期安定性により優れるものとなる。また、酸化防止剤が5000ppm以下であることにより、酸化防止剤自身、及び酸化防止剤の変性体による着色、又は、酸化防止剤と金属成分の反応による着色を抑制することができる。
耐光安定剤としては、特に限定されないが、例えば、2−(5−メチル−2−ヒドロキシフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(3−t−ブチル−5−メチル−2−ヒドロキシフェニル)−5−クロロベンゾトリアゾール等のベンゾトリアゾール系耐光安定剤;ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジン)セバケート、ポリ[{6−(1,1,3,3−テトラメチルブチル)アミノ−1,3,5−トリアジン−2,4−ジイル}{(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)イミノ}ヘキサメチレン{(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)イミノ}]等のヒンダードアミン系耐光安定剤が挙げられる。耐光安定剤の含有量は、特に限定されないが、5000ppm以下であり、好ましくは3000ppm以下、より好ましくは2000ppm以下である。
帯電防止剤としては、特に限定されないが、例えば、アルミノケイ酸塩、カオリン、クレー、天然シリカ、合成シリカ、シリケート類、タルク、珪藻土等や、グリセリン脂肪酸エステル等が挙げられる。
ポリエチレンパウダーからなる繊維に含まれる有機系添加剤の含有量は、テトラヒドロフラン(THF)を用いてソックスレー抽出により6時間抽出し、抽出液を液体クロマトグラフィーにより分離、定量することにより求めることができる。また、無機系添加剤の含有量は、電気炉でポリエチレン樹脂を燃焼させ、その灰分重量より定量することができる。
[成形体]
本実施の形態のポリエチレンパウダーは、種々の方法により加工することができる。また、該ポリエチレンパウダーを用いて得られる成形体は種々の用途に用いることができる。成形体としては、限定されるものではないが、例えば、二次電池セパレーター用微多孔膜、中でも、リチイムイオン二次電池セパレーター用微多孔膜、焼結体、高強度繊維、ゲル紡糸等として好適である。微多孔膜の製造方法としては、溶剤を用いた湿式法において、Tダイを備え付けた押出し機にて、押出し、延伸、抽出、乾燥を経る加工方法が挙げられる。
また高分子量のエチレン重合体の特性である耐摩耗性、高摺動性、高強度、高衝撃性などの優れた特徴を活かし、エチレン重合体を焼結して得られる成形体、フィルターや粉塵トラップ材等にも使用できる。
以下、本発明を実施例及び比較例を用いてさらに詳しく説明するが、本発明は以下の実施例により何ら限定されるものではない。
〔測定方法及び条件〕
実施例及び比較例のポリエチレンパウダーの物性を下記の方法で測定した。
(1)粘度平均分子量(Mv)
1)ポリエチレンパウダー10mgを秤量し、試験管に投入した。 2)試験管に20mLのデカリン(デカヒドロナフタレン)を投入した。
3)150℃で2時間攪拌してポリエチレンを溶解させた。
4)その溶液を135℃の恒温槽で、ウベローデタイプの粘度計を用いて、標線間の落下時間(ts)を測定した。
5)同様に、ポリエチレンパウダー5mgの場合についても標線間の落下時間(ts)を測定した。
6)ブランクとしてポリエチレンを入れていない、デカリンのみの落下時間(tb)を測定した。
7)以下の式に従って求めたポリエチレンパウダーの還元粘度(ηsp/C)をそれぞれプロットして濃度(C)とポリエチレンパウダーの還元粘度(ηsp/C)の直線式を導き、ポリエチレンパウダーの濃度を0に外挿して、極限粘度(η)を求めた。
ηsp/C=(ts/tb−1)/0.1
8)この極限粘度(η)から以下の式に従い、粘度平均分子量(Mv)を求めた。
Mv=(5.34×104)×[η]1.49
(2)密度
1)ポリエチレンパウダー180gを200mm×200mm×厚み4mmの金型に投入した。
2)設定温度200℃のプレス機で、10kg/cmで5分間予熱し、3回脱泡操作を行い、150kg/cmで15分間プレスした。
3)冷却プレスにて金型を室温まで冷却した。
4)得られたプレスシートから、2cm×2cm×厚み4mmの切片を切り出した。
5)JIS K7112に準拠した密度勾配管を使用して、成形体の密度を測定し、得られた値をパウダーの密度とした。
(3)流動エネルギー
粉体流動性分析装置パウダーレオメーターFT4(スペクトリス株式会社製)を使用した。
1)専用のスプリット容器(容量が260mlであり、容器の底板がメッシュ状の円筒形状容器)に粉体を53g充填した。
2)当該容器の下方から空気を通気させずに、ブレード(当該専用のスプリット容器に対応する付属のブレード)を、ブレードの先端の速度が100mm/sとなる回転速度で回転させながら、粉体中を上方から下方へ30mm/sの速度で移動させ、そのときの回転トルクと垂直荷重を測定した。測定した回転トルクと垂直荷重の積分値を無通気時の流動エネルギーとした。
3)ブレードを、ブレードの先端の速度が40mm/sとなる回転速度で2)とは逆方向に回転しながら、紛体中を下方から上方へ30mm/sの速度で上昇させ、元の位置まで戻した。その後、当該容器の下方(パウダー層の下部)から線速2mm/sで空気を送り込み、ブレードを、ブレードの先端の速度が100mm/sとなる回転速度で回転させながら(回転方向は2)と同じ)、粉体中を上方から下方へ30mm/sの速度で移動させた。次いで、ブレードを、ブレードの先端の速度が40mm/sとなる回転速度で2)とは逆方向に回転しながら、紛体中を下方から上方へ30mm/sの速度で上昇させ、元の位置まで戻した。
4)3)と同様の操作を、パウダー層の下部から送り込む空気を線速4mm/sにして行い、送り込む空気を線速4mm/sにして行った際の回転トルクと垂直荷重を2)と同様にして測定した。2)と同様にして算出した流動エネルギーを、空気通気量4mm/sの時の流動エネルギーとした。
(4)平均粒径
ポリエチレンパウダーの平均粒径は、JIS Z8801で規定された10種類の篩(目開き:710μm、500μm、425μm、355μm、300μm、212μm、150μm、106μm、75μm、53μm)を用いて、100gの粒子を分級した際に得られる各篩に残った粒子の重量を目開きの大きい側から積分した積分曲線において、50%の重量になる粒子径を平均粒子径とした。
(5)D90/D10比
粒径分布は、レーザー回折式粒子径分布測定装置SALD−2300((株)島津製作所製)を使用して測定した。分散媒としてはメタノールを用い、また、分散装置として超音波バスを使用した。この装置により解析した粒度累積分布データにおいて、当該分布中の粒子を小径側から加算して累積10%、又は累積90%となる粒子の粒子径それぞれD10、D90として、D90/D10比を求めた。
(6)粒子径75μm以下の粒子の含有量
粒子径75μm以下の粒子の含有量は、下記(7)の平均粒子径の測定において、全粒子(ポリエチレンパウダー)の重量に対する、目開き75μmの目開を有する篩を通過した粒子の重量の和、として求めた。
(7)粒子径が53μm以下の粒子の嵩密度
1)ポリエチレンパウダーを、JIS Z8801規格に準拠した目開き53μmの篩で分級した。
2)目開き53μmを有する篩を通過したポリエチレンパウダーを分取した。
3)JIS K 6891に則った標準寸法の校正された漏斗のオリフィスを介して、それぞれのパウダーを、100ccの円筒形容器に溢れるまで流下させた。
4)圧密やカップからの粉体の溢流を防ぐため、ヘラ等の刃を、容器の上面に垂直に立てて接触させた状態で滑らかに動かし、容器の上面から過剰の粉体を注意深くすり落とした。
5)容器の側面からも試料をすべて除去し,容器ごと粉体の質量を計測し、あらかじめ測定しておいた空の測定用容器の質量を差し引くことによって、粉体の質量(g)を0.1gまで算出した。
6)下記式によって嵩密度(g/cc)を計算した。
嵩密度(g/cc)=粉体の質量(g)/円筒形容器の容積(cc)
7)上記測定を3回行い、その平均値を記録した。
8)この平均値を、粒子径が53μm以下の粒子の嵩密度とした。
〔評価方法〕
実施例及び比較例のポリエチレンパウダーについて、下記の方法で評価した。
(8)微多孔膜の厚みバラつき
実施例及び比較例のポリエチレンパウダーを用いて後述する方法で製膜して得たそれぞれ3サンプルの微多孔膜((A)〜(C)サンプル、各サンプルで5枚)について、各微多孔膜の厚みを測定することにより、3サンプル間の微多孔膜の厚みバラつきを評価した。各微多孔膜の厚みの測定は、フィルムの幅方向に、接触式連続厚み測定装置(ANRITSU K310D安立電気株式会社製)を用いて行い、そして、各サンプルの微多孔膜の厚みを、当該サンプルから製膜した5枚の膜の厚みを平均した値とした。厚みバラつきについては、3サンプル間の微多孔膜の厚み平均値の差を以下の評価基準で評価した。
(評価基準)
◎(非常によい) :3サンプル間の厚み平均値の差が0.1μm未満
○(問題なし) :3サンプル間の厚み平均値の差が0.1μm以上0.3μm未満
×(悪い) :3サンプル間の厚み平均値の差が0.3μm以上
3サンプル間の微多孔膜の厚みバラつきの評価が良いほど、3サンプルの微多孔膜の製造のために用いた(A)〜(C)サンプルのポリエチレンパウダーブレンド間に偏在が生じていないことを意味し、具体的には、微多孔膜の製造のために、各実施例・比較例のポリエチレン及び低分子量ポリエチレン等をヘンシェルミキサーにて撹拌混合した際に、当該ミキサー内でパウダーブレンドに偏在が生じていないことを意味する。
(9)微多孔膜のTD方向引張強度(MPa)、TD方向引張伸度(%)バラつき
実施例及び比較例のポリエチレンパウダーを用いて後述する方法で製膜して得たそれぞれ3サンプルの微多孔膜((A)〜(C)サンプル、各サンプルで5枚)について、各微多孔膜のTD方向引張強度(MPa)、TD方向引張伸度(%)を測定することにより(ここでいう「TD方向」とは、微多孔膜を作製時のTD方向を意味する)、3サンプル間の微多孔膜の当該物性のバラつきを評価した。各微多孔膜についてTD方向(垂直方向)引張強度(MPa)及びTD方向引張伸度(%)は、JIS K7127に準拠し、島津製作所製の引張試験機、オートグラフAG−A型(商標)を用いて、各微多孔膜から作成したTDサンプル(形状;幅10mm×長さ100mm)を測定した。また、該測定においては、TDサンプルはチャック間を50mmとし、サンプルの両端部(各25mm)の片面にセロハンテープ(日東電工包装システム(株)製、商品名:N.29)を貼ったものを用いた。さらに、試験中のサンプル滑りを防止するために、引張試験機のチャック内側に、厚み1mmのフッ素ゴムを貼り付けた。
TD方向引張伸度(%)は、破断に至るまでの伸び量(mm)をチャック間距離(50mm)で除して、100を乗じることにより求めた。
TD方向引張強度(MPa)は、破断時の強度を、試験前のサンプル断面積で除することで求めた。なお、TD方向引張強度(MPa)及びTD方向引張伸度(%)の測定は、温度23±2℃、チャック圧0.30MPa、引張速度200mm/分で行った。
各サンプルの微多孔膜((A)〜(C)サンプル)のTD方向(垂直方向)引張強度(MPa)及びTD方向引張伸度(%)は、当該サンプルから製膜した5枚の膜(TDサンプル)の引張強度(MPa)及び引張伸度(%)を平均した値とした。
TD方向引張強度(MPa)、TD方向引張伸度(%)バラつきについては、3サンプル間の微多孔膜のTD方向引張強度(MPa)、TD方向引張伸度(%)の差を下記の評価基準で評価した。
(評価基準)
◎(良い) :サンプル間の引張強度の差及び伸度の差の両方が、2%未満である。
○(問題なし):「◎」に該当せず、サンプル間の引張強度の差及び伸度の差の両方 が、5%未満である。
×(悪い) :サンプル間の引張強度の差及び伸度の差の少なくとも一方が、5%以上である。
3サンプル間の微多孔膜のTD方向引張強度(MPa)、TD方向引張伸度(%)バラつきの評価が良いほど、3サンプルの微多孔膜の製造のために用いた(A)〜(C)サンプルのポリエチレンパウダーブレンド間に偏在が生じていないことを意味する。
(10)多孔質シートの表面粗さ(Ra)バラつき
実施例及び比較例のポリエチレンパウダーを用いて成形した多孔質シートについて、各多孔質シートの表面粗さ(Ra)を測定することにより、シートの表面粗さのバラつき(表面均一性)を評価した。シートの表面粗さ(Ra)は、触針式表面粗さ計(株式会社東京精密社製「ハンディサーフE−35B」)を用い、先端径R:5μm、速度:0.6mm/s、測定長:12.5mm、カットオフ値λc:2.5mmの条件にて測定した。測定位置は、被測定物の面の中心1箇所と、面をできるだけ同じ形状になるように4等分した際、その4等分された面の中心1箇所ずつ、合計5箇所を測定した。
表面粗さ(Ra)バラつきは、上記5箇所間における表面粗さ(Ra)の差を、以下の判定基準に基づき、評価した。
(評価基準)
○(問題なし) :5箇所間の差が、全て5μm以内である。
×(悪い) :5箇所間の内、1箇所以上で差が5μmを超える。
多孔質シートの表面粗さ(Ra)バラつきの評価が良いほど、シートの表面均一性が良く、即ち、シートがポリエチレンパウダーから安定的に均一に製造されていることを意味する。具体的には、多孔質シートの製造において、ポリエチレンパウダーを金属製の平板上に敷均して搬送等する工程があるところ、当該評価が良いほど、製造過程で搬送等の工程があってもポリエチレンパウダーがその固定状態を保持(堆積した状態を維持)し、シートが安定的に均一に製造されていることを意味する。
〔触媒合成方法〕
[参考例1:触媒合成例1:固体触媒成分[A]の調製]
窒素置換された8Lステンレス製オートクレーブにヘキサン1,600mLを添加した。10℃で攪拌しながら1mol/Lの四塩化チタンヘキサン溶液800mLと1mol/Lの組成式AlMg(C11(OSiH)で表される有機マグネシウム化合物のヘキサン溶液800mLとを4時間かけて同時に添加した。添加後、ゆっくりと昇温し、10℃で1時間反応を継続させた。反応終了後、上澄み液を1,600mL除去し、ヘキサン1,600mLで10回洗浄することにより、固体触媒成分[A]を調製した。この固体触媒成分1g中に含まれるチタン量は3.05mmolであった。
[参考例2:触媒合成例2:担持型メタロセン触媒成分[B]の調製]
平均粒子径が15μm、表面積が700m/g、粒子内細孔容積が1.8mL/gの球状シリカを、窒素雰囲気下、500℃で5時間焼成し、脱水した。脱水シリカの表面水酸基の量は、SiO1gあたり1.85mmol/gであった。窒素雰囲気下、容量1.8Lのオートクレーブ内で、この脱水シリカ40gをヘキサン800mL中に分散させ、スラリーを得た。得られたスラリーを攪拌下50℃に保ちながらトリエチルアルミニウムのヘキサン溶液(濃度1mol/L)を80mL加え、その後2時間攪拌し、トリエチルアルミニウムとシリカの表面水酸基とを反応させ、トリエチルアルミニウム処理されたシリカと上澄み液とを含み、該トリエチルアルミニウム処理されたシリカの表面水酸基がトリエチルアルミニウムによりキャッピングされている成分[a]を得た。その後、得られた反応混合物中の上澄み液をデカンテーションによって除去することにより、上澄み液中の未反応のトリエチルアルミニウムを除去した。その後、ヘキサンを適量加え、トリエチルアルミニウム処理されたシリカのヘキサンスラリー880mLを得た。
一方、[(N−t−ブチルアミド)(テトラメチル−η−シクロペンタジエニル)ジメチルシラン]チタニウム−1,3−ペンタジエン(以下、「チタニウム錯体」と記載する。)200mmolをアイソパーE(エクソンケミカル社(米国)製の炭化水素混合物の商品名)1000mLに溶解し、予めトリエチルアルミニウムとジブチルマグネシウムより合成した式AlMg(C(n−C12の1mol/Lヘキサン溶液を20mL加え、さらにヘキサンを加えてチタニウム錯体濃度を0.1mol/Lに調製し、成分[b]を得た。
また、ビス(水素化タロウアルキル)メチルアンモニウム−トリス(ペンタフルオロフェニル)(4−ヒドロキシフェニル)ボレート(以下、「ボレート」と記載する。)5.7gをトルエン50mLに添加して溶解し、ボレートの100mmol/Lトルエン溶液を得た。このボレートのトルエン溶液にエトキシジエチルアルミニウムの1mol/Lヘキサン溶液5mLを室温で加え、さらにヘキサンを加えて溶液中のボレート濃度が70mmol/Lとなるようにした。その後、室温で1時間攪拌し、ボレートを含む反応混合物を得た。
ボレートを含むこの反応混合物46mLを、上記で得られた成分[a]のスラリー800mLに15〜20℃で攪拌しながら加え、ボレートをシリカに担持した。こうして、ボレートを担持したシリカのスラリーが得られた。さらに上記で得られた成分[b]のうち32mLを加え、3時間攪拌し、チタニウム錯体とボレートとを反応させた。こうしてシリカと上澄み液とを含み、触媒活性種が該シリカ上に形成されている担持型メタロセン触媒[B]を得た。
その後、得られた反応混合物中の上澄み液をデカンテーションによって除去することにより、上澄み液中の未反応のトリエチルアルミニウムを除去した。
[比較例1]
(ポリエチレンの重合工程)
ヘキサン、エチレン、水素、担持型メタロセン触媒成分[B]を連続的に攪拌装置が付いたベッセル型重合反応器に供給し、ポリエチレン(エチレン単独重合体)を10kg/Hrの速度で製造した。水素は、モレキュラーシーブスとの接触により精製された99.99モル%以上のものを使用した。担持型メタロセン触媒成分[B]は、上記溶媒ヘキサンを移送液とし、水素10NL/Hr(NLはNormal Liter(標準状態に換算した容積))と共に、製造速度が10kg/Hrとなるように、10℃に調整して0.2g/Hrの速度で重合器の底部から添加し、トリイソブチルアルミニウムは20℃に調整して5mmol/Hrの速度で重合器の中間から添加した。触媒活性は11,000g−PE/g−担持型メタロセン触媒成分[B]であった。重合温度はジャケット冷却により75℃に保った。重合反応器内の湿度は0ppmに保った。ヘキサンは20℃に調整して60L/Hrで重合器の底部から供給した。エチレンは重合反応器の底部より供給して重合圧力を0.8MPaに保った。重合スラリーは、重合反応器のレベルが一定に保たれるように連続的に圧力0.05MPaのフラッシュドラムに抜き、未反応のエチレンを分離した。重合スラリーは、フラッシュドラムのレベルが一定に保たれるように連続的に遠心分離機に送り、ポリマーとそれ以外の溶媒等を分離した。その時のポリマーに対する溶媒等の含有量は45%であった。分離されたポリエチレンパウダーは、95℃で窒素ブローしながら乾燥した。なお、この乾燥工程で、重合後のパウダーに対し、スチームを噴霧して、触媒及び助触媒の失活を実施した。得られたポリエチレンパウダーを目開き425μmの篩を用いて、篩を通過しなかったものを除去して比較例1のポリエチレンパウダーPE9を得た。得られたポリエチレンパウダーPE9の物性を表1に示す。
(微多孔膜の製造方法)
比較例1のポリエチレン(粘度平均分子量:28万)と、粘度平均分子量が10万のポリエチレンとをそれぞれ重量%で70:30の割合で、総重量1500gを10Lヘンシェルミキサーにて2000rpmで撹拌混合した後、この混合物に酸化防止剤として、ポリエチレンの総量に対して0.5wt%の2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール(ジブチルヒドロキシトルエン)を添加し、同様に撹拌混合した。なお、上記の粘度平均分子量が10万のポリエチレンは、比較例1と同様な方法で、水素供給量を増加させて粘度平均分子量を調整して得た。
この混合物をヘンシェルミキサーの下部から順に500gずつ採取し、それぞれ(A)サンプル、(B)サンプル、(C)サンプルとして、各サンプルについて二軸スクリュータイプの溶融混練機ラボプラストミル(東洋精機製作所製:型式20R200型)で均一な溶融混合物とした。この混合物を各サンプルごとに5つ作製した。このときの条件は溶融混練温度190℃でスクリュー回転数は50回転/分、混練時間は5分間であった。
さらに、各サンプルにおいて、流動パラフィン(松村石油(株)製P−350(商標))を、ポリエチレンの総量に対して50wt%押出機に注入し、設定温度200℃、スクリュー回転数240rpmで混練した。溶融混練物を、350メッシュ相当のスクリーンを装着したグノイス社製ディスクフィルタータイプの連続スクリーン交換機内を通過させた後、T−ダイより吐出し、ロールでキャストすることにより、厚み1,250μmのゲル状シートを成形した。
この(A)〜(C)サンプルのゲル状シートを各5枚作製し、それぞれ124℃で同時二軸延伸機を用いてMD倍率7.0倍、TD倍率6.4倍に延伸した後、この延伸フィルムをメチルエチルケトンに浸漬し、流動パラフィンを抽出除去して、その後乾燥させた。次に、延伸フィルムをTDテンターに導き、熱固定を行って比較例1の3サンプル(各サンプル5枚)の微多孔膜を得た。なお、熱固定時の延伸温度は128℃、倍率は2.0倍とし、その後の緩和時の温度は133℃、緩和率は0.80とした。得られた微多孔膜について、先述の「(8)微多孔膜の厚みバラつき」の評価及び「(9)微多孔膜のTD方向引張強度(MPa)、TD方向引張伸度(%)バラつき」の評価を行い、その結果を表1に示す。
(多孔質シートの製造方法)
比較例1に記載のポリエチレン(粘度平均分子量:28万)を金属製の平板上に厚さ2.1mm以上堆積させ、該平板上から2.1mmのクリアランスを設けた擦切り部を通過させてポリエチレンパウダーを敷きならした。2.1mmの厚さで均一に堆積させたポリエチレンパウダーを180℃にセットされた加熱炉に投入し、10分間静置させた後、加熱炉から取り出し、室温で冷却することで厚み2.0mmの焼結成形体を樹脂多孔体(a)として得た。該樹脂多孔体にポリオレフィン系ホットメルト接着剤を160℃に設定したホットメルトアプリケーターを用い20g/mで繊維状にスプレー塗布した。シート(b)として、織物(経糸/緯糸:ポリエチレンテレフタレートモノフィラメント)L−screen165−027/420PWに帯電防止処理を施したAS L−screen165−027/420PW(株式会社NBCメッシュテック社製)を用い、これを樹脂多孔体(a)上に積層させることで比較例1の多孔質シートを得た。得られた多孔質シートについて、先述の「(10)多孔質シートの表面粗さ(Ra)バラつき」の評価を行い、その結果を表1に示す。
[実施例1]
担持型メタロセン触媒成分[B]を75℃に予め温めてから0.2g/Hrの速度で重合反応器の重合系内の上部から添加したことと、フラッシュドラムの水分量を400ppmになるように保ったこと以外は、比較例1と同様に行って実施例1のポリエチレンパウダーPE1を得た。得られたポリエチレンパウダーPE1の物性を表1に示す。
また、比較例1と同様の操作にて、微多厚膜と多孔質シートを得た。得られた微多厚膜と多孔質シートを用いて比較例1と同様の評価を行った。結果を表1に示す。
[実施例2]
重合温度を70℃に保ったことと、担持型メタロセン触媒成分[B]を75℃に予め温めてから0.2g/Hrの速度で重合反応器の重合系内の上部から添加したことと、Tebbe試薬を担持型メタロセン触媒成分[B]とは別のラインによって、5μmol/Lで重合反応器内部へ添加したことと、フラッシュドラムの水分量を300ppmになるように保ったことと、ヘキサンを20℃に調整して40L/hrで重合器の底部から供給したこと以外は、比較例1と同様に行って実施例2のポリエチレンパウダーPE2を得た。得られたポリエチレンパウダーPE2の物性を表1に示す。
また、比較例1と同様の操作にて、微多厚膜と多孔質シートを得た。得られた微多厚膜と多孔質シートを用いて比較例1と同様の評価を行った。結果を表1に示す。
[実施例3]
担持型メタロセン触媒成分[B]を75℃に予め温めてから0.2g/Hrの速度で重合反応器の重合系内の上部から添加したことと、Tebbe試薬を担持型メタロセン触媒成分[B]とは別のラインによって、1.15μmol/Lで重合反応器内部へ添加したことと、フラッシュドラムの水分量を400ppmになるように保ったことと、ヘキサンを20℃に調整して80L/hrで重合器の底部から供給したことと、プロピレンをエチレンに対して0.38mol%気相から導入したこと以外は、比較例1と同様に行って実施例3のポリエチレンパウダーPE3を得た。得られたポリエチレンパウダーPE3の物性を表1に示す。
また、比較例1と同様の操作にて、微多厚膜と多孔質シートを得た。得られた微多厚膜と多孔質シートを用いて比較例1と同様の評価を行った。結果を表1に示す。
[実施例4]
担持型メタロセン触媒成分[B]を75℃に予め温めてから0.2g/Hrの速度で重合反応器の重合系内の上部から添加したことと、Tebbe試薬を担持型メタロセン触媒成分[B]とは別のラインによって、3.59μmol/Lで重合反応器内部へ添加したことと、フラッシュドラムの水分量を500ppmになるように保ったことと、ヘキサンを20℃に調整して80L/hrで重合器の底部から供給したこと以外は、比較例1と同様に行って実施例4のポリエチレンパウダーPE4を得た。得られたポリエチレンパウダーPE4の物性を表1に示す。
また、比較例1と同様の操作にて、微多厚膜と多孔質シートを得た。得られた微多厚膜と多孔質シートを用いて比較例1と同様の評価を行った。結果を表1に示す。
[実施例5]
重合温度を70℃に保ったこと、重合圧力を0.9MPaに保ったこと、担持型メタロセン触媒成分[B]を78℃に予め温めてから0.2g/Hrの速度で重合反応器の重合系内の上部から添加したことと、Tebbe試薬を担持型メタロセン触媒成分[B]とは別のラインによって、1.75μmol/Lで重合反応器内部へ添加したことと、フラッシュドラムの水分量を350ppmになるように保ったことと、ヘキサンを20℃に調整して80L/hrで重合器の底部から供給したこと以外は、比較例1と同様に行って実施例5のポリエチレンパウダーPE5を得た。得られたポリエチレンパウダーPE5の物性を表1に示す。
また、比較例1と同様の操作にて、微多厚膜と多孔質シートを得た。得られた微多厚膜と多孔質シートを用いて比較例1と同様の評価を行った。結果を表1に示す。
[実施例6]
重合温度を80℃に保ったこと、重合圧力を0.9MPaに保ったこと、担持型メタロセン触媒成分[B]の代わりに固体触媒成分[A]を用いて78℃に予め温めてから0.2g/Hrの速度で重合反応器の重合系内の上部から添加した事と、フラッシュドラムの水分量を500ppmになるように保った事と、ヘキサンを20℃に調整して80L/hrで重合器の底部から供給した事以外は、比較例1と同様に行って実施例6のポリエチレンパウダーPE6を得た。得られたポリエチレンパウダーPE6の物性を表1に示す。
また、比較例1と同様の操作にて、微多厚膜と多孔質シートを得た。得られた微多厚膜と多孔質シートを用いて比較例1と同様の評価を行った。結果を表1に示す。
[実施例7]
担持型メタロセン触媒成分[B]を75℃に予め温めてから0.2g/hrの速度で重合器の底部から添加したことと、ヘキサンを20℃に調整して60L/hrで重合器の底部から供給したこと以外は、比較例1と同様に行って実施例7のポリエチレンパウダーPE7を得た。得られたポリエチレンパウダーPE7の物性を表1に示す。
また、比較例1と同様の操作にて、微多厚膜と多孔質シートを得た。得られた微多厚膜と多孔質シートを用いて比較例1と同様の評価を行った。結果を表1に示す。
[実施例8]
担持型メタロセン触媒成分[B]を75℃に予め温めてから0.2g/hrの速度で重合器の底部から添加したことと、フラッシュドラムの水分量を200ppmになるように保ったこと以外は、比較例1と同様に行って実施例8のポリエチレンパウダーPE8を得た。得られたポリエチレンパウダーPE8の物性を表1に示す。
また、比較例1と同様の操作にて、微多厚膜と多孔質シートを得た。得られた微多厚膜と多孔質シートを用いて比較例1と同様の評価を行った。結果を表1に示す。
[比較例2]
フラッシュドラムの水分量を400ppmになるように保ったこと以外は、比較例1と同様に行って比較例2のポリエチレンパウダーPE10を得た。得られたポリエチレンパウダーPE10の物性を表1に示す。
また、比較例1と同様の操作にて、微多厚膜と多孔質シートを得た。得られた微多厚膜と多孔質シートを用いて比較例1と同様の評価を行った。結果を表1に示す。
[比較例3]
重合温度を48℃に保ったことと、担持型メタロセン触媒成分[B]の代わりに固体触媒成分[A]を用いて50℃に予め温めてから0.2g/Hrの速度で重合反応器の重合系内の上部から添加したことと、フラッシュドラムの水分量を500ppmになるように保ったことと、1−ブテンをエチレンに対して6.5mol%気相から導入したこと以外は、比較例1と同様に行って比較例3のポリエチレンパウダーPE11を得た。得られたポリエチレンパウダーPE11の物性を表1に示す。
また、比較例1と同様の操作にて、微多厚膜と多孔質シートを得た。得られた微多厚膜と多孔質シートを用いて比較例1と同様の評価を行った。結果を表1に示す。
[比較例4]
重合温度を70℃に保ったこと、担持型メタロセン触媒成分[B]を15℃の温度、0.2g/Hrの速度で重合反応器の液面と底部の中間から添加したこと、フラッシュドラムの水分量を550ppmになるように保ったこと以外は、比較例1と同様に行って比較例4のポリエチレンパウダーPE12を得た。得られたポリエチレンパウダーPE12の物性を表1に示す。
また、比較例1と同様の操作にて、微多厚膜と多孔質シートを得た。得られた微多厚膜と多孔質シートを用いて比較例1と同様の評価を行った。結果を表1に示す。
Figure 0006387176
上記結果より、実施例のポリエチレンパウダーは、無通気時の流動エネルギーに対する空気通気量4mm/sの時の流動エネルギーの比が高いため、成形時までの原料ポリエチレンパウダー内で物性にバラつきが生じず、安定的に均一な物性を持つ成形体を安定して生産できることが分かる。また、比較例では当該流動エネルギーの比が低く、噴流性が高いため(空気通気量4mm/sの時の流動エネルギーが相対的に低い)、微多厚膜の厚みや強度のバラつき、また、多孔質シートの表面粗さのバラつきといった、成形体の物性低下に影響を及ぼしている。
本発明のポリエチレンパウダーによれば、ポリエチレンパウダーより生産される成形体を安定的に均一に生産することができる。また、本発明のポリエチレンパウダーは、上記微多厚膜や多孔質シートの他、各種スポーツ衣料や防弾衣料、防護衣料・防護手袋や各種安全用品などの高性能テキスタイル、タグロープ・係留ロープ、ヨットロープ、建築用ロープなどの各種ロープ製品、釣り糸、ブラインドケーブルなどの各種組み紐製品、漁網・防球ネットなどの網製品さらには化学フィルター、電池セパレーターなどの補強材あるいは各種不織布、またテントなどの幕材、又はヘルメットやスキー板などのスポーツ用やスピーカーコーン用やプリプレグ、コンクリート補強などのコンポジット用の補強繊維など、産業上の利用可能性を有する。

Claims (6)

  1. エチレンの単独重合体、又はエチレンと炭素数が3以上15以下のα−オレフィンとの共重合体であるポリエチレンパウダーであって、
    粘度平均分子量が10万以上1,000万以下であり、
    密度が920kg/m以上960kg/m以下であり、
    空気通気量4mm/sの時の流動エネルギーが、無通気時の流動エネルギーの30%以上であることを特徴とする、ポリエチレンパウダー。
  2. 平均粒径が50μm以上300μm以下である、請求項1に記載のポリエチレンパウダー。
  3. 累積粒度分布の小径側から累積10%、累積90%に相当する粒子径をそれぞれD10、D90とするとき、D90/D10比が1.0以上6.0以下である、請求項1又は2に記載のポリエチレンパウダー。
  4. 粒子径75μm以下の粒子の含有量が3.0質量%以上30.0質量%以下である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のポリエチレンパウダー。
  5. 粒子径が53μm以下の粒子の嵩密度が0.25g/cm以上0.40g/cm以下である、請求項1〜4のいずれか1項に記載のポリエチレンパウダー。
  6. 無通気時の流動エネルギーが100mJ以上である、請求項1〜5のいずれか1項に記載のポリエチレンパウダー。
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