JPH06100627A - エチレンのエラストマー共重合体 - Google Patents
エチレンのエラストマー共重合体Info
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Abstract
ンのエラストマー共重合体を提供する。 【構成】 (a)エチレン 60−90モル%、(b)α−オ
レフィン CH2=CHR (ここで、Rは炭素数2−6のアルキル基である)1−
30モル%及び(c)プロピレン0−20モル%を含有して
なる(ただし、成分(a)、(b)及び(c)の百分率の
合計は100である)。
Description
エラストマー共重合体に係る。さらに詳述すれば、本発
明は、エチレン、炭素数4−8のα−オレフィン及び必
要であればプロピレンを含有してなり、未加工生成物の
衝撃強さが大きいことによって特徴づけられるエラスト
マー共重合体に係る。エチレンとα−オレフィンとの共
重合体の機械特性は、使用するα−オレフィンの種類及
び重合法に左右されることは公知である(たとえばEncy
clopedia ofPolymer Science and Technology,Vol.
6,p354−357参照)。チーグラー−ナッタ触媒を使用
する溶液重合法又は懸濁重合法によって工業的に製造さ
れるエチレン−プロピレンエラストマーは当分野で公知
である。これらの共重合体は、主として硬化(加硫)最
終生成物の製造に使用される。従って、未加工生成物の
機械特性はそこそこ重要であり、一方、混合物のレオロ
ジー特性及び酸化に対する抵抗性は必須である。しかし
ながら、いくつかの特殊な用途に関しては、特別な変換
技術のため、未加工生成物が高い衝撃強さを有すること
が要求される(たとえば電気ケーブルのライニングの場
合)。これらの場合、未加工生成物が大きい最大引張応
力を有することを保証するため、高エチレン含量のエチ
レン/プロピレン共重合体を使用できる。しかしなが
ら、これらの重合体の使用は、公知のようにエチレン/
プロピレンの比が増大するにつれて弾性特性が劣化する
ため制限される。
チレン及び1−ブテンを重合させることにより得られた
優れたワーカビリティー及び耐衝撃性を有する共重合体
が開示されている。これらの生成物は、チタン塩を含有
する担持触媒を使用して得られ、エチレン含量1−15モ
ル%を有する。発明者らは、驚くべきことには、エチレ
ン、α−オレフィン CH2=CHR (ここで、Rは炭素数2−6のアルキル基である)、及
び必要であればプロピレンを含有してなり、かつ高エチ
レン含量を有するエラストマー共重合体は、未加工生成
物の衝撃強さとエチレン/プロピレン共重合体に関する
弾性特性とが良好に均衡していることを特徴とするもの
であるとの知見を得た。特に、これらの共重合体は、未
加工生成物の最大引張応力が10ないし200Kg/cm2である
ことによって特徴づけられる。従って、本発明は、
(a)エチレン 60−90モル%、(b)α−オレフィン CH2=CHR (ここで、Rは炭素数2−6のアルキル基である)1−
30モル%及び(c)プロピレン0−20モル%を含有し
(ただし、成分(a)、(b)及び(c)の百分率の合計
は100である)、未加工生成物の最大引張応力10ないし2
00Kg/cm2を有することを特徴とするエチレンのエラス
トマー共重合体に係る。
が炭素数2−4の直鎖状アルキル基であるものを使用す
ることが好ましく、特に1−ブテンが好適である。本発
明のエラストマー共重合体の中では、(a)エチレン 75
−85モル%、(b)α−オレフィン CH2=CHR (ここでRは炭素数2−6のアルキル基である)5−25
モル%及び(c)プロピレン0−12モル%を含有する
(ただし、成分(a)、(b)及び(c)の百分率の合計
は100である)ものを使用することが好ましい。プロピ
レンが存在する場合、α−オレフィン/プロピレンのモ
ル比の値は好ましくは0.3ないし3.5であり、さらに好ま
しくは1ないし2である。本発明の共重合体は、(i)
1以上のバナジウム化合物、(ii)1以上の有機アルミ
ニウム化合物及び必要であれば(iii)活性化剤を含有
する触媒系を使用して有利に調製される。これらの触媒
系は当分野で公知であり、一般に、エチレン−プロピレ
ンエラストマー共重合体及びエチレン−プロピレン−ジ
エン三元共重合体の製造に使用されている。これら触媒
系は、たとえばEncyclopedia of polymer science and
engineering,Vol.6,p545−548又は英国特許第1,27
7,629号、同第1,277,353号、同第1,519,472号又はイタ
リー国特許出願第25635A/69に開示されている。成分
(i)は、ハロゲン化物、アルコラート及びアセチルア
セトネートの中から選ばれるバナジウム又はバナジルの
3価、4価又は5価化合物である。別法としては、金属
との間で1以上の結合を形成し得る結合剤とのバナジウ
ム又はバナジルの錯化合物が使用される。
ジウム化合物の例としては、四塩化バナジウム、三塩化
バナジウム、バナジルトリイソプロピレート、バナジウ
ムトリアセチルアセトネート、三塩化バナジル、テトラ
ヒドロフラン3分子で錯化した三塩化バナジウムがあ
る。成分(i)は好ましくはバナジウムトリアセチルア
セトネートである。成分(ii)は、通常、トリアルキル
アルミニウム、アルミニウムジアルキルハロゲン化物又
はアルミニウムアルキルジハロゲン化物(ここで、アル
キル基は同一又は異なるものであって、炭素数1−18を
有するものであり、一方、ハロゲンは通常塩素又は臭素
である)である。本発明の共重合体の調製に使用される
有機金属化合物の例としては、トリエチルアルミニウ
ム、トリイソブチルアルミニウム、アルミニウムジエチ
ルモノクロリド、アルミニウムセスキクロリド、アルミ
ニウムモノエチルジクロリド、トリヘキシルアルミニウ
ム、トリオクチルアルミニウムがある。成分(ii)は好
ましくはアルミニウムジアルキルハロゲン化物(特にア
ルミニウムジエチルモノクロリド)である。重合反応の
間、バナジウムは有機金属化合物との相互作用によって
徐々に不活性となり、その結果、その性能が低下する。
この欠点を回避するため、通常、酸化によって遷移金属
を脱活性化させ得る他の成分(iii)を触媒に添加する
(Encyclopedia of polymer science and engineerin
g,Vol.6,p548参照)。この目的に関して、当分野で
は各種の活性剤が知られており、中でもハロゲン化エス
テル(たとえばエチルトリクロロアセテート、n−ブチ
ルペルクロロクロトネート、ジエチルジクロロマロネー
ト、プロピルトリクロロアセテート、n−ブチルトリク
ロロアセテート、エチルジクロロフェニルアセテート)
が特に好適である。成分(iii)は好ましくはn−ブチ
ルペルクロロクロトネートである。
3ないし200、好ましくは30ないし60であり、一方、成
分(iii)/バナジウムのモル比の値は一般に0ないし3
0、好ましくは3ないし6である。触媒系の各成分は、
単独生成物により又は数種の物質の混合物で構成され、
それぞれ別個に反応器に供給され、あるいは予め混合し
た後供給される。触媒系の成分は別々に供給され、又は
各種の組合せで予め混合される。たとえば、成分(i)
を初めに供給し、ついで成分(ii)及び(iii)の混合
物を供給できる。好適な方法の1つは、成分(i)及び
(iii)でなる混合物を反応器に導入し、ついで成分(i
i)を導入するものである。重合反応は、溶液中及び懸
濁液中の液相で行われる。溶液重合では、重合体を溶解
でき、かつ触媒系に対して化学的に不活性な溶媒又は溶
媒の混合物を使用する必要がある。溶媒の選択は重合反
応の間の操作条件(従って、溶媒の沸点及び蒸気圧)に
関連する。本発明の共重合体の調製で使用される溶媒の
例としては、ヘキサン、ヘプタン、トルエン、キシレン
及びこれらの混合物がある。重合反応は、重合体が基本
的に不溶であるか、又は膨潤する傾向がある液体を反応
媒体として使用すると共に懸濁剤を使用して、懸濁液中
でも行われる。この懸濁剤は、重合反応に関して選択さ
れた温度及び圧力条件下で液状の1以上の物質でなる。
この目的に関しては、プロピレン(反応条件下において
液状であり、他の単量体が溶解する)を使用できる。他
のものとしては、たとえばプロパン、ブタン、ペンタン
及びこれらの異性体がある。重合反応の温度は特に触媒
成分の組合せに左右されるが、一般に0ないし60℃、好
ましくは20ないし40℃である。接触時間は15分ないし4
時間、好ましくは25分ないし1時間である。総圧力は温
度及び液相の組成に明らかに左右され、一般に5ないし
50バール、好ましくは5ないし30バールである。後述の
実施例及び図面は本発明をさらに説明するためのもので
あり、本発明を限定するものではない。
て共重合体の調製を行った。初めに、ヘキサン中にトリ
イソブチルアルミニウム5%を含有するプロピレンをオ
ートクレーブに充填し、ついで新たなプロピレンを充填
する。室温で液状単量体(プロピレン及び/又は1−ブ
テン)を供給し、ついでオートクレーブを重合反応温度
とし、予め設定した比率の水素(重合体の分子量の調節
剤として作用する)及びエチレンをインレットパイプを
介して導入する。反応をコントロール下に維持するた
め、テスト中、(1)トルエン中にバナジウムトリアセ
チルアセトネート及びn−ブチルペルクロロクロトネー
ト(活性剤)を含有するもの及び(2)ヘキサン中にア
ルミニウムジエチルモノクロリド(DEAC)を含有する溶
液を収容する2つの別個のディストリビューターを使用
して少量の触媒系を供給する。反応中、シリンダーから
制御した量のエチレンを供給することにより、オートク
レーブの圧力を一定に維持する。反応終了時、残留する
単量体を脱気し、オートクレーブを空にする。このよう
にして得られた共重合体をカレンダー内で最後に均質化
する。共重合体の特性表示 上述の重合反応から直接得られたままの未加工(生の)
共重合体について以下の測定を行った。 −IRによるプロピレン含量:厚さ0.2mmの薄い膜状の共
重合体について、FTIR分光光度計により当該分析を行
う。波長4390cm-1及び4255cm-1における吸光度の間の比
を測定し、標準の共重合体に関する校正曲線を使用する
ことによってプロピレン含量を決定する。 −IRによる1−ブテン含量:上述のものと同じサンプル
を使用し、788ないし754cm-1の間の吸収面積及び波長43
20cm-1における吸光度を測定し、関連する文献に示され
ている吸光係数を使用することによって1−ブテン含量
を得る。 −固有粘度:オルトジクロロベンゼン中、135℃で測定
を行う。溶媒及び溶液の落下時間を、Ubbelhode粘度計
を使用してテストに供する共重合体の濃度を上昇させな
がら測定する。減少する粘度及び濃度ゼロの粘度の補外
によって固有粘度の値を求める。 −組成分布:共重合体6gを、下記の表1に従い、増大
する溶媒能力を有する液を使用し、各種の期間での連続
する6回の抽出処理により分別する。
理し、ついで室温で8時間静置する。浮遊する残渣を濾
過によって分離し、その中に含有される共重合体フラク
ションを、溶媒の蒸発(抽出処理1及び3)又は過剰の
メタノールでの凝結(抽出処理4ないし6)によって分
離し、ついで、乾燥させ、分析する。抽出残渣について
は、同様にして、次の溶媒によって処理する。 −ムーニー粘度1+4(ML1+4):ASTM D1646−68の
方法により121℃で測定する。 −分子量分布:オルトジクロロベンゼン中におけるゲル
浸透クロマトグラフィーにより135℃で測定する。分子
量を算定するために使用する校正曲線は、ポリスチレン
の標準単分散サンプルを使用し、線状ポリエチレン及び
ポリプロピレンに有効なMark−Houwink式を適用するこ
とによって得られるものである。分子量はSholte式によ
って組成に関連して調整される(Th.G.Sholte,N.
L.J.Meijerinkら、J.Appl.Polym.Sci.,1984,2
9,p3763−3782参照)。 −引張テスト:未加工共重合体の応力ひずみ曲線を、15
0℃及び180気圧での圧縮成形によって得た厚さ4mmの共
重合体プレートから得たリング状テストサンプル(外径
52.6mm、内径44.6mm)を使用し、動粘度計Amslerによ
り、温度23℃、応力速度50cm/分において得る。上述の
如くその特性を測定した同じ共重合体を、プレートプレ
スにおいて、温度170℃、0.5時間で加硫する。ロールミ
キサーで調製した加硫混合物は次の組成を有する。 共重合体 100(重量部) FEFカーボンブラック 55 ZnO 5 パラフィン油 30 イオウ 0.37 Peroximon F40 5 Peroximon F40は、40重量%でエチレン/プロピレン共
重合体(ビヒクルとして)と混合したビス(第3級ブチ
ル−ペルオキシイソプロピル−ベンゼン)でなる。ASTM
D1646−68に従い、この混合物について121℃でムーニ
ー粘度の測定を行う。一方、Mansantoバルカノメーター
によって加硫の速度を測定する。加硫共重合体につい
て、下記の物理的−機械的測定によってその特性を分析
する。 −引張テスト:ASTM D412−87に従って応力ひずみ曲線
を得る。 −永久伸び:ASTM D412−68に従って測定する。 −ショア硬さ:ASTM D2240−68に従って測定する。
調製した。合成反応条件を表2に示す。分析データ及び
物理的−機械的特性を表3に示す。
調製した。合成反応条件を表4に示す。分析データ及び
物理的−機械的特性を表5に示す。
溶媒での分別によって組成分布を測定した。結果を表6
に示す。同様のMwを有するが、1−ブテン含量が異な
り、従って機械特性が異なる2つの共重合体を選択して
これらのデータを比較すると、1−ブテンが31重量%か
ら41重量%となると、組成分布が狭くなることが理解さ
れる。
ン三元共重合体を調製した。合成反応条件を表7に示
す。分析データ及び物理的−機械的特性を表8に示す。
9)及びエチレン/1−ブテン共重合体(+:例10−2
0)について、エチレン含量(モルフラクション×100と
して表示)に関する未加工生成物の最大引張応力(Kg/
cm2で表示)を示す。図2は、エチレン/プロピレン共
重合体(点線:例7)及びエチレン/1−ブテン共重合
体(実線:例17)に関する未加工生成物の応力ひずみ曲
線の比較を示す。図1及び2について検討すれば、1−
ブテンとの共重合体は相当するエチレン/プロピレン共
重合体よりも抵抗性であることが明らかである。図1に
おいて2つの曲線がほぼ平行に進行していることは、1
−ブテン含量が基本的にはプロピレンと同程度で重合体
の機械特性に影響を及ぼすことを表している。さらに、
1−ブテンとの共重合体は、低いエチレン含量ではあっ
ても緊張に対して抵抗性となる傾向があり、これに対
し、エチレン/プロピレン共重合体では、かかる現象は
高エチレン含量のものについてのみ生ずることも観察さ
れる。加硫の間における共重合体の挙動の比較 上述の標準混合物における共重合体の加硫を、Monsanto
レオメーター上で検討した。得られた結果の比較から、
等しいモル組成を有する場合、1−ブテンとの共重合体
はエチレン/プロピレン共重合体のものと非常に類似し
た架橋速度を有することが明らかであった。加硫生成物の機械特性の比較 表3、表5及び表8に示すデータの比較から、本発明の
1−ブテンとの共重合体によって与えられた最大引張応
力は、加硫後であっても、エチレン/プロピレン共重合
体のものよりも大きく、一方、伸びは小さいことが観察
される。図3は、エチレン/プロピレン共重合体(□:
例1−9)及びエチレン/1−ブテン共重合体(+:例
10−20)について、エチレン含量(モルフラクション×
100として表示)に関する永久伸び(200%)の値を示
す。図3を検討すると、弾性特性は、エチレン含量が80
モル%より小であるエチレン/プロピレン共重合体につ
いてわずかに良好であり、エチレン/プロピレン共重合
体の弾性性能は、高エチレン含量では急激に劣化し、一
方、エチレン/1−ブテン共重合体では、永久引張応力
は許容範囲内にあることが観察される。
1−ブテン共重合体におけるエチレン含量と未加工生成
物の最大引張応力の関係を示すグラフである。
1−ブテン共重合体の応力ひずみ曲線を示すグラフであ
る。
1−ブテン共重合体におけるエチレン含量と永久伸びの
関係を示すグラフである。
エラストマー共重合体に係る。さらに詳述すれば、本発
明は、エチレン、炭素数4−8のα−オレフィン及び必
要であればプロピレンを含有してなり、未加工生成物の
靭性が大きいことによって特徴づけられるエラストマー
共重合体に係る。エチレンとα−オレフィンとの共重合
体の機械特性は、使用するα−オレフィンの種類及び重
合法に左右されることは公知である(たとえばEncyclop
edia ofPolymer Science and Technology,Vol.6,p
354−357参照)。チーグラー−ナッタ触媒を使用する溶
液重合法又は懸濁重合法によって工業的に製造されるエ
チレン−プロピレンエラストマーは当分野で公知であ
る。これらの共重合体は、主として硬化(加硫)最終生
成物の製造に使用される。従って、未加工生成物の機械
特性はそこそこ重要であり、一方、混合物のレオロジー
特性及び酸化に対する抵抗性は必須である。しかしなが
ら、いくつかの特殊な用途に関しては、特別な変換技術
のため、未加工生成物が高い靭性を有することが要求さ
れる(たとえば電気ケーブルのライニングの場合)。こ
れらの場合、未加工生成物が大きい最大引張応力を有す
ることを保証するため、高エチレン含量のエチレン/プ
ロピレン共重合体を使用できる。しかしながら、これら
の重合体の使用は、公知のようにエチレン/プロピレン
の比が増大するにつれて弾性特性が劣化するため制限さ
れる。
チレン及び1−ブテンを重合させることにより得られた
優れたワーカビリティー及び耐衝撃性を有する共重合体
が開示されている。これらの生成物は、チタン塩を含有
する担持触媒を使用して得られ、エチレン含量1−15モ
ル%を有する。発明者らは、驚くべきことには、エチレ
ン、α−オレフィン CH2=CHR (ここで、Rは炭素数2−6のアルキル基である)、及
び必要であればプロピレンを含有してなり、かつ高エチ
レン含量を有するエラストマー共重合体は、未加工生成
物の靭性とエチレン/プロピレン共重合体に関する弾性
特性とが良好に均衡していることを特徴とするものであ
るとの知見を得た。特に、これらの共重合体は、未加工
生成物の最大引張応力が10ないし200Kg/cm2であること
によって特徴づけられる。従って、本発明は、(a)エ
チレン 60−90モル%、(b)α−オレフィン CH2=CHR (ここで、Rは炭素数2−6のアルキル基である)1−
30モル%及び(c)プロピレン0−20モル%を含有し
(ただし、成分(a)、(b)及び(c)の百分率の合計
は100である)、未加工生成物の最大引張応力10ないし2
00Kg/cm2を有することを特徴とするエチレンのエラス
トマー共重合体に係る。
Claims (21)
- 【請求項1】(a)エチレン 60−90モル%、(b)α−
オレフィン CH2=CHR (ここで、Rは炭素数2−6のアルキル基である)1−
30モル%及び(c)プロピレン0−20モル%を含有し
(ただし、成分(a)、(b)及び(c)の百分率の合計
は100である)、未加工生成物の最大引張応力10ないし20
0Kg/cm2を有することを特徴とする、エチレンのエラス
トマー共重合体。 - 【請求項2】請求項1記載のものにおいて、(a)エチ
レン75−85モル%、(b)α−オレフィン CH2=CHR (ここでRは炭素数2−6のアルキル基である)5−25
モル%及び(c)プロピレン0−12モル%を含有する
(ただし、成分(a)、(b)及び(c)の百分率の合計
は100である)、エチレンのエラストマー共重合体。 - 【請求項3】請求項1又は2記載のものにおいて、前記
α−オレフィンが1−ブテンである、エチレンのエラス
トマー共重合体。 - 【請求項4】請求項1−3のいずれか1項記載のものに
おいて、α−オレフィン/プロピレンのモル比の値が0.
3ないし3.5である、エチレンのエラストマー共重合体。 - 【請求項5】請求項4記載のものにおいて、α−オレフ
ィン/プロピレンのモル比の値が1ないし2である、エ
チレンのエラストマー共重合体。 - 【請求項6】請求項1−5のいずれか1項記載のものに
おいて、(i)1以上のバナジウム化合物、(ii)1以上
の有機アルミニウム化合物及び必要であれば(iii)活
性化剤を含有する触媒系を使用する液相での重合反応に
よって調製されたものである、エチレンのエラストマー
共重合体。 - 【請求項7】請求項6記載のものにおいて、前記触媒系
における成分(i)が、ハロゲン化物、アルコラート及
びアセチルアセトネートの中から選ばれるバナジウム又
はバナジルの3価、4価又は5価化合物、又は金属との
間で1以上の結合を形成し得る結合剤とのバナジウム又
はバナジルの錯化合物である、エチレンのエラストマー
共重合体。 - 【請求項8】請求項7記載のものにおいて、前記触媒系
の成分(i)が、四塩化バナジウム、三塩化バナジウ
ム、バナジルトリイソプロピレート、バナジウムトリア
セチルアセトネート、三塩化バナジル、テトラヒドロフ
ラン3分子で錯化した三塩化バナジウムの中から選ばれ
るものである、エチレンのエラストマー共重合体。 - 【請求項9】請求項8記載のものにおいて、前記成分
(i)がバナジウムトリアセチルアセトネートである、
エチレンのエラストマー共重合体。 - 【請求項10】請求項6記載のものにおいて、前記触媒
系の成分(ii)が、トリアルキルアルミニウム、アルミ
ニウムジアルキルハロゲン化物又はアルミニウムアルキ
ルジハロゲン化物(ここで、アルキル基は同一又は異な
るものであって、炭素数1−18を有するものである)で
ある、エチレンのエラストマー共重合体。 - 【請求項11】請求項10記載のものにおいて、前記触媒
系の成分(ii)が、トリエチルアルミニウム、トリイソ
ブチルアルミニウム、アルミニウムジエチルモノクロリ
ド、アルミニウムセスキクロリド、アルミニウムモノエ
チルジクロリド、トリヘキシルアルミニウム、トリオク
チルアルミニウムの中から選ばれるものである、エチレ
ンのエラストマー共重合体。 - 【請求項12】請求項11記載のものにおいて、前記成分
(ii)がアルミニウムジエチルモノクロリドである、エ
チレンのエラストマー共重合体。 - 【請求項13】請求項6記載のものにおいて、前記触媒
系の成分(iii)がハロゲン化エステルである、エチレ
ンのエラストマー共重合体。 - 【請求項14】請求項13記載のものにおいて、前記触媒
系の成分(iii)が、エチルトリクロロアセテート、n
−ブチルペルクロロクロトネート、ジエチルジクロロマ
ロネート、プロピルトリクロロアセテート、n−ブチル
トリクロロアセテート、エチルジクロロフェニルアセテ
ートの中から選ばれるものである、エチレンのエラスト
マー共重合体。 - 【請求項15】請求項14記載のものにおいて、前記触媒
系の成分(iii)がn−ブチルペルクロロクロトネート
である、エチレンのエラストマー共重合体。 - 【請求項16】請求項6−15のいずれか1項記載のもの
において、アルミニウム/バナジウムのモル比の値が3
ないし200である、エチレンのエラストマー共重合体。 - 【請求項17】請求項16記載のものにおいて、アルミニ
ウム/バナジウムのモル比の値が30ないし60である、エ
チレンのエラストマー共重合体。 - 【請求項18】請求項6−15のいずれか1項記載のもの
において、成分(iii)/バナジウムのモル比の値が0な
いし30である、エチレンのエラストマー共重合体。 - 【請求項19】請求項18記載のものにおいて、成分(ii
i)/バナジウムのモル比の値が3ないし6である、エチ
レンのエラストマー共重合体。 - 【請求項20】請求項6−19のいずれか1項記載のもの
において、前記重合反応を温度0−60℃で行う、エチレ
ンのエラストマー共重合体。 - 【請求項21】請求項20記載のものにおいて、前記重合
反応を温度20−40℃で行う、エチレンのエラストマー共
重合体。
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