JP6507324B2 - プロピレンポリマー組成物 - Google Patents

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Description

本発明は、特性の最適なバランス、特に0℃での改善された衝撃強度を有するプロピレンポリマー組成物に関する。
公知のように、アイソタクチックポリプロピレンは、非常に多数の用途に適した優れた特性の例外的な組み合わせが提供される。プロピレン立体規則性ホモ重合プロセスに、前記特性を改善させるために、1つ以上の共重合ステップが導入されるか、または1つ以上のモノマーがホモポリマーマトリックスに導入された。
国際公開WO05/014713号は、下記(重量%)を含む異相ポリオレフィン組成物に関する:
1)プロピレンホモポリマー、及びエチレン、C−C10α−オレフィン及びそれらの混合物から選択されるα−オレフィン0.1〜10%とプロピレンのランダムポリマーから選択されて85%超過の量で、周囲温度でキシレンに不溶性であり、4〜13、好ましくは4.5〜12、より好ましくは5〜9の範囲の多分散指数及び2.2dl/g以上、好ましくは2.2〜4.5dl/gの固有粘度値を有する結晶性プロピレンポリマー65〜95%;及び
2)15〜85%の範囲のエチレン含量及び少なくとも1.4dl/g、好ましくは2.5〜5dl/gの固有粘度値を有するC−C10α−オレフィン及び選択的にジエンとエチレンのエラストマー性オレフィンポリマー5〜35%。
本出願人は、特定のクラスのプロピレン組成物を使用することにより、特に0℃での衝撃強度の観点で改善された特性を達成することが可能であることを見出した。
本発明の目的は、プロピレンポリマー組成物であって、
A)多分散指数(P.I.)値が4.3〜4.9であり、25℃でキシレン不溶性画分が95%超過であり、また、MFR(ISO 1133、条件L、すなわち230℃及び2.16kg荷重によるメルトフローレート)が20〜75g/10分の範囲であるプロピレンホモポリマー60重量%〜75重量%;及び
B)46.0重量%〜49.0重量%のエチレン誘導単位とポリプロピレンのコポリマー25重量%〜40重量%、を含み、
前記組成物が25℃でキシレン中の可溶性画分の固有粘度が2.2〜2.9dl/gを含み;下記関係式:
が、40〜66を含み;
MFRaは、成分A)のメルトフローレート(ISO 1133、条件L、すなわち230℃及び2.16kg荷重によるメルトフローレート)であり、
P.I.が、成分A)の多分散指数であり、
IVは、25℃でキシレン中の可溶性画分の固有粘度であり;
Xsは、25℃でキシレン中の可溶性画分であり、
A+Bの量が100重量%であるプロピレンポリマー組成物である。
本発明の目的は、プロピレンポリマー組成物であって、
A)多分散指数(P.I.)値が4.3〜4.9、好ましくは4.4〜4.9であり、25℃でキシレンに不溶性である画分が95%超過、より好ましくは97%超過であり、またMFR(ISO 1133、条件L、すなわち230℃及び2.16kg荷重によるメルトフローレート)が20〜75g/10分、特に25〜70g/10分の範囲であるプロピレンホモポリマー60重量%〜75重量%、好ましくは62重量%〜72重量%、より好ましくは63重量%〜71重量%;及び
B)46.0重量%〜49.0重量%;好ましくは47.0重量%〜48.5重量%のエチレン誘導単位とポリプロピレンのコポリマー25重量%〜40重量%、好ましくは28重量%〜38重量%、より好ましくは29重量%〜37重量%を含み、
前記組成物が、25℃でキシレン中の可溶性画分の固有粘度が2.2〜2.9dl/g、好ましくは2.4〜2.9dl/gを含み、25℃でキシレン中の可溶性画分、Xsが25.0重量%〜34.0重量%、好ましくは26.5重量%〜32.5重量%を含み、以下の関係式(I)の結果:
が、40〜66;好ましくは45〜60;より好ましくは50〜55を含み;
MFRaは、成分A)のメルトフローレート(ISO 1133、条件L、すなわち230℃及び2.16kg荷重によるメルトフローレート)であり、
P.I.が、成分A)の多分散指数であり、
IVは、25℃でキシレン中の可溶性画分の固有粘度であり;
Xsは、前記組成物の25℃でキシレン中の可溶性画分であり、
A+Bの量が、100重量%であるプロピレンポリマー組成物である。
前記定義から、「コポリマー」という用語は、プロピレン及びエチレンのみを含むポリマーに限定されることが明らかである。
本発明のプロピレン組成物は、0℃で40KJ/m超過、好ましくは45KJ/m超過の高いIZOD値を示し、これは、関係式(I)に起因する様々な特徴の特定のバランスに起因する。これらの値を考慮して、本発明のプロピレン組成物は、特に射出成形品、特に低温で使用される射出成形容器に適している。
本発明のプロピレンポリマー組成物は、少なくとも2段階の逐次重合によって製造され、各々の後続重合段階は、直前の重合反応で形成されたポリマー物質の存在下で行われ、コポリマー(A)は、通常、1つ以上の第1の重合段階で製造され、コポリマー(B)は、通常、1つ以上の第2の重合段階で製造される。
好ましくは、各重合段階は、高度に立体特異的な異種チーグラー・ナッタ触媒の存在下で行われる。本発明のプロピレンポリマー組成物を製造するのに適したチーグラー・ナッタ触媒は、少なくとも1つのチタン−ハロゲン結合を有する少なくとも1つのチタン化合物及び少なくとも1つの電子供与体化合物(内部供与体)を含む固体触媒成分を含み、これらの化合物は、いずれも塩化マグネシウムで支持される。チーグラー・ナッタ触媒系は、必須の助触媒として有機アルミニウム化合物、及び選択的に外部電子供与体化合物をさらに含む。
適切な触媒系は、ヨーロッパ特許EP45977、EP361494、EP728769、EP1272533及び国際特許出願WO00/163261に記載されている。
好ましくは、固体触媒成分は、Mg、Ti、ハロゲン及び式(I)のコハク酸塩から選択された電子供与体を含む:
前記式において、基R及びRは、互いに同一であるかまたは異なり、周期律表の第15族〜第17族に属するヘテロ原子を選択的に含有する、C−C20の線状または分枝状のアルキル、アルケニル、シクロアルキル、アリール、アリールアルキルまたはアルキルアリール基であり;基R〜Rは、互いに同一であるかまたは異なり、水素であるかまたはヘテロ原子を選択的に含有する、C−Cの線状または分枝状のアルキル、アルケニル、シクロアルキル、アリール、アリールアルキルまたはアルキルアリール基であり、同じ炭素原子に結合されている基R〜Rは、一緒に結合して環を形成することができる。
及びRは、好ましくはC−Cアルキル、シクロアルキル、アリール、アリールアルキル及びアルキルアリール基である。
及びRが、第1級アルキル、特に分枝状第1級アルキルから選択される化合物が特に好ましい。適切なR及びR基の例は、メチル、エチル、n−プロピル、n−ブチル、イソブチル、ネオペンチル、2−エチルヘキシルである。エチル、イソブチル、及びネオペンチルが特に好ましい。
式(I)に示される化合物の好ましい群の1つは、R〜Rが水素であり、Rが3〜10個の炭素原子を有する分枝状アルキル、シクロアルキル、アリール、アリールアルキル、及びアルキルアリール基であるものである。式(I)の範囲内の化合物の他の好ましい群は、R〜Rから少なくとも2つの基が水素とは異なり、群に属するヘテロ原子を選択的に含有する、C−C20の線状または分枝状のアルキル、アルケニル、シクロアルキル、アリール、アリールアルキル、またはアルキルアリール基から選択される。
水素とは異なる2つの基が同じ炭素原子に結合されている化合物が特に好ましい。また、水素とは異なる少なくとも2つの基が、異なる炭素原子、すなわちR及びRまたはR及びRに結合された化合物も特に好ましい。
好ましい方法によれば、固体触媒成分は、式Ti(OR)n−y(ここで、nはチタンの原子価であり、yは1〜nの間の数である)のチタン化合物、式MgCl・pROH(ここで、pは0.1〜6、好ましくは2〜3.5の数であり、Rは1〜18個の炭素原子を有する炭化水素基である)の付加物から誘導された塩化マグネシウムと反応させることによって製造され得る。前記付加物は、付加物と混和可能な不活性炭化水素の存在下でアルコールと塩化マグネシウムとを混合し、付加物の溶融温度(100〜130℃)において撹拌条件下で作動させることによって球状形態で適切に製造され得る。次いで、エマルジョンを急速にクエンチングさせ、付加物を球状粒子の形態で固形化させる。この手順に従って製造された球状付加物の例は、米国特許第US4,399,054号及び米国特許第US4,469,648号に記載されている。かくして得られた付加物は、Ti化合物と直接反応させることができるか、またはアルコールのモル数が一般に3未満、好ましくは0.1〜2.5の間である付加物を得るために、熱制御された脱アルコール化(80〜130℃)を事前に行うことができる。Ti化合物との反応は、冷TiCl(一般に0℃)中に付加物(脱アルコール化またはそのまま)を懸濁させることによって行うことができ;混合物は80〜130℃まで加熱し、この温度で0.5〜2時間保持する。TiClによる処理は1回以上行うことができる。内部供与体は、TiClによる処理中に添加することができ、電子供与体化合物による処理は、1回以上繰り返すことができる。一般に、式(I)のコハク酸塩は、MgClに対して0.01〜1、好ましくは0.05〜0.5のモル比で使用される。球状形態の触媒成分の製造は、例えばヨーロッパ特許出願EP−A−395083及び国際特許出願WO98/144001に記載されている。前記の方法により得られた固体触媒成分は、一般に20〜500m21g、好ましくは50〜400m21gの表面積(BET法による)及び0.2cm31g超過、好ましくは0.2〜0.6cm31gの総多孔性(BET法による)を示す。10.000A以下の半径を有する細孔による多孔性(Hg法)は、一般に0.3〜1.5cm31g、好ましくは0.45〜1cm31gの範囲である。
有機アルミニウム化合物は、好ましくはトリアルキルアルミニウム化合物、例えばトリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリ−n−ブチルアルミニウム、トリ−n−ヘキシルアルミニウム、トリ−n−オクチルアルミニウムから選択されるアルキル−Alである。トリアルキルアルミニウムと、アルキルアルミニウムハロゲン化物、アルキルアルミニウム水素化物、またはアルキルアルミニウムセスキクロリド、例えばAlEtCl及びAlEtClとの混合物を使用することも可能である。
好ましい外部電子供与体化合物は、ケイ素化合物、エーテル、4−エトキシ安息香酸エチルなどのエステル、アミン、複素環式化合物、特に2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、ケトン、及び1,3−ジエーテルを含む。好ましい外部供与体化合物の他のクラスは、式R Si(OR(ここで、a及びbは0〜2の整数であり、cは1〜3の整数であり、合計(a+b+c)は4であり;R、R及びRは、ヘテロ原子を選択的に含む、1〜18個の炭素原子を有するアルキル、シクロアルキル、またはアリール基である)のシリコン化合物のクラスである。メチルシクロヘキシルジメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、メチル−t−ブチルジメトキシシラン、ジシクロペンチルジメトキシシラン、2−エチルピペリジニル−2−t−ブチルジメトキシシラン、及び1,1,1−トリフルオロプロピル−2−エチルピペリジニルジメトキシシラン、並びに1,1,1−トリフルオロプロピルメチルジメトキシシランが特に好ましい。外部電子供与体化合物は、有機アルミニウム化合物と前記電子供与体化合物との間のモル比が0.1〜500となるような量で使用される。
重合プロセスは、流動床またはスラリー反応器のような連続反応器または回分式反応器の中で、気相及び/または液相で行うことができる。例えば、液体プロピレンを希釈剤として使用して、プロピレンポリマー(A)の重合を行うことができるが、プロピレンコポリマー画分(B)を得るための共重合段階は、モノマーの部分的脱気を除いて中間段階なしに気相で行われる。代替的に、すべての逐次重合段階は、気相で行うことができる。重合ステップの反応時間、温度及び圧力は、重要ではないが、画分(A)及び(B)を製造するための温度は、同一であっても異なっていってもよいが、通常50℃〜120℃である。重合が気相で行われる場合、重合圧力は、好ましくは0.5〜12MPaの範囲である。触媒系は、少量のオレフィンと予備接触(予備重合)され得る。プロピレンポリマー組成物の分子量は、水素のような公知の調節剤を使用して調節される。
好ましい実施形態によれば、プロピレンポリマー(A)は、少なくとも2つの相互連結された重合ゾーンで行われる気相重合プロセスによって製造される。前記重合プロセスは、国際公開WO00/02929に記載されている。
前記プロセスは、触媒係の存在下でプロピレン及びエチレンまたはプロピレン及びα−オレフィンが供給され、生成されたポリマーが排出される、第1及び第2の相互連結された重合ゾーンで行われる。成長するポリマー粒子は、高速流動化条件下で第1の重合ゾーン(上昇管)を通って流れ、前記第1の重合ゾーンを出て、重力の作用下で緻密な形態で流れる前記重合ゾーン(下降管)の第2のゾーンに導入し、前記第2の重合ゾーンを出て、前記第1の重合ゾーンに再導入されることによって2つの重合ゾーンの間にポリマーの循環を可能にする。一般に、第1の重合ゾーンにおける高速流動化の条件は、モノマー気体混合物を、成長するポリマーの再導入点よりも下方で第1の重合ゾーンに供給することによって確立される。第1の重合ゾーンへの輸送ガスの速度は、作動条件下における輸送速度よりも高く、通常は2〜15m/秒である。ポリマーが重力の作用下で緻密化した形態で流れる第2の重合ゾーンにおいて、ポリマーの嵩密度に近づく高密度の固体密度に到逹し;従って、圧力の正の増加が流れの方向に沿って得られることができるので、機械的手段の助けなしにポリマーを第1の反応ゾーンに再導入することが可能になる。このようにして、2つの重合ゾーンの間の圧力のバランス、及び系内に導入されるヘッド損失によって定義される「ルーフ」循環が設定される。選択的に、窒素または脂肪族炭化水素のような1つ以上の不活性ガスは、不活性ガスの分圧の合計が好ましくは前記ガスの全圧の5〜80%である量で重合ゾーンに維持される。例えば、温度のような作動パラメーターは、気相オレフィン重合プロセスにおいて通常的な温度、例えば50℃〜120℃である。前記プロセスは、0.5〜10MPa、好ましくは1.5〜6MPaの操作圧力下で行うことができる。好ましくは、種々の触媒成分は、第1の重合ゾーンの任意の点において、第1の重合ゾーンに供給される。しかし、これらはまた、第2の重合ゾーンの任意の点において供給され得る。当業界において公知の分子量調節剤、特に水素は、成長するポリマーの分子量を調節するために使用され得る。
特に好ましい重合プロセスの第2の段階において、プロピレン/エチレンコポリマー(B)は、従来の流動床気相反応器中で、前段階の重合ステップから来るポリマー材料及び触媒系の存在下で製造される。重合混合物は、下降管から気体−固体分離器に排出され、次いで、通常の温度及び圧力条件下で作動する流動床気相反応器に供給される。
本発明のプロピレンポリマー組成物は、ポリオレフィン分野において通常使用される添加剤、例えば、抗酸化剤、光安定剤、成核剤、制酸剤、着色剤及び充填剤をさらに含むことができる。
本発明のプロピレンポリマー組成物の主要な用途は、成形品、特に射出成形品の製造である。本発明のプロピレンポリマー組成物を含む射出成形品は、良好な柔軟性及び特に低温での優れた衝撃特性を有する。
以下の実施例は、本発明を例示するために与えるものであり、本発明を限定するものではない。
プロピレンポリマー材料のデータは、以下の方法に従って得た。
25℃でのキシレン中の可溶性画分
キシレン中の可溶性画分は、次の偏差(ISO 16152で規定されているブラケット間)を除いて、ISO 16152、 2005に従って測定した。
溶液体積は250ml(200ml)である。
25℃で30分間沈澱段階の間、溶液を最終10分間マグネチックスターラー(30分間、撹拌を一切行わずに)によってアジテーター下に維持させる。
最終乾燥ステップは、70℃(100℃)において真空下で行われる。
前記キシレン−可溶性画分の含量は、元の2.5グラムの百分率として表示され、次いで、差(100に相補的)によって、キシレン不溶性%で表示される。
エチレン(C2)含量
プロピレン/エチレンコポリマーの13C NMR
13C NMRスペクトルは、120℃でフーリエ変換モードにおいて160.91MHzで動作する、クライオプローブが備えられたブルカー(Bruker)AV−600分光器上で取得した。
ββ炭素(「Monomer Sequence Distribution in Ethylene−Propylene Rubber Measured by 13C NMR.3.Use of Reaction Probability Mode」C.J.Carman,R.A.Harrington and C.E.Wilkes,Macromolecules,1977,10,536による命名法)のピークを29.9ppmの内部基準として使用した。サンプルを8%wt/vの濃度で120℃において1,1,2,2−テトラクロロエタン−d2中に溶解させた。各々のスペクトルを90°パルス、パルス間15秒の遅延及び1H−13Cカップリングを除去するためのCPDで取得した。512個の過渡信号(transient)を9000Hzのスペクトルウィンドウを使用して32Kデータ地点に保存した。
スペクトルの割り当て、トライアド分布及び組成物の評価を次の方程式を使用してカクゴ(Kakugo)(「Carbon−13 NMR determination of monomer sequence distribution in ethylene−propylene copolymers prepared with δ−titanium trichloride− diethylaluminum chloride」M.Kakugo,Y.Naito,K.Mizunuma and T.Miyatake,Macromolecules,1982,15,1150)によって行った:
エチレン含量のモルパーセントは、下記方程式を使用して評価した:
エチレン含量の重量パーセントは次の方程式を使用して評価した:
前記式において、P%モルは、プロピレン含量のモル比であり、MW及びMWは、それぞれエチレン及びプロピレンの分子量である。
反応性比の積rは、次のようにカーマン(C.J.Carman,R.A.Harrington and C.E.Wilkes,Macromolecules,1977;10,536)に応じて計算した:
プロピレンシーケンスの立体規則性(tacticity)は、PPPmmTββの比(28.90〜29.65ppm)と全体Tββ(29.80〜28.37ppm)からmm含量で計算した。
エチレンC2含量は、最終組成物に対して測定し、成分B)のエチレン含量は、式C2tot=XC2を使用して計算されたものであり、ここで、Xは組成物中の成分Bの量である。
供給ガスのモル比
クロマトグラフィーによって測定した。
メルトフローレート(MFR)
ポリマーのメルトフローレートMFRは、ISO 1133(230℃、2.16Kg)に従って測定した。
固有粘度
135℃においてテトラヒドロナフタレン中で測定した。
曲げ弾性率
射出成形試片でIS0 178及びISO 1873−2に従う補充条件に従って測定した。
アイゾッド(IZOD)衝撃強度
ISO 1873−2に従って及びISO 3167に従って射出成形し、エッジワイズノッチ(例えば、ISO 1873−2 ed.1989の条件1A)した試片でISO 180/Aに従って測定した。
多分散指数(PI):ポリマーの分子量分布の測定である。PI値を測定するために、例えば、500Paの低弾性率値での弾性率分離を、Rheometrics(USA)で市販されている平行板レオメーター(rheometer)モデルRMS−800を使用して、200℃の温度、0.01rad/秒から100rad/秒まで増加する発振周波数で行って測定する。下記の方程式を用いて弾性率分離値からPIを誘導することができる:
PI=54.6×(弾性率分離)−1.76
ここで、弾性率分離(MS)は、下記のように定義される:
MS=(G’における周波数=500Pa)/(G”における周波数=500Pa)
ここで、G’は、貯蔵弾性率であり、G”は、損失弾性率である。
実施例1及び2、比較例3〜5
チーグラー・ナッタ触媒は、ヨーロッパ特許EP728769の実施例5、48〜55行に従って製造した。助触媒としてトリエチルアルルニニウム(TEAL)を使用し、外部供与体としてジシクロペンチルジメトキシシランを使用した。
実施例のプロピレンポリマー組成物は、2−ステップの重合プロセスで製造し、コポリマー(A)は、前記モノマー及び触媒係を、上昇管内の水素濃度が上昇管内の水素濃度と異なるように、国際公開WO00/02929に記載されたような2つの相互連結された重合ゾーン、上昇管及び下降管を含む気相重合反応器に供給することによって第1の重合ステップで製造した。
重合混合物を前記反応器から排出し、気体−固体分離器に送り、重合した物質をプロピレンエチレンコポリマー(B)が製造される通常の気相流動床反応器に送った。操作条件は、表1に示す。
第2の重合ステップから出たポリマー粒子は、スチーム処理して、未反応モノマーを除去し、乾燥させた。
実施例1〜2及び比較例3〜5に従って得られた材料に、以下の添加剤を添加した:
[表]
材料を押し出して分析した。特性は、表2に報告する。
本発明の実施例1及び3と比較例3〜5とを比較すると、0℃におけるアイゾド衝撃強度が、比較例においては落ちる一方、本発明による実施例では、23℃で測定したアイゾド衝撃強度と類似していることを留意することができる。

Claims (12)

  1. プロピレンポリマー組成物であって、
    A)多分散指数(P.I.)値が4.3〜4.9であり、25℃でキシレン不溶性画分が95%超過であり、また、MFR(ISO 1133、条件L、すなわち230℃及び2.16kg荷重によるメルトフローレート)が20〜75g/10分の範囲であるプロピレンホモポリマー60重量%〜75重量%;及び
    B)46.0重量%〜49.0重量%のエチレン誘導単位とのプロピレンのコポリマー25重量%〜40重量%、を含み、
    前記組成物が25℃でキシレン中の可溶性画分の固有粘度が2.2〜2.9dl/gを含み;下記関係式:
    が、40〜66を含み;
    MFRaは、成分A)のメルトフローレート(ISO 1133、条件L、すなわち230℃及び2.16kg荷重によるメルトフローレート)であり、
    P.I.が、成分A)の多分散指数であり、
    IVは、25℃でキシレン中の可溶性画分の固有粘度であり;
    Xsは、組成物の25℃でキシレン中の可溶性画分であり、
    A+Bの量が、100重量%である、プロピレンホモポリマー組成物。
  2. 成分A)は、MFR(ISO 1133、条件L、すなわち230℃及び2.16kg荷重によるメルトフローレート)が25〜70g/10分の範囲である、請求項1に記載の組成物。
  3. 成分B)は、47.0重量%〜48.5重量%のエチレン誘導単位を有する、請求項1または2に記載の組成物。
  4. 25℃でキシレン中の可溶性画分の固有粘度が、2.4〜2.9dl/gを含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の組成物。
  5. 成分A)は62重量%〜72重量%の範囲であり、成分B)は28重量%〜38重量%の範囲である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の組成物。
  6. 関係式(I)の結果が、45〜60を含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載の組成物:
  7. 関係式(I)の結果が、50〜55を含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の組成物:
  8. 成分A)は63重量%〜73重量%の範囲であり、成分B)は29重量%〜37重量%の範囲である、請求項1〜7のいずれか一項に記載の組成物。
  9. 成分A)の25℃でキシレン不溶性画分が、97重量%超過である、請求項1〜8のいずれか一項に記載の組成物。
  10. 成分B)において、プロピレンのコポリマーが、47.0重量%〜48.5重量%のエチレン誘導単位を含む、請求項1〜9のいずれか一項に記載の組成物。
  11. 請求項1〜10のいずれか一項に記載のプロピレンポリマー組成物を使用して得られた、成形品。
  12. 請求項11に記載の射出成形品。
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