JP7081448B2 - プロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマー及びその製造方法 - Google Patents
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Description
融点が低いプロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマーは、エチレン、1-ブテンなどのコモノマー含量を高めることにより得ているが、一方でコモノマー含量を高めると、食品包装用フィルムへの適用を妨げる溶媒可溶分の副生が増加する問題がある。そこで、これまで、融点が低いプロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマーは、溶媒を用いるスラリー重合法で製造されていた。スラリー重合法では、ターポリマーと溶媒の分離の際に、溶媒可溶分が溶媒側に溶解し、除去できるため都合がよい。
気相重合法によるターポリマーとしては、例えば、透明性を損なうことなく、ヒートシール性と剛性のバランスに優れ、実質的に溶剤の不存在下にプロピレンとエチレンと1-ブテンを共重合して得られたポリプロピレンランダム共重合体として、プロピレン含有量が92.3~75.0重量%、エチレン含有量が0~2.7重量%、1-ブテン含有量が5.0~25.0重量%であり、かつランダム共重合体中の20℃キシレン可溶部の含有量が所定量以下のポリプロピレンランダム共重合体が提案されている(特許文献1を参照)。
また、気相重合法による優れたヒートシール性を有するターポリマーとして、プロピレン、エチレン、1-ブテンの三元重合体であって、0.5~6重量%のエチレン単位と、2.5~15重量%の1-ブテン単位とからなり、融点は131℃より高く、エチレン単位(C2)の重量%、1-ブテン単位(C4)の重量%、および封止開始温度(SIT)は下記の関係式:
7(C2)+3.2(C4)+SIT<149
を満たす三元重合体が提案されている(特許文献2、請求項5を参照)。
1)エチレン含量が1.9~5.0質量%、1-ブテン含量が1.1~4.0質量%
2)エチレン、1-ブテン含量の総量が3.0~8.0質量%
3)1-ブテン/エチレン含量の質量比率が0.3~1.15
4)融点(Tm)が135~145℃
5)50℃ノルマルヘキサン可溶分量が0.1質量%以上、3.0質量%未満
i)プロピレン重合用触媒の存在下、プロピレン、エチレン及び1-ブテンを気相重合する工程、及び
ii)エチレン含量が1.9~5.0質量%、1-ブテン含量が1.1~4.0質量%、エチレン、1-ブテン含量の総量が3.0~8.0質量%、1-ブテン/エチレン含量の質量比率が0.3~1.15、融点(Tm)が135~145℃、50℃ノルマルヘキサン可溶分量が0.1質量%以上、3.0質量%未満、平均粒径が800μm以上のプロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマーパウダーを取り出す工程、を含むことを特徴とする。
本発明のプロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマーは、下記の1)~4)の条件を満たすものであり、また5)~9)の少なくとも一つを満たすことができる。
1)エチレン含量が1.9~5.0質量%、1-ブテン含量が1.1~4.0質量%
2)エチレン、1-ブテン含量の総量が3.0~8.0質量%
3)1-ブテン/エチレン含量の質量比率が0.3~1.15
4)融点(Tm)が135~145℃
5)50℃ノルマルヘキサン可溶分量が0.1質量%以上、3.0質量%未満
6)230℃、21.18Nで測定されるMFRが0.1g/10分以上100g/10分以下
7)プロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマーからなるフィルムを、ヒートシール圧力が2kg/cm2、ヒートシール時間が1秒、所定のシール温度の条件でヒートシールし、そのフィルムのヒートシール部をショッパー型試験機を用いて引張速度500mm/分にて引き離したときの荷重が300gになるヒートシール温度が120℃以上135℃以下
8)ヘイズが2.1以下
9)剛性が630MPa以下
プロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマーは、プロピレン含量、エチレン含量、および1-ブテン含量の総量を100質量%とするとき、エチレン含量が1.9~5.0質量%、1-ブテン含量が1.1~4.0質量%である。
プロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマーのエチレン含量は、下限値が、1.9質量%、好ましくは2.0質量%、より好ましくは2.1質量%、さらに好ましくは2.2質量%であり、上限値が、5.0質量%、好ましくは4.5質量%、より好ましくは4.0質量%、さらに好ましくは3.5質量%である。
エチレン含量が1.9質量%以上であると、透明性、ヒートシール温度の観点から好ましく、5.0質量%以下であると、可溶分量の観点から好ましい。
プロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマーのエチレン含量は、赤外線吸収スペクトル法により測定する値である。
1-ブテン含量が1.1質量%以上であると、同一融点のプロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマー同士で比較する場合において可溶分量が減らせるという観点から好ましく、4.0質量%以下であると、透明性の観点から好ましい。
プロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマーの1-ブテン含量は、赤外線吸収スペクトル法により測定する値である。
プロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマーの、エチレン含量と1-ブテン含量の総量は、下限値が、3.0質量%、好ましくは3.5質量%、より好ましくは4.1質量%、さらに好ましくは4.4質量%であり、上限値が8.0質量%、好ましくは7.5質量%、より好ましくは7.0質量%、さらに好ましくは6.5質量%である。
プロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマーの、エチレン含量と1-ブテン含量の総量が8.0質量%以下であると、剛性が高くなり過ぎないという観点から好ましい。また、総量が3.0質量%以上であると、ヒートシール性が良好になる。
プロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマーの、エチレン含量に対する1-ブテン含量の質量比(1-ブテン含量/エチレン含量(質量%/質量%))は、下限値が0.3、好ましくは0.35、より好ましくは0.5、さらに好ましくは0.65であり、上限値が1.15、好ましくは1.13、より好ましくは1.11、さらに好ましくは1.10である。
エチレン含量に対する1-ブテン含量の質量比率が、0.3以上であると、可溶分量の観点から好ましく、1.15以下であると透明性の観点から好ましい。
プロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマーの融点(Tm)は、下限値が135℃、好ましくは136℃、より好ましくは137℃であり、上限値が145℃、好ましくは142℃、より好ましくは140℃である。
融点(Tm)が135℃以上であると、可溶分を構成する低結晶重合体のフィルム表面へのブリードが抑制できるという観点から好ましく、145℃以下であると、ヒートシール性の観点から好ましい。
プロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマーの融点(Tm)は、示差走査熱量計(DSC)を用いて測定する値である。
プロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマーの50℃ノルマルヘキサン可溶分量は、下限値が、好ましくは0.1質量%、より好ましくは、0.2質量%、さらに好ましくは0.3質量%であり、上限値が、好ましくは3.0質量%、より好ましくは3.0質量%未満、さらに好ましくは、2.9質量%、特に好ましくは2.8質量%である。
プロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマーの50℃ノルマルヘキサン可溶分量が0.1質量%以上であると、フィルム成形性の観点から好ましく、3.0質量%以下であると、成形品の外観の観点から好ましい。また、食品包装用フィルムの用途に有利になる。さらに、ノルマルヘキサン可溶分量が上記範囲であると、プロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマー製造時の運転安定性やプロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマーの粉体やペレットのハンドリング性に優れる。
50℃ノルマルヘキサン可溶分量の量は、FDA§177.1520(d)(3)(ii)に記載の50℃ヘキサン可溶分量測定方法に準じて測定する値である。
プロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマーのMFRは、下限値が、好ましくは0.1g/10分、より好ましくは1.0g/10分、さらに好ましくは3.0g/10分、特に好ましくは5.0g/10分であり、上限値が、好ましくは100g/10分、より好ましくは50g/10分、さらに好ましくは40g/10分、特に好ましくは30g/10分である。
MFRが上記範囲にあると、各種用途に適用可能であり、特にはフィルム成形性に優れる。
本発明においてMFRは、JIS-K6921の方法に従い、230℃、21.18Nの条件で測定する値である。
プロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマーのメルトフローレート(MFR)は、重合時に、水素等の分子量調節剤の使用量を調整することにより制御することができる。
プロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマーのヒートシール温度は、下限値が、好ましくは120℃、より好ましくは124℃、上限値が、好ましくは135℃、より好ましくは130℃である。ヒートシール温度が120℃以上であると、可溶分量の観点から好ましく、135℃以下であると、ヒートシール温度が高すぎることによる内容物劣化の防止の観点から好ましい。
本明細書において、プロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマーのヒートシール温度は、所定のシール温度の条件で2枚のフィルムをヒートシール圧力が2kg/cm2、ヒートシール時間が1秒の条件でヒートシールした試料から15mm幅のサンプルを採り、そのサンプルのヒートシール部をショッパー型試験機を用いて引張速度500mm/分にて引き離し、その荷重を読みとることを繰り返し、シール温度と荷重の関係を測定し、荷重が300gになるときのシール温度を求めることにより得る温度である。
プロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマーのヘイズは、好ましくは2.1以下、より好ましくは1.5~2.1、更に好ましくは1.8~2.1であるとよい。ヘイズが2.1以下であると、フィルムを成形した時に透明性を確保し、包装用途への適性が優れる。ヘイズは、1-ブテン/エチレン含量の質量比率を調節することにより、増減することができる。
プロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマーのヘイズは、ASTM-D1003に準拠して、ヘイズメータにて測定する値である。
プロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマーの剛性は、好ましくは630MPa以下であるとよい。剛性が630MPa以下であると、フィルムを成形した時に柔軟性を確保し、包装用途への適性に優れる。
プロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマーの剛性は、JIS K7127-1989に準拠して測定するヤング率の値である。
本発明のプロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマーは、下記のプロピレン重合用触媒の存在下で、プロピレン、エチレン及び1-ブテンを共重合させることにより製造することができる。
本発明に用いるプロピレン重合用触媒は、下記の成分(A)及び成分(B)、必要に応じてさらに成分(C)を含む。
成分(A):チタン、マグネシウム及びハロゲンを必須成分とする固体触媒成分
成分(B):有機アルミニウム化合物
成分(C):有機ケイ素化合物
本発明において、成分(A)は、チタン、マグネシウム及びハロゲンを必須成分とする固体触媒成分である。
成分(A)のチタン源としては、任意のチタン化合物を用いることができる。代表的な例としては特開平3-234707号公報に開示されているチタン化合物を挙げることができる。
チタン化合物のチタンの価数に関しては、4価、3価、2価、0価と任意であるが、好ましくは4価又は3価、より好ましくは4価である。
3価のチタン化合物の具体例としては、三塩化チタンに代表されるハロゲン化チタン化合物類などを挙げることができる。
また、上記チタン化合物類の混合物や平均組成式がそれらの混合された式となる化合物(例えば、Ti(OBu)mCl4-m;0<m<4などの化合物)、フタル酸エステル等のその他の化合物との錯化物(例えば、Ph(CO2Bu)2・TiCl4などの化合物)などを用いることができる。
上記のチタン化合物は単独で用いるだけではなく、複数の化合物を併用することもできる。
成分(A)のマグネシウム源としては、任意のマグネシウム化合物を用いることができる。代表的な例としては、特開平3-234707号公報に開示されているマグネシウム化合物を挙げることができる。
マグネシウム化合物としては、塩化マグネシウムに代表されるハロゲン化マグネシウム化合物類、ジエトキシマグネシウムに代表されるアルコキシマグネシウム化合物類、金属マグネシウム、酸化マグネシウムに代表されるオキシマグネシウム化合物類、水酸化マグネシウムに代表されるヒドロキシマグネシウム化合物類、ブチルマグネシウムクロライドに代表されるグリニャール化合物類、ブチルエチルマグネシウムに代表される有機金属マグネシウム化合物類、炭酸マグネシウムやステアリン酸マグネシウムに代表される無機酸及び有機酸のマグネシウム塩化合物類、並びにそれらの混合物や平均組成式がそれらの混合された式となる化合物(例えば、Mg(OEt)mCl2-m;0<m<2などの化合物)などを用いることができる。この中で、塩化マグネシウム、ジエトキシマグネシウム、金属マグネシウム、ブチルマグネシウムクロライドが好ましい。
成分(A)のハロゲンとしては、フッ素、塩素、臭素、沃素、及びそれらの混合物を用いることができる。この中、塩素が好ましい。
ハロゲンは上記のチタン化合物及び/又はマグネシウム化合物から供給されるのが一般的であるが、その他のハロゲン含有化合物を成分(A)のハロゲン源とすることもできる。
その他のハロゲン含有化合物の代表的な例としては、四塩化ケイ素に代表されるハロゲン化ケイ素化合物類、塩化アルミニウムに代表されるハロゲン化アルミニウム化合物類、1,2-ジクロロエタンやベンジルクロライドに代表されるハロゲン化有機化合物類、トリクロロボランに代表されるハロゲン化ボラン化合物類、五塩化リンに代表されるハロゲン化リン化合物類、六塩化タングステンに代表されるハロゲン化タングステン化合物類、五塩化モリブデンに代表されるハロゲン化モリブデン化合物類などを挙げることができる。これらの化合物は単独で用いるだけでなく、併用することもできる。この中で、四塩化ケイ素が好ましい。
成分(A)は、任意成分として電子供与体を含有していてもよい。代表的な例としては、特開2004-124090号公報に開示されている電子供与性化合物を挙げることができる。
電子供与性化合物としては、一般的には、有機酸及び無機酸並びにそれらの誘導体(エステル、酸無水物、酸ハライド、アミド)化合物類、エーテル化合物類、ケトン化合物類、アルデヒド化合物類、アルコール化合物類、アミン化合物類などを用いることが好ましい。
成分(A)を構成する各成分の使用量の量比は任意であるが、一般的には、次の範囲内が好ましい。
チタン化合物の使用量は、マグネシウム化合物の使用量に対してモル比(チタン化合物のモル数/マグネシウム化合物のモル数)で、好ましくは0.0001~1,000であり、より好ましくは0.01~10である。
マグネシウム化合物及びチタン化合物以外にハロゲン源となる化合物を使用する場合は、ハロゲン源となる化合物の使用量は、マグネシウム化合物及びチタン化合物の各々がハロゲンを含むか含まないかに関わらず、マグネシウム化合物の使用量に対してモル比(ハロゲン源となる化合物のモル数/マグネシウム化合物のモル数)で、好ましくは0.01~1,000であり、より好ましくは0.1~100である。
任意成分として電子供与体を用いる場合は、電子供与性化合物の使用量は、マグネシウム化合物の使用量に対してモル比(電子供与性化合物のモル数/マグネシウム化合物のモル数)で、好ましくは0.001~10であり、より好ましくは0.01~5である。
成分(A)の調製の際には、各成分の接触の中間段階及び最後の段階の任意の段階で、接触生成物を不活性溶媒で洗浄してもよい。好ましい不活性溶媒としては、ヘプタンなどの脂肪族炭化水素化合物、トルエンなどの芳香族炭化水素化合物、1,2-ジクロロエチレンやクロロベンゼンなどのハロゲン含有炭化水素化合物などを例示することができる。
成分(A)のハロゲン含量は、好ましくは55~65質量%以下である。
成分(A2):ビニルシラン化合物
成分(A3):アルコキシ基を有する有機ケイ素化合物及び二つのエーテル結合を有する化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物
成分(A4):有機アルミニウム化合物
ビニルシラン化合物としては、特開平3-234707号公報及び特開2003-292522号公報に開示されたビニルシラン化合物等を用いることができる。
ビニルシラン化合物としては、CH2=CH-SiMe3、[CH2=CH-]2SiMe2、CH2=CH-Si(Cl)Me2、CH2=CH-Si(Cl)2Me、CH2=CH-SiCl3、[CH2=CH-]2Si(Cl)Me、[CH2=CH-]2SiCl2、CH2=CH-Si(Ph)Me2、CH2=CH-Si(Ph)2Me、CH2=CH-SiPh3、[CH2=CH-]2Si(Ph)Me、[CH2=CH-]2SiPh2、CH2=CH-Si(H)Me2、CH2=CH-Si(H)2Me、CH2=CH-SiH3、[CH2=CH-]2Si(H)Me、[CH2=CH-]2SiH2、CH2=CH-SiEt3、CH2=CH-SiBu3、CH2=CH-Si(Ph)(H)Me、CH2=CH-Si(Cl)(H)Me、CH2=CH-Si(Me)2(OMe)、CH2=CH-Si(Me)2(OSiMe3)、CH2=CH-Si(Me)2-O-Si(Me)2-CH=CH2などを挙げることができる。なお、本明細書において、Meはメチル、Etはエチル、Prはプロピル、Buはブチル、Phはフェニル、c-Penはシクロペンチル、c-Hexはシクロヘキシルを表す。
これらのビニルシラン化合物類は、単独で用いるだけでなく、複数の化合物を併用することもできる。
成分(A3)のアルコキシ基を有する有機ケイ素化合物としては、t-Bu(Me)Si(OMe)2、t-Bu(Me)Si(OEt)2、t-Bu(Et)Si(OMe)2、t-Bu(n-Pr)Si(OMe)2、c-Hex(Me)Si(OMe)2、c-Hex(Et)Si(OMe)2、(c-Pen)2Si(OMe)2、(i-Pr)2Si(OMe)2、(i-Bu)2Si(OMe)2、i-Pr(i-Bu)Si(OMe)2、n-Pr(Me)Si(OMe)2、t-BuSi(OEt)3、(Et2N)2Si(OMe)2、Et2N-Si(OEt)3、下記式で表される化合物などが好ましい。
成分(A)に対して接触する任意成分として用いられる有機アルミニウム化合物としては、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリオクチルアルミニウム、ジエチルアルミニウムクロライド、エチルアルミニウムジクロライド、ジエチルアルミニウムエトキサイドなどを挙げることができる。この中で、トリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウムが好ましい。
有機アルミニウム化合物は単独の化合を用いるだけでなく、複数の化合物を併用することもできる。
この際、成分(A4)として用いられる有機アルミニウム化合物は、後述の成分(B)として用いられる有機アルミニウム化合物と同一であっても異なってもよい。
ビニルシラン化合物の使用量は、成分(A)を構成するチタン成分に対するモル比(ビニルシラン化合物のモル数/チタン原子のモル数)で、好ましくは0.001~1,000であり、より好ましくは0.01~100である。
成分(A3)としてアルコキシ基を有する有機ケイ素化合物を用いる場合、アルコキシ基を有する有機ケイ素化合物の使用量は、成分(A)を構成するチタン成分に対するモル比で(アルコキシ基を有する有機ケイ素化合物のモル数/チタン原子のモル数)で、好ましくは0.01~1,000であり、より好ましくは0.1~100である。
成分(A3)として二つのエーテル結合を有する化合物を用いる場合、二つのエーテル結合を有する化合物の使用量は、成分(A)を構成するチタン成分に対するモル比(二つのエーテル結合を有する化合物のモル数/チタン原子のモル数)で、好ましくは0.01~1,000であり、より好ましくは0.1~100である。
任意成分として有機アルミニウム化合物を用いる場合、有機アルミニウム化合物の使用量は、成分(A)を構成するチタン成分に対するアルミニウムのモル比(アルミニウム原子のモル数/チタン原子のモル数)で、好ましくは0.1~100であり、より好ましくは1~50である。
接触処理の際には、接触の中間段階及び最後の段階の任意の段階で、接触生成物を不活性溶媒で洗浄してもよい。好ましい不活性溶媒としては、ヘプタンなどの脂肪族炭化水素化合物、トルエンなどの芳香族炭化水素化合物、及び、1,2-ジクロロエチレンやクロロベンゼンなどのハロゲン含有炭化水素化合物などを例示することができる。
予備重合処理においては、必要に応じて後述の成分(C)と同様の有機ケイ素化合物を用いることもできる。有機ケイ素化合物は、有機アルミニウム化合物1モルに対して0.01~10モルの範囲で用いてもよい。
これらは単独のみならず、2種以上の混合物であってもよい。
予備重合は、一般的に撹拌下に行うことが好ましく、そのとき不活性溶媒を存在させることもできる。予備重合処理に用いられる不活性溶媒は、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン、ドデカン、流動パラフィン、シリコンオイル等である。
予備重合に際して生成するポリマーの分子量を調節するために水素等の分子調節剤を使用することもできる。
本発明に用いるプロピレン重合用触媒において成分(B)として用いられる有機アルミニウム化合物は、特開2004-124090号公報に開示された化合物等を用いることができる。
R11 3-sAlXs・・・(b)、または
R12 3-tAl(OR13)t・・・(c)
(ここで、R11およびR12は炭素数1~20の炭化水素基または水素原子であり、R13は炭化水素基であり、Xはハロゲンであり、sおよびtはそれぞれ0≦s<3、0<t<3である。)
成分(B)として用いられる有機アルミニウム化合物は単独の化合物を用いるだけでなく、複数の化合物を併用することもできる。
プロピレン重合用触媒において必要に応じて用いられる有機ケイ素化合物としては、特開2004-124090号公報に開示された化合物等を用いることができる。
好ましい有機ケイ酸エステルとしては、下記一般式(e)で表される有機ケイ素化合物である。
一般式R16 vR17 wSi(OR18)4-v-w・・・(e)
(ただし、R16は分岐を有する炭素数3~20、好ましくは3~10の脂肪族炭化水素残基、または炭素数5~20、好ましくは6~10の環状脂肪族炭化水素残基を、R17は炭素数1~20、好ましくは1~10の分岐または直鎖状の脂肪族炭化水素残基を、R18は炭素数1~10、好ましくは1~4の脂肪族炭化水素残基を、vは0≦v≦3、wは0≦w≦3でv+w≦3の数を、それぞれ示す)
なお、前記一般式(e)のR16はケイ素原子に隣接する炭素原子から分岐しているものが好ましい。
成分(C)として有機ケイ素化合物を用いる場合の使用量は、成分(A)を構成するチタン成分に対するモル比(有機ケイ素化合物のモル数/チタン原子のモル数)で、好ましくは0.1~10,000の範囲内であり、特に好ましくは0.5~500の範囲内が望ましい。
プロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマーの製造方法は、以下の工程i)および工程ii)を含む。
i)プロピレン重合用触媒の存在下、プロピレン、エチレン及び1-ブテンを気相重合する工程、
ii)エチレン含量が1.9~5.0質量%、1-ブテン含量が1.1~4.0質量%、エチレン、1-ブテン含量の総量が3.0~8.0質量%、1-ブテン/エチレン含量の質量比率が0.3~1.15、融点(Tm)が135~145℃、平均粒径が800μm以上のプロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマーパウダーを取り出す工程。
本発明によるプロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマーの製造は、気相重合法であることが望ましい。
気相重合反応器として、流動床式反応器、縦型撹拌反応器、内部に水平軸回りに回転する撹拌機を有する横型反応器(横型重合器)のいずれかを用いてもよい。
重合時に発生した重合熱の除熱は、供給する原料の液化プロピレンの蒸発熱を用いて行うことが、製造コストの低減の観点から好ましい。
プロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマーは、特定のエチレン含量、1-ブテン含量、並びにそれらの合計量及び比率を有するものである。これらの量、比率は、共重合時のプロピレン、エチレン及び1-ブテンのモノマー量/モノマー比率を調整することにより得ることができる。例えば、モノマーガスの組成は、エチレンのモル比とプロピレンのモル比と1-ブテンのモル比の合計を1としたとき、全モノマーガス(エチレン+プロピレン+1-ブテン)に対する、エチレンの割合は、下限値が好ましくは0.005mol比、より好ましくは0.007mol比、さらに好ましくは0.018mol比であり、上限値が好ましくは0.060mol比、より好ましくは0.040mol比、さらに好ましくは0.030mol比である。
全モノマーガスに対する、1-ブテンの割合は、下限値が好ましくは0.010mol比、より好ましくは0.014mol比、さらに好ましくは0.018mol比であり、上限値が好ましくは0.100mol比、より好ましくは0.085mol比、さらに好ましくは0.070mol比である。
また、製品のMFRを調整するために供給される水素の割合は、全モノマーガスに対して、下限値が好ましくは0.010mol比、より好ましくは0.023mol比であり、上限値が好ましくは0.100mol比、より好ましくは0.084mol比である。
具体的には、反応温度は好ましくは0℃以上、より好ましくは30℃以上、さらに好ましくは40℃以上であり、好ましくは100℃以下、より好ましくは90℃以下、さらに好ましくは80℃以下である。さらに、反応器が内部に水平軸回りに回転する撹拌機を有する横型重合器の場合には、反応器の上流末端を含む領域区分の反応温度(Tα)と下流末端を含む領域区分の反応温度(Tω)との温度差ΔT1(℃)(=Tω-Tα)が0.1~20℃であること、触媒供給部が含まれる領域区分の反応温度(Tx)と反応器内の混合ガスの露点(Tz)との温度差ΔT2(℃)(=Tx-Tz)が1~20℃であることが望ましい。
上記工程i)に続き、工程ii)を行う。工程ii)は、所定のプロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマーパウダーを取り出す工程である。このプロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマーパウダーは、エチレン含量が1.9~5.0質量%、1-ブテン含量が1.1~4.0質量%、エチレン、1-ブテン含量の総量が3.0~8.0質量%、1-ブテン/エチレン含量の質量比率が0.3~1.15、融点(Tm)が135~145℃、平均粒径が800μm以上である。
プロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマーパウダーを取り出す手段として、例えば、ブローケース等を挙げられる。このようにプロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマーパウダーを取り出すことにより、ヘキサン可溶分量と透明性のバランスの良い、共重合特性に優れ融点が低いプロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマーを得ることができる。
プロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマーのパウダー粒径が1000μm以上であると、重合時の運転安定性の観点から好ましく、プロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマーのパウダー粒径が1800μm以下であると、重合後に添加する種々の添加剤の分散性の観点から好ましい。
ポリマー粉体の平均粒子径は、固体触媒成分の粒子径や単位触媒当たりのプロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマーの重合量等によって制御ができる。固体触媒成分の粒子径が大きいほど、また単位触媒当たりのプロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマーの重合量(触媒活性)が大きいほど、ポリマー粉体の平均粒子径は大きくなる。
本発明における各物性値の測定方法を以下に示す。
a)MFR(単位:g/10分):
JIS-K6921の方法に従い、230℃、21.18Nの条件で測定した。
赤外線吸収スペクトル法により測定した。
セイコー社製示差走査熱量計(DSC)を用い、試料5.0mgを採り、200℃で5分間保持した後、40℃まで10℃/分の降温速度で結晶化させ、さらに10℃/分の昇温速度で融解させたときの融解ピーク温度をTmとした。
サンプルとして、FDA§177.1520(d)記載の厚みのフィルムを作成した上で、FDA§177.1520(d)(3)(ii)に記載の50℃ヘキサン可溶分量測定方法に準じて測定した。
ASTM-D1003に準拠して、無延伸フィルムのヘイズを測定した(単位:%)。
5mm×200mmのヒートシールバーを用い、無延伸フィルムの冷却ロール面同士を所定のヒートシール温度の設定において、ヒートシール圧力が2kg/cm2、ヒートシール時間が1秒の条件下でフィルムの溶融押出した方向(MD方向)に垂直になるようにシールした。得られた試料から15mm幅のサンプルを採り、ショッパー型試験機を用いて引張速度500mm/分にてMD方向に引き離し、その荷重を読みとった。荷重300gになるときの設定温度をヒートシール温度としてヒートシール性を評価した(単位:℃)。
レッチェテクノロジー社製の画像解析式粒度分布測定装置カムサイザーを使用して測定した。重合体パウダー30gを測定サンプルとし、装置上部のサンプルフィーダーより測定サンプルを少量ずつ自由落下させ、落下する測定サンプルをCCDカメラで連続的に撮影する。撮影した画像を解析することで測定サンプルの粒径を導くことができる。本装置付属のソフトウエアにより、解析方法の異なる数種の粒径をアウトプットとして得ることができるが、本発明では重合体パウダーの粒径として、Xc min[μm]を利用した。粒径が解析方法に依存するのは、重合体パウダーが完全な球形ではないことに由来する。
図1の配管7以降にあるパウダーサイロの重量測定機にて、単位時間あたりの生産量を測定し、単位時間あたりの触媒供給量で除した値を触媒活性とした。
本発明における触媒活性は、目標ポリマー組成到達後、運転時の生産量と触媒供給量から算出した。
[固体触媒成分の予備重合処理]
充分に窒素置換した撹拌装置を備えた容量3Lのオートクレーブに、固体触媒成分(A)(東邦チタニウム(株)より購入したTHC-C-125、チタン、マグネシウム及びハロゲンを必須成分とする固体触媒成分)90gに精製したn-ヘプタン1.5Lを加えた濃度が60g/Lのスラリーを導入した。次いでトリエチルアルミニウムを10g含む、トリエチルアルミニウムのn-ヘプタン希釈液をオートクレーブに導入した。
その後、270gのプロピレンを3時間かけて供給した。プロピレンの供給が終わった後、更に10分間反応を継続した。予備重合温度は、30℃とした。
得られたスラリーをオートクレーブから抜き出し、反応生成物を精製したn-ヘプタンで充分に洗浄した。次いで、真空乾燥を行って予備重合後の成分(A)を得た。
この予備重合後の成分(A)は、固体触媒成分1gあたり2.0gのポリプロピレンを含んでいた。
図1に模式的に示す攪拌羽根を有する横型重合器(横型反応器)を用いて、プロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマーの重合を行った。
横型重合器6(L/D=4.3、内容積100リットル)に、上記予備重合後の成分(A)0.29g/hを配管1よりフィードし、有機アルミニウム化合物(成分(B))としてトリエチルアルミニウムを予備重合後の成分(A)中のMgに対してAl/Mgモル比が10となるようにして、及び有機ケイ素化合物(成分(C))としてジイソプロピルジメトキシシランを成分(B)中のAlとの比(Al/Siモル比)が1.5になるようにして配管2より供給した。
反応温度は、重合反応器6を均等に3等分した容積ごとに上流側から58℃-61℃-64℃とした。
反応圧力1.90MPa、攪拌速度28rpmの条件を維持しながら、重合器内の気相中の水素濃度を表1に示した水素/(エチレン+プロピレン+1-ブテン)モル比に、エチレン濃度を表1に示したエチレン/(エチレン+プロピレン+1-ブテン)モル比に、1-ブテン濃度を表1に示した1-ブテン/(エチレン+プロピレン+1-ブテン)モル比に維持するように、水素ガス、エチレンを循環配管3より、1-ブテンを配管4より連続的に供給して、重合体のMFR、エチレン含量、1-ブテン含量を調節した。
重合器6から排出される未反応ガスは配管5を通して反応器系外で冷却、凝縮させて配管3より重合器6に還流した。
生成した重合体は、重合体の保有レベルが反応容積の50容量%となる様にブローケースを備えた配管7を通して重合器6から連続的に抜き出した。
この時のプロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマーの生産速度(生産レート)は10kg/hであり、1時間あたりの触媒フィード量(0.29g/h)及びプロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマーの生産速度(10kg/h)より求まるプロピレン重合用触媒の触媒活性は約34,000g/g-触媒であった。
得られたプロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマーのMFR、エチレン含量、1-ブテン含量、融点、50℃ノルマルヘキサン可溶分量、粒子径(パウダー粒径)を測定した。結果を表1に示す。
このプロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマー100質量部に、富士シリシア化学(株)製 サイリシア430を0.1質量部、日本精化(株)製 ニュートロン-S(脂肪酸モノアミド 別名:エルカ酸アミド)を0.08質量部を添加して、ヘンシェルミキサーにてブレンド後、35mmφ小型プラコーにて押出温度230℃、冷却ロール温度30℃、引取速度20m/分にて、厚み30μmの無延伸フィルムを成形した。得られた無延伸フィルムのヘイズ、ヒートシール温度を測定した。結果を表1に示す。
水素濃度、エチレン濃度、1-ブテン濃度を表1記載の条件に変更した以外は、実施例1と同様の条件にて運転をし、表1記載のプロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマー、及び、フィルム物性が得られた。このとき、実施例1のプロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマーと同等のヒートシール温度を得ることを目論んで、エチレン含量及び1-ブテン含量を変化させた。
表1よりわかるように、実施例2のプロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマーは、実施例1よりもフィルム成形後のヘイズの良化が確認された。
水素濃度、エチレン濃度、1-ブテン濃度を表1記載の条件に変更した以外は、実施例1と同様の条件にて運転をし、表1記載のプロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマー、及び、フィルム物性が得られた。このとき、実施例1のプロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマーと同等のヒートシール温度を得ることを目論んで、エチレン含量及び1-ブテン含量を変化させた。
表1よりわかるように、比較例1のプロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマーは、実施例1、2よりもフィルム成形後のヘイズが悪化したことが確認された。
水素濃度、エチレン濃度、1-ブテン濃度を表1記載の条件に変更した以外は、実施例1と同様の条件にて運転をし、表1記載のプロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマー、及び、フィルム物性が得られた。このとき、実施例1のプロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマーと同等のヒートシール温度を得ることを目論んで、エチレン含量及び1-ブテン含量を変化させた。
表1よりわかるように、比較例2のプロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマーは、実施例1、2よりもフィルム成形後のヘイズが悪化したことが確認された。
3 :原料混合ガス供給配管(循環配管)
4 :原料プロピレン、1-ブテン補給配管(配管)
5 :未反応ガス抜出し配管(配管)
6 :重合器(横型重合器)
7 :反応器下流末端(配管)
Claims (4)
- 下記の1)~5)の条件を満たすことを特徴とする、プロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマー。
1)エチレン含量が1.9~5.0質量%、1-ブテン含量が1.1~4.0質量%
2)エチレン、1-ブテン含量の総量が3.0~8.0質量%
3)1-ブテン/エチレン含量の質量比率が0.3~1.15
4)融点(Tm)が135~145℃
5)50℃ノルマルヘキサン可溶分量が0.1質量%以上、3.0質量%未満 - 6)230℃、21.18Nで測定されるMFRが0.1g/10分以上100g/10分以下である請求項1に記載のプロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマー。
- 前記プロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマーからなるフィルムを、ヒートシール圧力が2kg/cm2、ヒートシール時間が1秒、所定のシール温度の条件でヒートシールし、そのフィルムのヒートシール部をショッパー型試験機を用いて引張速度500mm/分にて引き離したときの荷重が300gになるヒートシール温度が120℃以上135℃以下である請求項1または2に記載のプロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマー。
- i)プロピレン重合用触媒の存在下、プロピレン、エチレン及び1-ブテンを気相重合する工程、及び
ii)エチレン含量が1.9~5.0質量%、1-ブテン含量が1.1~4.0質量%、エチレン、1-ブテン含量の総量が3.0~8.0質量%、1-ブテン/エチレン含量の質量比率が0.3~1.15、融点(Tm)が135~145℃、50℃ノルマルヘキサン可溶分量が0.1質量%以上、3.0質量%未満、平均粒径が800μm以上のプロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマーパウダーを取り出す工程、
を含むプロピレン・エチレン・1-ブテンターポリマーの製造方法。
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