JP7297366B2 - ポリプロピレン系複合材及びこの製造方法 - Google Patents
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Description
本出願は、2019年8月28日付韓国特許出願第2019-0105772号に基づく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含まれる。
(a)溶融指数(Melt Index、MI、190℃、2.16kg荷重条件)は10から100g/10分であり、(b)クロス分別クロマトグラフィ(Cross-Fractionation Chromatography、CFC)で測定した-20℃での可溶分画(Soluble Fraction、SF)は0.5から10重量%であり、前記可溶分画の重量平均分子量(Mw(SF))は22,000g/mol以上であり、(c)オレフィン系共重合体の重量平均分子量(Mw)と前記可溶分画の重量平均分子量(Mw(SF))の比率であるMw:Mw(SF)の値は0.9:1から2:1である。
R1は、水素;炭素数1から20のアルキル;炭素数2から20のアルケニル;炭素数1から20のアルコキシ;炭素数6から20のアリール;炭素数7から20のアリールアルコキシ;炭素数7から20のアルキルアリール;または炭素数7から20のアリールアルキルであり、
R2及びR3は、それぞれ独立して水素;ハロゲン;炭素数1から20のアルキル;炭素数2から20のアルケニル;炭素数7から20のアリールアルキル;炭素数1から20のアルキルアミド;または炭素数6から20のアリールアミドであり、
R4からR9は、それぞれ独立して水素;シリル;炭素数1から20のアルキル;炭素数2から20のアルケニル;炭素数6から20のアリール;炭素数7から20のアルキルアリール;炭素数7から20のアリールアルキル;または炭素数1から20のヒドロカルビルで置換された14族金属のメタロイド基であり、
前記R2からR9のうち互いに隣接する2つ以上は互いに連結されて環を形成してよく、
Qは、Si;C;N;P;またはSであり、
Mは、4族遷移金属であり、
X1及びX2は、それぞれ独立して水素;ハロゲン;炭素数1から20のアルキル;炭素数2から20のアルケニル;炭素数6から20のアリール;炭素数7から20のアルキルアリール;炭素数7から20のアリールアルキル;炭素数1から20のアルキルアミノ;または炭素数6から20のアリールアミノである。
通常、自動車バンパーなどの自動車用内外装材としてポリプロピレンが使用されており、ポリプロピレンの低い衝撃強度を補完するための衝撃補強材としてポリオレフィン系重合体が共に用いられている。この中でも、多様な使用環境による耐衝撃性、弾性率及び引張物性などの特性を示しながらも高い衝撃強度特性を有するようにするため低密度のポリオレフィン系重合体が使用されるが、この場合、むしろポリプロピレンの強度を低下させるという問題があった。
(a)溶融指数(Melt Index、MI、190℃、2.16kg荷重条件)は10から100g/10分であり、
(b)クロス分別クロマトグラフィ(Cross-Fractionation Chromatography、CFC)で測定した-20℃での可溶分画(Soluble Fraction、SF)は0.5から10重量%であり、前記可溶分画の重量平均分子量(Mw(SF))は22,000g/mol以上であり、
(c)オレフィン系共重合体の重量平均分子量(Mw)と前記可溶分画の重量平均分子量(Mw(SF))の比率であるMw:Mw(SF)の値は0.9:1から2:1である。
本発明のポリプロピレン系複合材において、前記「ポリプロピレン」は、具体的にポリプロピレン単独重合体であるか、またはプロピレンとアルファ-オレフィン系単量体との共重合体であってよく、この際、前記共重合体は、交互(alternating)またはランダム(random)、またはブロック(block)共重合体であってよい。但し、本発明で前記ポリプロピレンは、前記オレフィン重合体と重複され得るものは排除され、前記オレフィン重合体とは異なる化合物である。
本発明のポリプロピレン系複合材において、前記「オレフィン系共重合体」は、下記(a)から(c)の条件、具体的に溶融指数、-20℃での可溶分画の含量及び重量平均分子量、オレフィン系共重合体の重量平均分子量と前記可溶分画の重量平均分子量の比率に関する要件を同時に満たすものである。
(a)溶融指数(Melt Index、MI、190℃、2.16kg荷重条件)は10から100g/10分であり、
(b)クロス分別クロマトグラフィ(Cross-Fractionation Chromatography、CFC)で測定した-20℃での可溶分画(Soluble Fraction、SF)は0.5から10重量%であり、前記可溶分画の重量平均分子量(Mw(SF))は22,000g/mol以上であり、
(c)オレフィン系共重合体の重量平均分子量(Mw)と前記可溶分画の重量平均分子量(Mw(SF))の比率であるMw:Mw(SF)の値は0.9:1から2:1である。
本発明のポリプロピレン系複合材の製造方法は、(S1)ポリプロピレンを準備するステップ;(S2)下記化学式1で表される遷移金属化合物を含む触媒組成物の存在下で、水素を10から100cc/分で投入してオレフィン系単量体を重合するステップを含む方法によりオレフィン系共重合体を製造するステップ;及び(S3)前記ポリプロピレン及びオレフィン系共重合体を溶融混練するステップ;を含むことを特徴とする。
R1は、水素;炭素数1から20のアルキル;炭素数2から20のアルケニル;炭素数1から20のアルコキシ;炭素数6から20のアリール;炭素数7から20のアリールアルコキシ;炭素数7から20のアルキルアリール;または炭素数7から20のアリールアルキルであり、
R2及びR3は、それぞれ独立して水素;ハロゲン;炭素数1から20のアルキル;炭素数2から20のアルケニル;炭素数6から20のアリール;炭素数7から20のアリールアルキル;炭素数7から20のアルキルアリール;炭素数1から20のアルキルアミド;または炭素数6から20のアリールアミドであり、
R4からR9は、それぞれ独立して水素;シリル;炭素数1から20のアルキル;炭素数2から20のアルケニル;炭素数6から20のアリール;炭素数7から20のアルキルアリール;炭素数7から20のアリールアルキル;または炭素数1から20のヒドロカルビルで置換された14族金属のメタロイド基であり、
前記R2からR9のうち互いに隣接する2つ以上は互いに連結されて環を形成してよく、
Qは、Si;C;N;P;またはSであり、
Mは、4族遷移金属であり、
X1及びX2は、それぞれ独立して水素;ハロゲン;炭素数1から20のアルキル;炭素数2から20のアルケニル;炭素数6から20のアリール;炭素数7から20のアルキルアリール;炭素数7から20のアリールアルキル;炭素数1から20のアルキルアミノ;または炭素数6から20のアリールアミノである。
[化学式2]
-[Al(R10)-O]a-
[化学式3]
A(R10)3
[化学式4]
[L-H]+[W(D)4]-または[L]+[W(D)4]-
R10は、互いに同一であるか異なってよく、それぞれ独立してハロゲン、炭素数1から20のヒドロカルビル、及びハロゲンで置換された炭素数1から20のヒドロカルビルからなる群から選択され、
Aは、アルミニウムまたはホウ素であり、
Dは、それぞれ独立して1以上の水素原子が置換基で置換され得る炭素数6から20のアリールまたは炭素数1から20のアルキルであり、この際、前記置換基はハロゲン、炭素数1から20のヒドロカルビル、炭素数1から20のアルコキシ及び炭素数6から20のアリールオキシからなる群から選択される少なくともいずれか一つであり、
Hは、水素原子であり、
Lは、中性または陽イオン性ルイス酸であり、
Wは、13族元素であり、
aは、2以上の整数である。
実施合成例1
<リガンド化合物の製造>
N-tert-ブチル-1-(1,2-ジメチル-3H-ベンゾ[b]シクロペンタ[d]チオフェン-3-イル)-1,1-ジメチルシランアミン(N-tert-butyl-1-(1,2-dimethyl-3H-benzo[b]cyclopenta[d]thiophen-3-yl)-1,1-dimethylsilanamine)の合成
<リガンド化合物の製造>
N-tert-ブチル1-(1,2-ジメチル-3H-ベンゾ[b]シクロペンタ[d]チオフェン-3-イル)-1,1-(メチル)(フェニル)シランアミンの合成
250mlのシュレンクフラスコに、1,2-ジメチル-3H-ベンゾ[b]シクロペンタ[d]チオフェン10g(1.0eq、49.925mmol)とTHF100mlを入れ、n-BuLi22ml(1.1eq、54.918mmol、2.5M in ヘキサン)を-30℃で滴加した後、常温で3時間撹拌した。撹拌したLi-錯体 THF溶液をジクロロ(メチル)(フェニル)シラン8.1ml(1.0eq、49.925mmol)とTHF70mlが入ったシュレンクフラスコに-78℃でカニュレートした後、常温で一晩中撹拌した。撹拌後に真空乾燥した後、ヘキサン100mlで抽出した。
抽出したクロロ-1-(1,2-ジメチル-3H-ベンゾ[b]シクロペンタ[d]チオフェン-3-イル)-1,1-(メチル)(フェニル)シランヘキサン溶液100mlに、t-BuNH2 42ml(8eq、399.4mmol)を常温で投入した後、常温で一晩中撹拌した。撹拌後に真空乾燥した後、ヘキサン150mlで抽出した。溶媒乾燥後、黄色固体13.36g(68%、dr=1:1)を得た。
実施製造例1
1.5Lのオートクレーブ連続工程反応器にヘキサン溶媒(7kg/h)と1-ブテン(0.95kg/h)を満たした後、反応器上端の温度を141℃に予熱した。トリイソブチルアルミニウム化合物(0.05mmol/分)、触媒として前記実施合成例1で得た遷移金属化合物(0.17μmol/分)、及びジメチルアニリニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート助触媒(0.51μmol/分)を同時に反応器で投入した。次いで、前記オートクレーブ反応器の中にエチレン(0.87kg/h)水素ガス(12cc/分)を投入し、89barの圧力で連続工程で141℃で30分以上維持させて共重合反応を行って共重合体を得た。その後、12時間以上乾燥した後、物性を測定した。
下記表1に示したように反応条件を変更したことを除き、実施製造例1と同様の方法でオレフィン系共重合体を製造した。
Mitsui社のDF7350を購入して用いた。
Dow社のEG8137を購入して用いた。
比較製造例3は、実施合成例1の触媒を使用するが水素ガスを投入しないなど、物質の含量を下記表1のように変更し、比較製造例4は、比較合成例1の触媒を使用しながら他の物質の含量を下記表1のように変更したことを除き、実施製造例1と同様の方法で共重合体を製造した。
Dow社のEG8842を購入して用いた。
実験例1
前記実施製造例1及び2、比較製造例1から5のオレフィン系共重合体に対して、下記方法によって物性を評価して表2に示した。
ASTM D-792で測定した。
ASTM D-1238(条件E、190℃、2.16kg荷重)で測定した。
ゲル浸透クロマトグラフィ(GPC:gel permeation Chromatography)を用いて数平均分子量(Mn)及び重量平均分子量(Mw)をそれぞれ測定し、また、重量平均分子量を数平均分子量で除して分子量分布を計算した。このように測定した重量平均分子量(Mw)及び分子量分布(MWD)は、前記で製造した重合体全体の分画を対象にした値を示すものである。
-カラム:PL Olexis
-溶媒:TCB(トリクロロベンゼン;Trichlorobenzene)
-流速:1.0ml/分
-試料濃度:1.0mg/ml
-注入量:200ul
-カラム温度:160℃
-検出器(検出器(Detector)):Agilent High Temperature RI detector
-標準(Standard):ポリスチレン(Polystyrene)(3次関数で補正)
PerKinElmer社で製造した示差走査熱量計(DSC:Differential Scanning Calorimeter 6000)を用いて得た。すなわち、温度を200℃まで増加させた後、1分間その温度で維持し、その後で-100℃まで下げ、再び温度を増加させてDSC曲線の頂点を融点にした。このとき、温度の上昇と下降の速度は10℃/分であり、融点は二番目の温度が上昇する間に得られる。
測定装備は、PolymerChar社のCFCを用いた。先ず、o-ジクロロベンゼンを溶媒にして前記重合体溶液をCFC分析機内のオーブンで130℃で60分間完全に溶解した後、135℃に調整されたTREFカラムに導入し、95℃に冷却して45分間安定化させた。次いで、TREFカラムの温度を0.5℃/分の速度で-20℃まで冷却させた後、-20℃で10分間維持させた。その後、溶離量(質量%)を赤外線分光光度計を用いて測定した。次いで、事前に設定された温度までTREFカラムの温度上昇率20℃/分の速度で上昇させ、事前に設定された時間(すなわち、約27分)の間、到逹した温度で前記温度を維持させる作業をTREFの温度が130℃に至るまで繰り返し、それぞれの温度範囲の間に溶離された分画の量(質量%)を測定した。また各温度で溶離された分画をGPCカラムに送ってo-ジクロロベンゼンを溶媒として使用した点を除き、GPC測定原理と同様に重量平均分子量(Mw)を測定した。
溶離温度(Te)は、温度対溶離分画のグラフを描いたとき、-20℃以後に存在するピークで最高点に該当する温度を意味する。
可溶分画(SF)含量は、-20℃以下で溶出される分画の含量を意味し、可溶分画の重量平均分子量(Mw(SF))CFCのGPCカラムを用いて測定した。
Mw:Mw(SF)は、GPCで測定した重量平均分子量(Mw)とCFCで測定した可溶分画の重量平均分子量(Mw(SF))の比率で計算した。
前記実施製造例1で製造したオレフィン系共重合体20重量部に、溶融指数が30g/10分の高結晶性インパクトコポリマーポリプロピレン(CB5230、大林産業製)60重量部及びタルク(KCNAP-400TM、コーツ社)(平均粒径(D50)=11.0μm)20重量部を添加し、酸化防止剤としてAO1010を0.01重量部、トリス(2,4-ジ-tert-ブチルフェニル)ホスファイト(A0168)0.01重量部、スリップ剤としてCa-Stを0.3重量部添加した後、二軸押出機を用いて溶融混練してペレット状のポリプロピレン系複合材コンパウンド(compound)を製造した。このとき、前記二軸押出機は、直径が25Φ、直径と長さの比が40であり、バレル(barrel)温度160℃から210℃、スクリュー回転速度250rpm、押出量25kr/hr条件で設定した。
使用したオレフィン系共重合体の種類、各物質の含量を下記表のように変更したことを除き、実施例1と同様の方法でポリプロピレン系複合材を製造した。
前記実施例及び比較例のポリプロピレン系複合体を対象に射出機を用いて200℃の温度で射出成形で試片を製造し、恒温恒湿室で1日間放置した後、下記方法によって物性を測定した。
ASTM D-792で測定した。
ASTM D-1238(条件E、230℃、2.16kg荷重)によって測定した。
INSTRON3365装置を用いてASTM D638によって測定した。
INSTRON3365装置を用いてASTM D790によって測定した。
ASTM D256によって測定したが、低温衝撃強度は-30℃で12時間経過後の衝撃強度を測定し、常温衝撃強度は23℃で48時間経過後の衝撃強度を測定した。
Claims (10)
- ポリプロピレン;及び下記(a)から(c)の条件を満たすエチレン及び炭素数3から12のアルファ-オレフィン系共単量体の共重合体;を含むポリプロピレン系複合材:
(a)溶融指数(Melt Index、MI、190℃、2.16kg荷重条件)は10から100g/10分であり、
(b)クロス分別クロマトグラフィ(Cross-Fractionation Chromatography、CFC)で、オルトジクロロベンゼンを溶媒として測定した-20℃での可溶分画(Soluble Fraction、SF)は0.5から10重量%であり、前記可溶分画の重量平均分子量(Mw(SF))は22,000g/mol以上であり、
(c)共重合体の重量平均分子量(Mw)と前記可溶分画の重量平均分子量(Mw(SF))の比率であるMw:Mw(SF)の値は0.9:1から2:1である。 - 前記ポリプロピレンは、溶融指数(230℃、2.16kg荷重条件)が0.5から150g/10分のインパクトコポリマーである、請求項1に記載のポリプロピレン系複合材。
- 前記共重合体の重量平均分子量は、20,000から100,000g/molである、請求項1又は2に記載のポリプロピレン系複合材。
- 前記共重合体の分子量分布は1.5から3.0である、請求項1~3のいずれか一項に記載のポリプロピレン系複合材。
- 前記ポリプロピレン系複合材は、前記共重合体を5から70重量%含む、請求項1~4のいずれか一項に記載のポリプロピレン系複合材。
- (S1)ポリプロピレンを準備するステップ;
(S2)下記化学式1で表される遷移金属化合物を含む触媒組成物の存在下で、水素を10から100cc/分で投入してエチレン及び炭素数3から12のアルファ-オレフィン系単量体を重合するステップを含む方法により共重合体を製造するステップ;及び
(S3)前記ポリプロピレン及び共重合体を溶融混練するステップ;
を含む、請求項1~5のいずれか一項に記載のポリプロピレン系複合材の製造方法:
R1は、水素;炭素数1から20のアルキル;炭素数2から20のアルケニル;炭素数1から20のアルコキシ;炭素数6から20のアリール;炭素数7から20のアリールアルコキシ;炭素数7から20のアルキルアリール;または炭素数7から20のアリールアルキルであり、
R2及びR3は、それぞれ独立して水素;または炭素数1から20のアルキルであり、
R4からR9は、それぞれ独立して水素;シリル;炭素数1から20のアルキル;炭素数2から20のアルケニル;炭素数6から20のアリール;炭素数7から20のアルキルアリール;炭素数7から20のアリールアルキル;または炭素数1から20のヒドロカルビルで置換された14族金属のメタロイド基であり、
前記R2からR9のうち互いに隣接する2つ以上は互いに連結されて環を形成してよく、
Qは、Si;またはCであり、
Mは、4族遷移金属であり、
X1及びX2は、それぞれ独立して水素;ハロゲン;炭素数1から20のアルキル;炭素数2から20のアルケニル;炭素数6から20のアリール;炭素数7から20のアルキルアリール;炭素数7から20のアリールアルキル;炭素数1から20のアルキルアミノ;または炭素数6から20のアリールアミノである。 - 前記R1は、水素;炭素数1から20のアルキル;炭素数1から20のアルコキシ;炭素数6から20のアリール;炭素数7から20のアリールアルコキシ;炭素数7から20のアルキルアリール;または炭素数7から20のアリールアルキルであり、
前記R2及びR3は、それぞれ独立して水素;または炭素数1から20のアルキルであり、
前記R4からR9は、それぞれ独立して水素;炭素数1から20のアルキル;炭素数6から20のアリール;炭素数7から20のアルキルアリール;または炭素数7から20のアリールアルキルであり、
前記R2からR9のうち互いに隣接する2つ以上は互いに連結されて炭素数5から20の脂肪族環または炭素数6から20の芳香族環を形成してよく、
前記脂肪族環または芳香族環は、ハロゲン、炭素数1から20のアルキル、炭素数2から20のアルケニル、または炭素数6から20のアリールで置換されてよく、
前記Qは、Si;またはCである、請求項6に記載のポリプロピレン系複合材の製造方法。 - 前記R1は、炭素数1から20のアルキル;炭素数6から20のアリール;炭素数7から20のアリールアルコキシ;または炭素数7から20のアリールアルキルであり、
前記R2及びR3は、それぞれ独立して水素;または炭素数1から20のアルキルであり、
前記R4からR9は、それぞれ独立して水素;炭素数1から20のアルキル;または炭素数6から20のアリールであり、
前記QはSiである、請求項6又は7に記載のポリプロピレン系複合材の製造方法。 - 前記重合は、50から200℃で行われるものである、請求項6~9のいずれか一項に記載のポリプロピレン系複合材の製造方法。
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