JP6871426B2 - プロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物およびその製造方法 - Google Patents

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Description

関連出願の相互参照
本出願は、2017年7月11日付韓国特許出願第10−2017−0087999号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として組み含まれる。
本発明は、不織布として用いられるプロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物とこれを製造する方法、および前記樹脂組成物を用いて製造されたスパンボンド不織布に関する。
一般に不織布は、紡織、製織や編成過程を経ずに機械操作や熱接着など機械、化学処理により繊維集合体を接着したり絡み合わせて作った織物、フェルト、樹脂接着させた不織布、ニードルパンチ、スパンボンド、スパンレース、エンボスフィルム、湿式不織布などがこれに属する。狭義ではランダム(random)に重なったウェブ(web)と繊維の接続点を樹脂で接着して芯地などとして用いることを意味する。接着布ともいい、ボンデッドファブリック(bonded fabric)ともいう。このような不織布は多様な方法で製造され得るが、ニードルパンチング法、ケミカルボンディング法、サーマルボンディング法、メルトブローン法、スパンレース法、ステッチボンド法、スパンボンド法が知られている。
一方、ポリオレフィン系樹脂を原料にしたスパンボンド(spunbond)不織布は、触感、柔軟性、通気性、断熱性などに優れてフィルター、包装材、寝具、衣類、医療用品、衛生用品、自動車内装材、建築資材などとして幅広く用いられている。特に、ポリプロピレン単繊維は、特有の低い融点、および優れた耐化学性によりカレンダーボンディング工法またはエアスルーボンディング工法を通じてサーマルボンド不織布として加工され、おむつ、生理用ナプキンなどの衛生用品の表面材として主に用いられている。
特許文献1では、ポリプロピレン熱融着性不織布は、不織布にソフトな触感と高い引張強度を付与するために結晶化阻害剤としてサリチル酸金属塩をマスターバッチペレットで投入して細繊度を通じてソフト性と高引張強度を追求しようとしたが、スパンボンド不織布に対する実験で単繊維を通じたサーマルボンド不織布とは製法で差がある。また、スパンボンド不織布は、単繊維サーマルボンド不織布に比べて高い引張強度を示すが、ソフトな触感は劣るという通念がある。
一方、既存のチーグラ−ナッタ触媒で製造されるホモポリプロピレン樹脂とは異なり、メタロセン触媒で製造されたホモポリプロピレン樹脂は、分子量分布が狭いため、太さが細く、かつ均一な繊維の製造が可能であり、これによって強度に優れた低坪量の不織布を製造するという長所がある。しかし、メタロセンホモポリプロピレン樹脂は、低いキシレン溶解度(xylene solubles)や狭い分子量分布による低分子量の比率が少ないため、不織布の製造時に表面積で粗い触感(feel)を与えるという短所がある。
特開第2002−235237号公報
本発明の目的は、1−ブテン含有量および溶融指数と残留応力比率の相関関係を最適化することによって、モジュラス(modulus)を減少させて不織布に用いれば既存の製品よりソフト(soft)な触感を与えるプロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物およびその製造方法を提供することにある。
発明の一実施形態によれば、1−ブテンの含有量が0.5乃至5.0重量%であり、溶融指数(MI、X)および残留応力比率(Y)は下記計算式1を満たすものである、プロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物が提供される。
Figure 0006871426
前記計算式1で、XはASTM D 1238により230℃で2.16kg荷重下で測定した溶融流れ指数(melt index、MI)であり、Yは下記計算式2により測定した残留応力比率であり、
Figure 0006871426
前記計算式2で、RS0は235℃下で前記樹脂組成物に200%の変形を加えた後、0.05秒未満のある一時点(t0)での残留応力であり、RS1は235℃下で前記樹脂組成物に200%の変形を加えた後、0.05秒乃至1.50秒の間のある一時点(t1)での残留応力である。
一例として、前記プロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物は、溶融指数(MI、X)が約12乃至37g/10minであってもよく、残留応力比率(Y)が約0.005%乃至0.085%であってもよく、分子量分布(MWD)が2.6以下であってもよく、溶融点148℃以下であってもよい。
一方、発明の他の一実施形態によれば、下記化学式1で表される遷移金属化合物を含む触媒存在下で、プロピレンおよび1−ブテンを99:1乃至90:10重量比に重合させてプロピレン−ブテン共重合体を製造する段階を含む、前記プロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物の製造方法が提供される。
Figure 0006871426
前記化学式1で、Mは3族遷移金属、4族遷移金属、5族遷移金属、ランタナイド系の遷移金属およびアクチナイド系の遷移金属のうちのいずれか一つであり、X1およびX2は互いに同一または異なり、それぞれ独立にハロゲンのうちのいずれか一つであり、Aは14族の元素のうちのいずれか一つであり、nは1乃至20の間の整数であり、R1は炭素数1乃至20のアルキル、炭素数2乃至20のアルケニル、炭素数7乃至30のアルキルアリール、炭素数7乃至30のアリールアルキルおよび炭素数6乃至30のアリールのうちのいずれか一つであり、R2は水素、炭素数1乃至20のアルキル、炭素数2乃至20のアルケニル、炭素数7乃至30のアルキルアリール、炭素数7乃至30のアリールアルキルおよび炭素数6乃至30のアリールのうちのいずれか一つであり、R3乃至R6は、それぞれ独立に炭素数1乃至20のアルキルのうちのいずれか一つである。
一例として、前記遷移金属化合物に関連した化学式1で、R3およびR4がそれぞれ独立に炭素数1乃至3の直鎖アルキルのうちのいずれか一つであってもよく、R5およびR6がそれぞれ独立に炭素数3乃至6の分枝鎖アルキルのうちのいずれか一つであってもよく、R1が炭素数3乃至6の分枝鎖アルキルのうちのいずれか一つであってもよく、R2が炭素数1乃至3の直鎖アルキルのうちのいずれか一つであってもよく、Mが4族遷移金属のうちのいずれか一つであってもよく、nが3乃至9の間の整数であってもよい。
そして、前記遷移金属化合物は、下記化学式2で表されるものであってもよい。
Figure 0006871426
一方、発明のまた他の一実施形態によれば、前記プロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物を用いてメルトスパン工程で製造されたスパンボンド不織布が提供される。
一例として、前記スパンボンド不織布は、不織布の縦方向(MD、machine direction)に対するハンドルオメーター(Handle−O−meter)測定値が約7.5g以下であり、不織布の横方向(CD、cross direction)に対するハンドルオメーター(Handle−O−meter)測定値は約4.0g以下であってもよい。また、前記スパンボンド不織布は、不織布の縦方向(MD、machine direction)に対してASTM D−5035の方法により測定した引張強度が約1600gf以上であり、不織布の横方向(CD、cross direction)に対してASTM D−5035の方法により測定した引張強度が約730gf以上であってもよい。前記ハンドルオメーターおよび引張強度は、不織布坪量13乃至17.5g/m2である条件下で測定した値である。
本発明によるプロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物は、メタロセンプロピレン樹脂で1−ブテン含有量を0.5乃至5.0重量%に最適化すると同時に、樹脂組成物の溶融指数と残留応力比率の相関関係を所定の範囲に最適化することによって、モジュラス(modulus)を減少させて既存の製品よりソフト(soft)な不織布を提供することができる。
以下、発明の具体的な実施形態によるプロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物およびその製造方法について説明する。
それに先立ち、本明細書に使用される専門用語は、単に特定の実施形態を言及するためのものであり、本発明を限定することを意図しない。そして、ここで使用される単数の形態は文句がこれと明確に反対の意味を示さない限り、複数の形態も含む。また、本明細書で使用される「含む」または「含有する」の意味は、特定の特性、領域、整数、段階、動作、要素または成分を具体化し、他の特定の特性、領域、整数、段階、動作、要素、または成分の付加を除外させるものではない。
本発明において、第1、第2などの用語は、多様な構成要素を説明するために使用され、前記用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的のみで使用される。
また、本明細書で使用される用語は、単に例示的な実施例を説明するために使用されたものであり、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は、文脈上明白に異なって意味しない限り、複数の表現を含む。本明細書で、「含む」、「備える」または「有する」などの用語は、実施された特徴、数字、段階、構成要素またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであり、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、構成要素、またはこれらを組み合わせたものの存在または付加可能性を予め排除しないものと理解されなければならない。
本発明は、多様な変更を加えることができ、多様な形態を有することができるところ、特定の実施例を例示して下記で詳細に説明する。しかし、これは本発明を特定の開示形態に対して限定しようとするものではなく、本発明の思想および技術範囲に含まれる全ての変更、均等物乃至代替物を含むものと理解されなければならない。
以下、本発明をより詳細に説明する。
発明の一実施形態によれば、1−ブテン(C4)含有量が0.5乃至5.0重量%であり、溶融指数(MI、X)および残留応力比率(Y)は下記計算式1を満たすものである、プロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物が提供される。
Figure 0006871426
前記計算式1で、XはASTM D 1238により230℃で2.16kg荷重下で測定した溶融流れ指数(melt index、MI)であり、Yは下記計算式2により測定した残留応力比率であり、
Figure 0006871426
前記計算式2で、RS0は235℃下で前記樹脂組成物に200%の変形を加えた後、0.05秒未満のある一時点(t0)での残留応力であり、RS1は235℃下で前記樹脂組成物に200%の変形を加えた後、0.05秒乃至1.50秒の間のある一時点(t1)での残留応力である。
本発明者らは、不織布用として用いられるポリプロピレン樹脂組成物に対する研究過程で、従来知られたメタロセンホモポリプロピレン樹脂は、低いキシレン溶解度(xylene solubles)や狭い分子量分布による低分子量の比率が少ないため、不織布製造時に表面積で粗い触感(feel)を与える短所があることを確認した。
そこで、本発明者らは、前記問題点を改善するための研究を繰り返す過程で、1−ブテン含有量を0.5乃至5.0重量%に最適化し、溶融指数と残留応力比率の相関関係を最適化することによって、モジュラス(modulus)を減少させて既存の製品よりソフト(soft)な不織布を製造することができることを確認した。
一般にホモポリプロピレンに比べてランダム(エチレン)ポリプロピレンを利用して不織布を製造するようになると、ソフト性が増加する反面、強度が低下する問題があると知られている。これはホモポリプロピレンとは異なり、主鎖の間に異種の共単量体が入って樹脂のラメラ構造が変形されることに由来すると知られている。本発明では共単量体をエチレンでなく、α−オレフィンである1−ブテンを用いることによって異種の共単量体を用いてラメラ構造を変化させてソフト性を増大させることができる長所と同時に、従来知られたエチレンを用いる時とは異なり、強度が低下することを抑制することによって、従来のホモポリプロピレンを用いた不織布と類似する強度を基盤にしてソフト性のみを増大させることができるという優れた効果を得ることができる。
特に、本発明によるプロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物は、後述するように、特定のメタロセン触媒を用いて1−ブテンを所定の含有量範囲に含むことによって、高い転換率にランダム重合でも低い分子量分布を実現し、優れた繊維加工性で高強度のソフト(soft)な不織布を製造することができる。
本発明によるプロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物は、不織布を製造するための用途で用いることができ、メタロセンプロピレン樹脂で1−ブテン含有量を約0.5重量%乃至約5.0重量%、あるいは約0.5重量%乃至約3.5重量%、あるいは約0.5重量%乃至約2.0重量%に最適化して含むことができる。ここで、前記1−ブテンの含有量は、ソフト(soft)な物性を実現するための側面から約0.5重量%以上にならなければならず、バルク重合工程で生産することができるように樹脂融点を確保する側面から約5重量%以下にならなければならない。
本発明のプロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物は、前述したように最適化した1−ブテン含有量と共に、溶融指数(X)と残留応力比率(Y)が前記計算式1を満たすことを特徴とする。
高強度のソフト(soft)な不織布を製造するためには、プロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物の溶融指数(X)と残留応力比率(Y)は、前記計算式1に示したように最適化した相関関係を維持しなければならない。つまり、プロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物の残留応力比率(Y)は、EXP(−0.115*X)の25%を超える値であると共に、EXP(−0.115*X)の50%未満の値にならなければならない。特に、プロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物の残留応力比率(Y)が溶融指数(X)に基づいたEXP(−0.115*X)値の50%を超えるようになると、加工性に問題があって断糸が発生し、表面積で粗い触感(feel)を与えることがある。ここで、「EXP」は、数学で指数関数(exponential function)exを通常exp(x)で示すものと同一な方式の数式を示したものであり、つまり、EXP(−0.115*X)は指数関数e−0.115*Xに該当する。また、プロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物の残留応力比率(Y)が溶融指数(X)に基づいたEXP(−0.115*X)値の25%に未達するようになると、過度に強度が落ちて不織布用では不適である問題がある。プロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物の溶融指数(X)と残留応力比率(Y)が前記計算式1を満たすことによって、ソフトな特性と優れた強度特性を同時に満たすことができる。
ここで、前記プロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物の溶融指数(MI、melt index、X)は、前記計算式1に記載されたとおり米国材料試験協会(ASTM、American society for testing and materials)の規格ASTM D 1238により230℃で2.16kg荷重下で測定した時、約12乃至約37g/10min、あるいは約13乃至約35g/10min、あるいは約15乃至約33g/10min、あるいは約22乃至約32g/10minになり得る。ここで、前記溶融指数(MI、melt index)は、不織布として加工され得る分子量維持の側面から約12g/10min以上であってもよく、不織布の基本強度を維持する側面から約37g/10min以下であってもよい。
これと共に、前記プロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物の残留応力比率(Y)は、前記計算式1に示したように、溶融指数(X)に基づいた下限および上限範囲を有する。前述のように、前記残留応力比率(Y)は、低分子量の比率を調節して強度を維持する側面から0.25*EXP(−0.115*X)を超える値でなければならず、高分子量比率を調節して断糸を発生させない側面から0.50*EXP(−0.115*X)未満の値でなければならない。
特に、前記プロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物の残留応力比率(Y)は、不織布製造工程と類似する環境下で流変学的物性テストを通じて繊維加工性を確認することができ、樹脂組成物に大きい変形(strain)を加えて応力緩和テスト(stress relaxation test)を行って前記計算式2により測定した値になる。例えば、前記プロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物の残留応力比率(Y)は、前記計算式2に記載されたような応力緩和テストで、t0およびt1時点で測定された残留応力値の比を百分率[(RS1/RS0)*100]値で、前記残留応力比率(Y)は、約0.005%乃至0.085%、あるいは約0.0055%乃至0.083%、あるいは約0.006%乃至0.08%、あるいは約0.0062%乃至0.075%であってもよい。つまり、発明の一例によれば、前記計算式2による残留応力の比率が0.005%未満である場合、当該樹脂組成物を原料にして不織布製造のためのメルトスパン工程の遂行時、断糸の可能性が低くなり得る。反対に、前記計算式2による残留応力の比率が0.085%を超える場合、当該合成樹脂を原料にしたメルトスパンの遂行時、断糸の可能性が高くなり得る。
前記計算式2でRS0は、235℃下でプロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物に200%の変形を加えた直後[例えば0.05秒未満あるいは0.001乃至0.049秒の間のある一時点(t0)]での残留応力を示す。そして、前記計算式2でRS1は、前記RS0と同一の条件下で前記t0後約1.5秒以内[例えば0.05秒乃至2.00秒の間のある一時点(t1)]での残留応力を示す。
具体的に、前記計算式2で前記t0は、0.01秒、あるいは0.015秒、あるいは0.02秒、あるいは0.025秒、あるいは0.03秒、あるいは0.035秒、あるいは0.04秒、あるいは0.045秒から選択され得る。そして、前記計算式でt1は、0.05秒、あるいは0.10秒、あるいは0.20秒、あるいは0.30秒、あるいは0.40秒、あるいは0.50秒、あるいは0.60秒、あるいは0.70秒、あるいは0.80秒、あるいは0.90秒、あるいは1.00秒、あるいは1.10秒、あるいは1.20秒、あるいは1.30秒、あるいは1.40秒、あるいは1.50秒、あるいは1.60秒、あるいは1.70秒、あるいは1.80秒、あるいは1.90秒、あるいは2.00秒から選択され得る。
好ましくは、残留応力の測定時、有効なデータを容易に確保するために、前記計算式2でt0は0.02秒であり、t1は1.00秒であることが有利である。
そして、前記プロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物の残留応力比率(Y)は、不織布製造時、メルトスパンの遂行のための工程条件と類似する環境(例えば235℃)下で測定される。前記235℃の温度は、プロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物を完全に溶かしてメルトスパンを行うのに適した温度に該当する。
本発明のプロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物で残留応力比率(Y)を前述のような最適範囲に維持しながら、優れた繊維加工性を確保できるように、分子量分布(MWD)が上昇せず、低い範囲を維持することが好ましい。例えば、前記プロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物の分子量分布は、約2.6以下、あるいは2.0乃至約2.6、あるいは約2.05乃至約2.5、あるいは約2.1乃至約2.4であってもよい。
前記プロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物は、前述のような残留応力比率と溶融指数、分子量分布などと共に、最適化した溶融点(Tm)を有することができる。例えば、前記プロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物の溶融点(Tm)は、約148℃以下、または約130℃乃至約148℃、あるいは約132℃乃至約146℃、あるいは約133℃乃至約145℃になり得る。前記樹脂組成物の溶融点(Tm)は、高強度のソフトな不織布を製造するための1−ブテン(C4)の最小含有量が0.5重量%である側面から約148℃以下になり得る。ただし、不織布製造に好適な樹脂形態を確保する側面からプロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物の溶融点(Tm)は、約130℃以上になり得る。
一方、発明の他の一実施形態によれば、前述のようなプロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物を製造する方法が提供される。プロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物の製造方法は、下記化学式1で表される遷移金属化合物を含む触媒存在下で、プロピレンおよび1−ブテンを99:1乃至90:10の重量比に重合させてプロピレン−ブテン共重合体を製造する段階を含む。
Figure 0006871426
前記化学式1で、Mは3族遷移金属、4族遷移金属、5族遷移金属、ランタナイド系の遷移金属およびアクチナイド系の遷移金属のうちのいずれか一つであり、X1およびX2は互いに同一または異なり、それぞれ独立にハロゲンのうちのいずれか一つであり、Aは14族の元素のうちのいずれか一つであり、nは1乃至20の間の整数であり、R1は炭素数1乃至20のアルキル、炭素数2乃至20のアルケニル、炭素数7乃至30のアルキルアリール、炭素数7乃至30のアリールアルキルおよび炭素数6乃至30のアリールのうちのいずれか一つであり、R2は水素、炭素数1乃至20のアルキル、炭素数2乃至20のアルケニル、炭素数7乃至30のアルキルアリール、炭素数7乃至30のアリールアルキルおよび炭素数6乃至30のアリールのうちのいずれか一つであり、R3乃至R6は、それぞれ独立に炭素数1乃至20のアルキルのうちのいずれか一つである。
特に、本発明によるプロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物の製造方法は、コモノマー(comonomer)である1−ブテンの重量比を最適化すると同時に、前記化学式1でのように、インデングループに特定のアルキル基とアルキル置換されたフェニル基を含み、ブリッジグループに特定のアルコキシ置換されたアルキル基が含まれている遷移金属化合物を触媒活性成分として用いることによって、高い転換率で生産性を向上させることができる。また、本発明により製造されたプロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物の優れた繊維加工性で高強度のソフトな不織布を効果的に製造することができる。
本明細書で特別な制限がない限り、次の用語は下記のように定義され得る。
ハロゲン(halogen)は、フッ素(F)、塩素(Cl)、臭素(Br)またはヨウ素(I)であってもよい。
ヒドロカルビル基は、ヒドロカーボンから水素原子を除去した形態の1価官能基であって、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、アルアルキル基、アルアルケニル基、アルアルキニル基、アルキルアリール基、アルケニルアリール基およびアルキニルアリール基などを含むことができる。そして、炭素数1乃至20のヒドロカルビル基は、炭素数1乃至15または炭素数1乃至10のヒドロカルビル基であってもよい。具体的に、炭素数1乃至20のヒドロカルビル基は、メチル基、エチル基、n−プロピル基、iso−プロピル基、n−ブチル基、iso−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、シクロヘキシル基などの直鎖、分枝鎖または環状アルキル基;またはフェニル基、ナフチル基、またはアントラセニル基などのアリール基であってもよい。
ヒドロカルビルオキシ基は、ヒドロカルビル基が酸素に結合した官能基である。具体的に、炭素数1乃至20のヒドロカルビルオキシ基は、炭素数1乃至15または炭素数1乃至10のヒドロカルビルオキシ基であってもよい。より具体的に、炭素数1乃至20のヒドロカルビルオキシ基は、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、iso−プロポキシ基、n−ブトキシ基、iso−ブトキシ基、tert−ブトキシ基、n−ペントキシ基、n−ヘキソキシ基、n−ヘプトキシ基、シクロヘキソキシ基などの直鎖、分枝鎖または環状アルコキシ基;またはフェノキシ基またはナフタレンオキシ(naphthalenoxy)基などのアリールオキシ基であってもよい。
ヒドロカルビル(オキシ)シリル基は、−SiH3の1乃至3個の水素が1乃至3個のヒドロカルビル基またはヒドロカルビルオキシ基で置換された官能基である。具体的に、炭素数1乃至20のヒドロカルビル(オキシ)シリル基は、炭素数1乃至15、炭素数1乃至10または炭素数1乃至5のヒドロカルビル(オキシ)シリル基であってもよい。より具体的に、炭素数1乃至20のヒドロカルビル(オキシ)シリル基は、メチルシリル基、ジメチルシリル基、トリメチルシリル基、ジメチルエチルシリル基、ジエチルメチルシリル基およびジメチルプロピルシリル基などのアルキルシリル基;メトキシシリル基、ジメトキシシリル基、トリメトキシシリル基およびジメトキシエトキシシリル基などのアルコキシシリル基;メトキシジメチルシリル基、ジエトキシメチルシリル基およびジメトキシプロピルシリル基などのアルコキシアルキルシリル基などであってもよい。
炭素数1乃至20のアルキル基は、直鎖、分枝鎖または環状アルキル基であってもよい。具体的に、炭素数1乃至20のアルキル基は、炭素数1乃至20の直鎖アルキル基;炭素数1乃至10の直鎖アルキル基;炭素数1乃至5の直鎖アルキル基;炭素数3乃至20の分枝鎖または環状アルキル基;炭素数3乃至15の分枝鎖または環状アルキル基;または炭素数3乃至10の分枝鎖または環状アルキル基であってもよい。より具体的に、炭素数1乃至20のアルキル基は、メチル基、エチル基、n−プロピル基、iso−プロピル基、n−ブチル基、iso−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、iso−ペンチル基、neo−ペンチル基またはシクロヘキシル基などであってもよい。
炭素数2乃至20のアルケニル基は、直鎖、分枝鎖または環状アルケニル基であってもよい。具体的に、炭素数2乃至20のアルケニル基は、炭素数2乃至20の直鎖アルケニル基、炭素数2乃至10の直鎖アルケニル基、炭素数2乃至5の直鎖アルケニル基、炭素数3乃至20の分枝鎖アルケニル基、炭素数3乃至15の分枝鎖アルケニル基、炭素数3乃至10の分枝鎖アルケニル基、炭素数5乃至20の環状アルケニル基または炭素数5乃至10の環状アルケニル基であってもよい。より具体的に、炭素数2乃至20のアルケニル基は、エテニル基、プロフェニル基、ブテニル基、ペンテニル基またはシクロヘキセニル基などであってもよい。
炭素数6乃至30のアリールは、モノサイクリック、バイサイクリックまたはトリサイクリック芳香族炭化水素を意味し得る。具体的に、炭素数6乃至30のアリールは、フェニル基、ナフチル基またはアントラセニル基などであってもよい。
炭素数7乃至30のアルキルアリールは、アリールの1以上の水素がアルキルにより置換された置換基を意味し得る。具体的に、炭素数7乃至30のアルキルアリールは、メチルフェニル、エチルフェニル、n−プロピルフェニル、iso−プロピルフェニル、n−ブチルフェニル、iso−ブチルフェニル、tert−ブチルフェニルまたはシクロヘキシルフェニルなどであってもよい。
炭素数7乃至30のアリールアルキルは、アルキルの1以上の水素がアリールにより置換された置換基を意味し得る。具体的に、炭素数7乃至30のアリールアルキルは、ベンジル基、フェニルプロピルまたはフェニルヘキシルなどであってもよい。
前記一実施形態による製造方法によれば、前記化学式1の構造を有する遷移金属化合物を含む触媒存在下で、プロピレンと1−ブテンを特定の含有量比に重合させてプロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物を製造することによって、不織布製造工程で優れた繊維加工性を確保すると同時に、モジュラス(modulus)を減少させて既存の製品よりソフト(soft)な不織布を製造することができる特徴を有する。
本発明のプロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物の製造方法は、前記化学式1で表される遷移金属化合物を含む触媒と、プロピレンおよび1−ブテンを接触させることによって行われ得る。
この時、前記プロピレンおよび1−ブテンは、約99:1乃至約90:10、あるいは約99:1乃至約93:7、あるいは約99:1乃至約96:4、あるいは約99:1乃至約94:6の重量比に重合することができる。ここで、前記重合工程で1−ブテンの重量比は、ソフトな(soft)物性を実現するための側面から99:1以上にならなければならず、バルク重合工程で生産できる限界の側面から90:10以下にならなければならない。
また、本発明の一実施例よれば、前記プロピレンおよび1−ブテンの重合は、水素気体下で行われてもよい。この時、前記水素気体は、プロピレンの全体重量に対して、約2,000ppm以下、あるいは約10乃至約2,000ppm、あるいは約50乃至約1,500ppm、あるいは約150乃至約850ppm、あるいは約200乃至約550ppmになるように投入され得る。前記水素気体の使用量を調節して、十分な触媒活性を示しながらも、製造されるプロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物の分子量分布および流動性を所望の範囲内に調節することができ、これによって用途に応じて適切な物性を有するプロピレン−ブテン共重合体を製造することができる。
前記プロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物の製造方法において触媒として用いられる遷移金属化合物としては、前記化学式1で表される遷移金属化合物を1種以上用いることができる。前述のように、本発明で前記遷移金属化合物は、化学式1のインデングループに特定のアルキル基と共にアルキル置換されたフェニル基を含み、ブリッジグループに特定のアルコキシ置換されたアルキル基を含むことを特徴とする。
より具体的に、前記化学式1の遷移金属化合物としては、前記化学式1のR3およびR4がそれぞれ独立に炭素数1乃至3の直鎖アルキルのうちのいずれか一つである遷移金属化合物;あるいは前記化学式1のR5およびR6がそれぞれ独立に炭素数3乃至6の分枝鎖アルキルのうちのいずれか一つである遷移金属化合物;あるいは前記化学式1のR3およびR4がそれぞれ独立に炭素数1乃至3の直鎖アルキルのうちのいずれか一つであり、R5およびR6がそれぞれ独立に炭素数3乃至6の分枝鎖アルキルのうちのいずれか一つである遷移金属化合物が用いられてもよい。このような構造の遷移金属化合物は、適切な立体障害を起こして前述した効果をより効果的に担保することができる。
前記化学式1の遷移金属化合物においてインデニルリガンドを連結するブリッジグループは、遷移金属化合物の担持安定性に影響を与え得る。一例として、R1が炭素数1乃至20のアルキルのうちのいずれか一つであるか、あるいは炭素数3乃至6の分枝鎖アルキルのうちのいずれか一つであり、nが3乃至9の間の整数である場合、バルク重合のための担持効率を上昇させることができる。また、R2が水素および炭素数1乃至20のアルキルのうちのいずれか一つであるか、あるいは炭素数1乃至3の直鎖アルキルのうちのいずれか一つであり、AがCまたはSiである場合、より優れた担持安定性を確保することができる。また、前述したブリッジグループは、担体あるいは担体に担持された助触媒と化学的結合を形成してオレフィン単量体の重合時に反応器内でのファウリング現像を効果的に防止することができる。
前記化学式1のMとしては、4族遷移金属のうちのいずれか一つ;あるいはTi、ZrおよびHfのうちのいずれか一つを用いて金属着物の保存安定性を向上させることができる。
好ましくは、前記遷移金属化合物は、下記化学式2で表されるものであってもよい。
Figure 0006871426
前記化学式1で表される遷移金属化合物は、公知の反応を応用して合成されてもよく、より詳細な合成方法は後述する製造例1を参考にすることができる。
一方、前記一実施形態による製造方法によれば、前記化学式1の構造を有する遷移金属化合物を含む触媒は、高い活性と工程安定性を向上させる側面から多様な助触媒を追加的に含むことができる。このような助触媒化合物としては、下記化学式3または化学式4で表される化合物のうちの1種以上を含むことができる。
Figure 0006871426
前記化学式3において、
7、R8およびR9は、それぞれ独立に水素、ハロゲン、炭素数1乃至20のヒドロカルビル基およびハロゲンで置換された炭素数1乃至20のヒドロカルビル基のうちのいずれか一つであり、
mは2以上の整数であり、
Figure 0006871426
前記化学式4において、
Lは中性または陽イオン性ルイス塩基であり、
Wは13族元素であり、Jは、それぞれ独立に炭素数1乃至20のヒドロカルビル基;炭素数1乃至20のヒドロカルビルオキシ基;およびこれら置換基の1以上の水素原子がハロゲン、炭素数1乃至20のヒドロカルビルオキシ基および炭素数1乃至20のヒドロカルビル(オキシ)シリル基のうちの1以上の置換基で置換された置換基のうちのいずれか一つである。
例えば、本発明で助触媒としては、前記化学式3または化学式4で表される多様な助触媒が全て用いられてもよい。一例として、前記化学式3の助触媒としては、メチルアルミノキサン、エチルアルミノキサン、イソブチルアルミノキサン、tert−ブチルアルミノキサンまたはこれらの混合物などが用いられてもよい。また、前記化学式4の助触媒としたは、トリメチルアンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、トリエチルアンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、N,N−ジメチルアニリウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、N,N−ジメチルアニリウムn−ブチルトリス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、N,N−ジメチルアニリウムベンジルトリス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、N,N−ジメチルアニリウムテトラキス(4−(t−ブチルジメチルシリル)−2,3,5,6−テトラフルオロフェニル)ボレート、N,N−ジメチルアニリウムテトラキス(4−(トリイソプロピルシリル)−2,3,5,6−テトラフルオロフェニル)ボレート、N,N−ジメチルアニリウムペンタフルオロフェノキシトリス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、N,N−ジメチル−2,4,6−トリメチルアニリウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、トリメチルアンモニウムテトラキス(2,3,4,6−テトラフルオロフェニル)ボレート、N,N−ジメチルアニリウムテトラキス(2,3,4,6−テトラフルオロフェニル)ボレート、ヘキサデシルジメチルアンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、N−メチル−N−ドデシルアニリウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、メチルジ(ドデシル)アンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートまたはこれらが混合物が用いられてもよい。
前記助触媒の使用含有量は、目的とする触媒と樹脂組成物の物性または効果により適切に調節されてもよい。
また、前記一実施形態による製造方法によれば、前記化学式1の構造を有する遷移金属化合物を含む触媒は、前記化学式1の遷移金属化合物および場合によって前記化学式3または化学式4の助触媒が担体に担持された担持触媒形態で用いることができる。
前記担体としては、表面にヒドロキシ基またはシロキサン基を含有する担体を用いることができる。具体的に、前記担体としては、高温で乾燥して表面に水分を除去することによって反応性が高いヒドロキシ基またはシロキサン基を含有する担体を用いることができる。より具体的に、前記担体としては、シリカ、アルミナ、マグネシアまたはこれらの混合物などを用いることができる。前記担体は、高温で乾燥されたものであってもよく、これらは通常Na2O、K2CO3、BaSO4およびMg(NO32などの酸化物、炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩成分を含むことができる。
前記担持触媒は、担体に前記化学式3の助触媒、前記化学式1の遷移金属化合物および前記化学式4の助触媒が順次に担持されて形成されたものであってもよい。このような担持順序により決定された構造の担持触媒は、プロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物の製造工程で高い活性と共に優れた工程安定性を実現することができる。
前記一実施形態による製造方法では、連続式溶液重合工程、バルク重合工程、懸濁重合工程、スラリー重合工程または乳化重合工程などオレフィン単量体の重合反応として知られた多様な重合工程を採用することができる。
具体的に、前記重合反応は、約40乃至110℃または約60乃至100℃の温度と約1乃至100kgf/cm2の圧力下で行われてもよい。
また、前記重合反応で、前記触媒は、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、ノナン、デカン、トルエン、ベンゼン、ジクロロメタン、クロロベンゼンなどのような溶媒に溶解または希釈された状態で用いられてもよい。この時、前記溶媒を少量のアルキルアルミニウムなどで処理することによって、触媒に悪影響を与え得る少量の水または空気などを予め除去することができる。
前記プロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物の具体的な製造方法は、後述する実施例を参考にすることができる。しかし、プロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物の製造方法が本明細書に記述した内容に限定されるのではなく、前記製造方法は本発明が属する技術分野における通常採用する段階を追加的に採用することができ、前記製造方法の段階(ら)は通常変更可能な段階(ら)により変更されてもよい。
一方、発明のまた他の一実施形態によれば、前述のようなプロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物を用いて製造されたスパンボンド不織布が提供される。特に、前記スパンボンド不織布は、前記プロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物を溶融させて極細繊維ウェブで押出させることを特徴とするメルトスパン工程を通じて製造されたものであってもよい。
本発明のスパンボンド不織布は、プロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物の1−ブテン含有量および溶融指数と残留応力比率の相関関係などを最適化してモジュラス(modulus)を減少させて高強度を維持しながら、既存の不織布製品よりソフト(soft)な触感を付与することができる。
具体的に、前記スパンボンド不織布は、優れた柔軟性確保の側面から、不織布の縦方向(MD、machine direction)に対してハンドルオメーター(Handle−O−meter)測定値が約7.5g以下、または約3.0g乃至約7.5g、あるいは約7.0g以下、または約4.0g乃至約7.0g、あるいは約6.0g以下、または約5.0g乃至約6.0gであってもよい。また、不織布の横方向(CD、cross direction)に対してハンドルオメーター(Handle−O−meter)測定値は約4.0g以下、または約1.0g乃至約4.0g、あるいは約3.5g以下、または約1.5g乃至約3.5g、あるいは約3.0g以下、または約1.8g乃至約3.0gであってもよい。このようなハンドルオメーター(Handle−O−meter)測定値は、前述した範囲に維持される時、前記スパンボンド不織布が粗い特性を減らし、ソフト(soft)な物性を実現することができるように優れた柔軟性を確保することができる。前記ハンドルオメーターは、不織布の坪量が13乃至17.5g/m2である条件下で測定した値である。
一方、前記スパンボンド不織布は、高い強度を維持する側面から、不織布の縦方向(MD、machine direction)に対して米国材料試験協会(ASTM、American Society for Testing and Materials)のASTM D−5035の方法により測定した引張強度が約1600gf以上または約1600gf乃至約3500gf、あるいは約1700gf以上または約1700gf乃至約2500gf、約1800gf以上または約1800gf乃至約2000gfであってもよい。また、不織布の横方向(CD、cross direction)に対して米国材料試験協会(ASTM、American Society for Testing and Materials)のASTM D−5035の方法により測定した引張強度が約730gf以上または約730gf乃至約2000gf、あるいは約750gf以上または約750gf乃至約1500gf、約770gf以上または約770gf乃至約1000gfであってもよい。このようなスパンボンド不織布の引張強度が前述した範囲に維持される時、ソフト(soft)な物性を実現すると同時に、最終製品の加工時、高い強度を維持することができる。前記引張強度は、不織布の坪量が13乃至17.5g/m2の条件下で測定した値である。
前記ハンドルオメーターと引張強度の測定時、不織布の坪量は14.2乃至15.9g/m2である条件で適用することもできる。
特に、本発明によるスパンボンド不織布は、前述のようなハンドルオメーター測定値範囲と引張強度範囲を同時に満たすことを特徴とし、これによって高強度を維持しながら既存の製品よりソフトな特性を実現することができる。
以下、本発明の理解のために好ましい実施例を提示する。ただし、下記の実施例は本発明を例示するためのものに過ぎず、本発明の内容が下記の実施例により限定されるのではない。
<触媒の製造>
(製造例1:遷移金属化合物および担持触媒の製造)
Figure 0006871426
[1段階:ビス(2−メチル−4−(4−tert−ブチルフェニル)インデニル)(6−t−ブトキシヘキシル)(メチル)シランの製造]
2−メチル−4−tert−ブチルフェニルインデン(20.0g、76mmol)をトルエン/THF=10/1溶液(230mL)に溶解した後、ここにn−ブチルリチウム溶液(2.5M、ヘキサン溶媒、22g)を約0℃で徐々に滴加した。そして、得られる混合溶液を常温で一日間攪拌した。その後、約−78℃で前記混合溶液に(6−t−ブトキシヘキシル)ジクロロメチルシラン(1.27g)を徐々に滴加し、約10分間攪拌した後、常温で一日間攪拌した。その後、水を加えて有機層を分離した後、溶媒を減圧蒸留してビス(2−メチル−4−(4−tert−ブチルフェニル)インデニル)(6−t−ブトキシヘキシル)(メチル)シランを得た。
1H NMR(500MHz,CDCl3,7.26ppm):−0.20−0.03(3H,m),1.26(9H,s),0.50−1.20(4H,m),1.20−1.31(11H,m),1.40−1.62(20H,m),2.19−2.23(6H,m),3.30−3.34(2H,m),3.73−3.83(2H,m),6.89−6.91(2H,m),7.19−7.61(14H,m).
[2段階:[(6−t−ブトキシヘキシルメチルシランジイル)−ビス(2−メチル−4−(4−tert−ブチルフェニル)インデニル)]ジルコニウムジクロライドの製造]
前記1段階で製造した(6−t−ブトキシヘキシル)(メチル)−ビス(2−メチル−4−(4−tert−ブチルフェニル)インデニル)シランをトルエン/THF=5/1溶液(95mL)に溶解した後、n−ブチルリチウム溶液(2.5M、ヘキサン溶媒、22g)を約−78℃で徐々に滴加した後、常温で一日間攪拌した。ビス(N,N’−ジフェニル−1,3−プロパンジアミド)ジクロロジルコニウムビス(テトラヒドロフラン[Zr(C56NCH2CH2CH2NC562Cl2(C48O)2]をトルエン(229mL)に溶解した後、前記反応液に約−78℃で徐々に滴加し、常温で一日間攪拌した。反応液を約−78℃に冷却させた後、HClエーテル溶液(1M、183mL)を徐々に滴加した後、約0℃で約1時間攪拌した。以降、濾過して真空乾燥した後、ヘキサンを入れて攪拌して結晶を析出させた。析出された結晶を濾過および減圧乾燥して[(6−t−ブトキシヘキシルメチルシラン−ジイル)−ビス(2−メチル−4−(4−tert−ブチルフェニル)インデニル)]ジルコニウムジクロライド(20.5g、yield61%)を得た。
1H NMR(500MHz,CDCl3,7.26ppm):1.20(9H,s),1.27(3H,s),1.34(18H,s),1.20−1.90(10H,m),2.25(3H,s),2.26(3H,s),3.38(2H,t),7.00(2H,s),7.09−7.13(2H,m),7.38(2H,d),7.45(4H,d),7.58(4H,d),7.59(2H,d),7.65(2H,d)
[3段階:担持触媒の製造]
シリカ3gが入っているシュレンクフラスコにメチルアルミノキサン(MAO)52mmolを入れて約90℃で約24時間反応させた。反応終了後、反応生成物が沈むと、上層部溶液を除去して残った沈殿物をトルエンで2回にわたって洗浄した。そして、前記フラスコに前記で製造した[(6−t−ブトキシヘキシルメチルシランジイル)−ビス(2−メチル−4−(4−tert−ブチルフェニルインデニル)]ジルコニウムジクロライド240umolをトルエンに溶解して注入し、約70℃で約5時間反応させた。以降、前記フラスコにN,N−ジメチルアニリウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート48umolを入れ、約70℃で約5時間反応させた。反応終了後、反応生成物が沈むと、上層部溶液を除去した後、残った沈殿物をトルエンで洗浄し、ヘキサンで再び洗浄した後、真空乾燥して固体粒子形態のシリカ担持メタロセン触媒を得た。
(比較製造例1:遷移金属化合物および担持触媒の製造)
Figure 0006871426
[1段階:(6−t−ブトキシヘキシル)(メチル)−ビス(2−メチル−4−フェニルインデニル)シランの製造]
まず、100mLのトリクロロメチルシラン溶液(約0.21mol、ヘキサン)に100mLのt−ブトキシヘキシルマグネシウムクロライド溶液(約0.14mol、エーテル)を約−100℃下で約3時間にわたって徐々に滴加した後、常温で約3時間攪拌した。前記混合溶液から透明な有機層を分離した後、分離された透明有機層を真空乾燥して過量のトリクロロメチルシランを除去して、透明な液状の(6−t−ブトキシヘキシル)ジクロロメチルシランを得た。
77mLの2−メチル−4−フェニルインデントルエン/THF=10/1溶液(34.9mmol)にn−ブチルリチウム溶液(2.5M、ヘキサン溶媒)15.4mLを約0℃で徐々に滴加し、約80℃で約1時間攪拌した後、常温で一日間攪拌した。その後、約−78℃で前記混合溶液に以前に製造した(6−tert−ブトキシヘキシル)ジクロロメチルシラン5gを徐々に滴加し、約10分間攪拌した後、約80℃で約1時間攪拌した。その後、水を加えて有機層を分離した後、シリカカラム精製し、真空乾燥して粘っこい黄色オイルを78%の収率で得た(racemic:meso=1:1)。
1H NMR(500MHz,CDCl3,7.24ppm):0.10(3H,s),0.98(2H,t),1.25(9H,s),1.36〜1.50(8H,m),1.62(8H,m),2.26(6H,s),3.34(2H,t),3.81(2H,s),6.87(2H,s),7.25(2H,t),7.35(2H,t),7.45(4H,d),7.53(4H,t),7.61(4H,d)
[2段階:[(6−t−ブトキシヘキシルメチルシラン−ジイル)−ビス(2−メチル−4−フェニルインデニル)]ジルコニウムジクロライドの製造]
以前に製造した(6−tert−ブトキシヘキシル)(メチル)ビス(2−メチル−4−フェニル)インデニルシランエーテル/ヘキサン=1/1溶液(3.37mmol)50mLにn−ブチルリチウム溶液(2.5Minヘキサン)3.0mLを約−78℃で徐々に滴加した後、常温で約2時間攪拌した後、真空乾燥した。ヘキサンで塩を洗浄した後、濾過および真空乾燥して黄色の固体を得た。グローブボックス(glove box)内で合成したリガンド塩(ligand salt)とビス(N,N’−ジフェニル−1,3−プロパンジアミド)ジクロロジルコニウムビス(テトラヒドロフラン[Zr(C56NCH2CH2NC56)Cl2(C48O)2]をシュレンクフラスコに称量した後、約−78℃でエーテルを徐々に滴加した後、常温で一日間攪拌した。以降、赤色の反応溶液を濾過分離した後、HClエーテル溶液(1M)4当量を約−78℃で徐々に滴加した後、常温で約3時間攪拌した。以降、濾過して真空乾燥してオレンジ色の固体成分のアンサ−メタロセン化合物を85%の収率で得た(racemic:meso=10:1)。
1H NMR(500MHz,C66,7.24ppm):1.19(9H,s),1.32(3H,s),1.48〜1.86(10H,m),2.25(6H,s),3.37(2H,t),6.95(2H,s),7.13(2H,t),7.36(2H,d),7.43(6H,t),7.62(4H,d),7.67(2H,d)
[3段階:担持触媒の製造]
製造例1の3段階と同様な方法で、前記で合成したメタロセン化合物([(6−t−ブトキシヘキシルメチルシラン−ジイル)−ビス(2−メチル−4−フェニルインデニル)]ジルコニウムジクロライド)を用いてシリカ担持メタロセン触媒を製造した。
<樹脂組成物の製造>
(実施例1:プロピレンのランダム重合)
下記表1に示したようにプロピレンの含有量、1−ブテンの含有量、重合工程条件などを調節して、プロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物(C4−ランダム共重合体)を得た。
2Lのステンレス反応器を約65℃で真空乾燥した後に冷却し、室温でトリエチルアルミニウム1.5mmol、水素300ppm、1−ブテン10g、プロピレン770gを順次に投入した。以降、約10分間攪拌した後、製造例1によるシリカ担持メタロセン触媒0.048gをTMA処方されたヘキサン約20mLに溶かして窒素圧力で反応器に投入した。以降、反応器温度を約70℃まで徐々に昇温した後、約1時間重合した。反応終了後、未反応のプロピレンおよび1−ブテンはベントおよび乾燥除去した。
(実施例2および3:プロピレンのランダム重合)
下記表1に示したように、水素をそれぞれ400ppmおよび550ppmで投入したことを除いては、実施例1と同様な方法でプロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物(C4−ランダム共重合体)を得た。
(比較例1乃至3:プロピレンのランダム重合)
下記表1に示したように、製造例1の触媒の代わりに比較製造例1の触媒を用い、触媒が変わることによって実施例1乃至3と類似するMI水準の樹脂を製造するためにそれぞれ水素を350ppm、450ppm、および550ppm投入したことを除いては、実施例1乃至3と同様な方法で比較例1乃至3のプロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物(C4−ランダム共重合体)を得た。
(比較例4および5:プロピレンのランダム重合)
下記表1に示したように、1−ブテンの含有量をそれぞれ2gおよび20g投入したことを除いては、実施例1と同様な方法でプロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物(C4−ランダム共重合体)を得た。
ただし、比較例5により1−ブテンの量を増やして重合したプロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物(C4−ランダム共重合体)の場合に、パウダー形態でなく、ワックス(wax)のような性状を示し、後続工程で不織布製造が不可能であった。
(比較例6:プロピレンのホモ重合)
2Lのステンレス反応器を約65℃で真空乾燥した後に冷却し、室温でトリエチルアルミニウム1.5mmol、水素500ppm、およびプロピレン770gを順次に投入した。この後、約10分間攪拌した後、製造例1によるシリカ担持メタロセン触媒0.048gをTMA処方されたヘキサン20mLに溶かして窒素圧力で反応器に投入した。以降、反応器温度を約70℃まで徐々に昇温した後、約1時間重合した。反応終了後、未反応のプロピレンはベントした。
前記製造方法でプロピレンのホモ重合を行ってプロピレンホモ重合体樹脂組成物(ホモmPP、プロピレンホモ重合体)を得た。
(比較例7:プロピレンのランダム重合)
2Lのステンレス反応器を65℃で真空乾燥した後に冷却し、室温でトリエチルアルミニウム1.5mmolおよびプロピレン770gを順次に投入した。以降、10分間攪拌した後、前記製造例1で製造したメタロセン触媒0.048gをTMA処方されたヘキサン20mLに溶かして窒素圧力で反応器に投入した。以降、エチレンを総5g投入しながら反応器温度を70℃まで徐々に昇温した後、1時間重合した。反応終了後、未反応のプロピレンおよびエチレンはベントした。
実施例1乃至3および比較例1乃至7より樹脂組成物を製造する工程で具体的なプロピレンの含有量、1−ブテンの含有量、重合条件などを下記表1に示した。
Figure 0006871426
(比較例8:プロピレンのホモ重合)
チーグラ−ナッタ触媒でプロピレンのホモ重合を行って製造したプロピレンホモ重合体樹脂組成物(Z/NホモPP、プロピレンホモ重合体)として、現在市販中の製品(製造会社:LG化学、製品名H7700)を準備した。
<樹脂組成物とこれを利用して製造した不織布に対する物性評価>
(試験例1:樹脂組成物の物性評価)
前記実施例1乃至3および比較例1乃至8による樹脂組成物に対して、以下のような方法で物性評価を行い、その結果を下記表2に示した。
(1)溶融指数(melt index、MI)
米国材料試験協会の規格ASTM D 1238により230℃で2.16kg荷重で測定し、10分間溶融して出た重合体の重量(g)で示した。
(2)1−ブテン含有量
米国材料試験協会の規格ASTM D 5576により実施例1乃至3および比較例1乃至7による樹脂組成物のフィルムあるいはフィルム形態の試験片をFT−IR装備のMagnetic holderに固定させた後、IR吸収スペクトルで試験片の厚さを反映する4800〜3500cm-1ピークの高さと1−ブテン成分が現れる790〜660cm-1ピークの面積を測定して計算した。米国材料試験協会の規格ASTM D 5576の方法により、測定した値はStandardサンプルの790〜660cm-1ピークの面積を4800〜3500cm-1ピークの高さで割った値をプロット(Plot)して求めたカリブレーション(Calibration)式に代入した。
(3)溶融点(Tm)
温度を200℃まで増加させた後、約5分間その温度で維持し、その後、30℃まで温度を下げ、再び温度を増加させてDSC(Differential Scanning Calorimeter、TA社製造)曲線の頂点を溶融点とした。この時、温度の上昇と下降の速度は10℃/minであり、溶融点は第2の温度が上昇する区間で測定した結果を用いた。
(4)残留応力比率の測定
実施例1乃至3および比較例1乃至8による樹脂組成物に対して、それぞれ試料を取って235℃下で200%の変形(strain)を加えた後、10分間残留応力の変化を測定した。
前記残留応力の測定にはTA Instruments社のDiscovery Hybrid Rheometer(DHR)を利用し、直径25mmである上下部plateの間に試料を十分にローディングして235℃下で溶かした後、gapを1mmに固定して測定した。
測定された残留応力のデータを基に、下記計算式3により残留応力の比率(RS%)を算測し、下記表1に示した。
Figure 0006871426
前記計算式3で、RS0は235℃下で合成樹脂試料に200%の変形を加えた後、0.02秒(t0)での残留応力であり、RS1は235℃下で合成樹脂試料に200%の変形を加えた後、1.00秒(t1)での残留応力である。
(5)溶融指数(MI)と残留応力比率の相関関係評価
前述のような方法で測定した溶融指数(X)と残留応力比率(Y)の測定値に基き、下記計算式4による具体的な数値範囲を下記表2に示した。
Figure 0006871426
前記計算式4で、Xは米国材料試験協会の規格ASTM D 1238により230℃で2.16kg荷重下で測定した溶融流れ指数(melt index、MI)であり、Yは前記計算式3により測定した残留応力比率である。
(6)分子量(Mw、Mn)および分子量分布(MWD)の測定
実施例1乃至3および比較例1乃至8による樹脂組成物に対して、ゲル透過クロマトグラフィー(GPC)を利用して重量平均分子量(Mw)および数平均分子量(Mn)を測定した後、これに基づいて分子量分布(MWD、つまり、Mw/Mn)を算測した。
具体的に、ゲル透過クロマトグラフィー(GPC)装置としては、Polymer Laboratories PLgel MIX−B 300mmの長さのカラムを利用して、Waters PL−GPC220機器を用いた。この時、測定温度は160℃であり、1,2,4−トリクロロベンゼンを溶媒として用い、流速は1mL/minの速度で測定した。実施例1乃至3および比較例1乃至8による樹脂組成物のサンプルは、それぞれ、10mg/10mLの濃度に調製した後、200μLの量で供給した。
ポリスチレン標準試験片を利用して形成された検定曲線を利用してMwおよびMnの値を誘導した。ポリスチレン標準試験片は、分子量がそれぞれ2,000g/mol、10,000g/mol、30,000g/mol、70,000g/mol、200,000g/mol、700,000g/mol、2,000,000g/mol、4,000,000g/mol、10,000,000g/molである9種を用いた。
(試験例2:メルトスパンボンド不織布の物性評価)
実施例1乃至3および比較例1乃至8による樹脂組成物を原料にメルトスパン工程を行ってスパンボンド不織布を製造した。
具体的に、25mmのツインスクリュー押出機を利用して実施例1乃至3および比較例1乃至による樹脂組成物とExolit(商標)OP950添加剤(2.5重量%)のマスターバッチを製造した後、これをペレット化した。次に、ブラベンダーの31mm円錘形ツインスクリュー押出機を利用して溶融されたマスターバッチ組成物をメルトポンプ(65rpm)に供給した後に取出口(10個の取出口/cm)および381μmの取出口直径を有する25cm幅のメルトスパンダイに供給した点を除いては、文献[Report No. 4364 of the Naval Research Laboratories, published May 25, 1954 entitled “Manufacture of Superfine Organic Fibers” by Wente, Van. A. Boone, C. D., and Fluharty, E. L.]に記載されたものと類似する工程によりマスターバッチペレットを極細繊維ウェブに押出した。
溶融温度は235℃であり、スクリュー速度は120rpmであり、ダイは235℃で維持されており、1次空気温度および圧力はそれぞれ300℃および60kPa(8.7psi)であり、重合体処理速度は5.44kg/hrであり、収集器/ダイ距離は15.2cmであった。
そして、前記メルトスパン工程での断糸発生有無(加工性)を下記表2に示した。
また、官能試験法で不織布の感触性(softness)に対する評価を行い、測定結果を下記表2に示した。具体的に、このような皮膚接触官能評価は5人で構成された評価チームで官能検査を施し、それぞれソフトな触感を示す指標として1乃至10で表示し、高い点数であるほどソフトな触感を示すものと評価した。このような官能評価の平均値により、平均値が8以上である場合には「優秀(◎)」、平均値が6以上乃至8未満である場合には「良好(○)」、平均値が4以上乃至6未満である場合には「普通(△)」、平均値が4未満である場合には「不良(X)」と示した。
一方、不織布の柔軟性および機械的物性の評価のために、Thwing−Albert Instrument社のハンドルオメーター(Handle−O−meter)機器を用いて不織布の縦方向(MD、machine direction)と横方向(CD、cross direction)に対する柔軟性(Total Hand、MD/CD、g)を測定した。ここで、用いられたハンドルオメーター値は、製造会社から公知となった偏差である±25%の誤差を有する。また、米国材料試験協会(ASTM、American Society for Testing and Materials)標準D−5035による方法、つまり、ASTM D−5035のカットストリップ法(Cut−strip)によりインストロン(Instron)社の引張圧縮強度試験器(UTM、Universal Testing Symtems)を利用して縦方向(MD、machine direction)と横方向(CD、cross direction)に対する引張強度(Tensile Strength、MD/CD、gf)を測定した。この時、不織布は下記表1に示したような坪量(g/m2)条件下でハンドルオメーター(Handle−O−meter)および引張強度を測定した。
Figure 0006871426
前記表2を参照すれば、本発明の一実施形態により1−ブテン含有量および溶融指数と残留応力比率の相関関係を最適化した実施例1乃至3のプロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物は、これを原料にしたメルトスパン工程で断糸が発生せず、工程の連続的な遂行が可能であった。
反面、1−ブテン含有量および溶融指数と残留応力比率の相関関係が最適範囲を外れる比較例1乃至2のプロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物は、これを原料にしたメルトスパン工程で断糸が発生して工程の連続的な遂行が不可能であった。また、比較例3のプロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物は、MIが30以上の特性を示し、加工性は良好であるが、不織布強度に対する問題があることが確認され、比較例4のプロピレンホモ重合体樹脂組成物は、加工性は良好であるが、製造した不織布が粗い特性を示し、ソフト(soft)な物性を実現するのに問題があることが確認された。
また、比較例5のプロピレンホモ重合体樹脂組成物は、1−ブテン含有量が過度に投入され、溶融点が113℃に顕著に低下して、樹脂形態がパウダーでなく、ワックス(wax)のような性状を示し、不織布製造工程を行うこともできなかった。一方、比較例6のプロピレンホモ重合体樹脂組成物は、堅い(Stiff)特性を示し、またソフトな(Soft)不織布に適用するのに問題があることが確認され、比較例7のプロピレン−エチレン重合体の場合には、不織布強度が顕著に低下するため、簡単に裂ける短所があるため、使い捨ておむつなどの衛生用品に用いられる不織布用としては不適であることが分かる。また、比較例8のチーグラ−ナッタ触媒を用いて重合したプロピレンホモ重合体樹脂組成物は、加工性は良好であるが、製造した不織布が粗い特性を示し、ソフト(soft)な物性を実現するのに問題があることが確認された。
特に、本発明では1−ブテン含有量を0.5乃至5.0重量%に最適化し、溶融指数と残留応力比率の相関関係を最適化することによって、従来のホモポリプロピレンを用いた不織布と類似する強度を基盤にソフト性を増大させる優れた効果がある。なお、不織布加工業界では加工条件を変化させる方法を通じてソフト性を増大しようとする技術が知られているが、本発明は、既存のホモポリプロピレンを用いる工程で加工条件を変化させることなく、樹脂の交替のみで高強度のソフトな不織布を製造することができるという長所も得ることができる。

Claims (15)

  1. 1−ブテンの含有量が0.5乃至5.0重量%であり、溶融指数が12g/10min乃至37g/10minであり、溶融指数(MI、X)および残留応力比率(Y)は下記計算式1を満たすものである、プロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物。
    Figure 0006871426
    前記計算式1で、XはASTM D 1238により230℃で2.16kg荷重下で測定した溶融指数(melt index、MI)であり、Yは下記計算式2により測定した残留応力比率であり、
    Figure 0006871426
    前記計算式2で、RS0は235℃下で前記樹脂組成物に200%の変形を加えた後、0.05秒未満のある一時点(t0)での残留応力であり、RS1は235℃下で前記樹脂組成物に200%の変形を加えた後、0.05秒乃至1.50秒の間のある一時点(t1)での残留応力である。
  2. 溶融指数が13g/10min乃至35g/10minである、請求項1に記載のプロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物。
  3. 残留応力比率が0.005%乃至0.085%である、請求項1または2に記載のプロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物。
  4. 分子量分布が2.6以下である、請求項1乃至3のいずれか1項に記載のプロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物。
  5. 溶融点が148℃以下である、請求項1乃至4のいずれか1項に記載のプロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物。
  6. 下記化学式1で表される遷移金属化合物を含む触媒存在下で、プロピレンおよび1−ブテンを99:1乃至90:10の重量比に重合させてプロピレン−ブテン共重合体を製造する段階を含む請求項1乃至5のいずれか1項に記載のプロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物の製造方法。
    Figure 0006871426
    前記化学式1で、Mは4族遷移金属のうちのいずれか一つであり、X1およびX2は互いに同一または異なり、それぞれ独立にハロゲンのうちのいずれか一つであり、Aは14族の元素のうちのいずれか一つであり、nは1乃至20の間の整数であり、R1は炭素数1乃至20のアルキル、炭素数2乃至20のアルケニル、炭素数7乃至30のアルキルアリール、炭素数7乃至30のアリールアルキルおよび炭素数6乃至30のアリールのうちのいずれか一つであり、R2は水素、炭素数1乃至20のアルキル、炭素数2乃至20のアルケニル、炭素数7乃至30のアルキルアリール、炭素数7乃至30のアリールアルキルおよび炭素数6乃至30のアリールのうちのいずれか一つであり、R3乃至R6は、それぞれ独立に炭素数1乃至20のアルキルのうちのいずれか一つである。
  7. 前記化学式1のR3およびR4がそれぞれ独立に炭素数1乃至3の直鎖アルキルのうちのいずれか一つである遷移金属化合物が含まれている触媒が用いられる、請求項6に記載のプロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物の製造方法。
  8. 前記化学式1のR5およびR6がそれぞれ独立に炭素数3乃至6の分枝鎖アルキルのうちのいずれか一つである遷移金属化合物が含まれている触媒が用いられる、請求項6または7に記載のプロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物の製造方法。
  9. 前記化学式1のR1が炭素数3乃至6の分枝鎖アルキルのうちのいずれか一つであり、nが3乃至9の間の整数である遷移金属化合物が含まれている触媒が用いられる、請求項6乃至8のいずれか1項に記載のプロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物の製造方法。
  10. 前記化学式1のR2が炭素数1乃至3の直鎖アルキルのうちのいずれか一つである遷移金属化合物が含まれている触媒が用いられる、請求項6乃至9のいずれか1項に記載のプロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物の製造方法。
  11. 前記化学式1のMがTi、ZrおよびHfのうちのいずれか一つである遷移金属化合物が含まれている触媒が用いられる、請求項6乃至10のいずれか1項に記載のプロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物の製造方法。
  12. 前記遷移金属化合物は、下記化学式2で表されるものである、請求項6乃至11のいずれか1項に記載のプロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物の製造方法。
    Figure 0006871426
  13. 請求項1乃至5のいずれか1項に記載のプロピレン−ブテン共重合体樹脂組成物を用いたスパンボンド不織布。
  14. 不織布の坪量が13乃至17.5g/m2である条件下で、不織布の縦方向(MD、machine direction)に対するハンドルオメーター(Handle−O−meter)測定値が7.5g以下であり、不織布の横方向(CD、cross direction)に対するハンドルオメーター(Handle−O−meter)測定値は4.0g以下である、請求項13に記載のプロピレン−ブテン共重合体スパンボンド不織布。
  15. 不織布の坪量が13乃至17.5g/m2である条件下で、不織布の縦方向(MD、machine direction)に対してASTM D−5035の方法により測定した引張強度が1600gf以上であり、不織布の横方向(CD、cross direction)に対してASTM D−5035の方法により測定した引張強度が730gf以上である、請求項13または14に記載のプロピレン−ブテン共重合体スパンボンド不織布。
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