JPH11246716A - 高溶融強度プロピレンポリマ―材料から良好な低温靭性を有する発泡製品を製造する方法 - Google Patents
高溶融強度プロピレンポリマ―材料から良好な低温靭性を有する発泡製品を製造する方法Info
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Abstract
レンの発泡製品を提供する。 【解決手段】発泡製品は、(1)(a)プロピレン、エ
チレン及びブテン−1のターポリマー、(b)(i)約
31%〜約39%のプロピレンとエチレンとのコポリマ
ー、及び(ii)約58%〜約72%のプロピレン、エ
チレン及びブテン−1のターポリマーから成るポリオレ
フィン組成物、並びに(c)(i)約30%〜約65%
のプロピレンとブテン−1とのコポリマー、及び(i
i)約35%〜約70%のプロピレンとエチレンとのコ
ポリマーとから成るポリオレフィン組成物から成る群か
ら選ばれたプロピレンポリマー材料を照射する工程、及
び、(2)照射したプロピレンポリマー材料を、ダイを
通して、物理的膨張剤とセル核生成剤の存在において押
出し、プロピレンポリマー材料の初期密度より少なくと
も10倍少ない密度の構造体を形成する工程によって造ら
れる。発泡製品は、通常のプロピレンポリマーと比較し
て、改善された柔軟性と低温靭性を示す。
Description
レンポリマー材料から発泡製品を製造する方法に関す
る。
性ポリマーは、例えば、(1)高温供給環境での柔軟性
パイプ断熱材、(2)柔らかい感触が重要な要素であ
る、自動車の内装部材、例えば、インスツルメントパネ
ル用の熱可塑性オレフィンスキン/フォームシステム及
び/又はドアパネル、及びフォーム及びカーペットがラ
ミネートされ、熱成形されて複合構造として造られた内
部ルーフライナー及びトランクライナーとしての用途、
及び(3)衝撃吸収性が望まれる押出しビーズ用途、例
えば、自動車のエネルギー吸収材(外部バンパー、内部
ピラークッション、及び側面衝撃パネル)、感応電子機
器の包装、及びフロテーション装置への用途に望まし
い。低密度ポリエチレン樹脂は、現在、柔軟性パイプ断
熱材市場の主流を占めているが、工業的及び自動車の断
熱用途での使用において必要とされる熱安定性に欠けて
いる。
点と化学的不活性の故に好ましいものである。通常のプ
ロピレンポリマーを照射して造られる高溶融強度プロピ
レンポリマー材料は、発泡製品を製造するのに使用され
ている。例えば、溶融ポリマーを発泡剤で膨張させて発
泡製品を造る為の、照射された高溶融強度プロピレンポ
リマー材料の使用は、米国特許第4,916,198号
明細書に開示されている。クロロフルオロカーボン発泡
剤と核生成剤の存在において、ダイを通して、照射され
た高溶融強度ポリオレフィン組成物を押出して造られる
発泡体は、米国特許第5,414,027号明細書に開
示されている。照射された高溶融強度プロピレンポリマ
ー材料から造られた予備発泡ビーズを焼成による熱成形
に掛けて、発泡プロピレンポリマー製品を造る方法は、
米国特許第5,324,753号明細書及び第5,33
8,764号明細書に開示されている。
方法で造られた発泡、照射プロピレンポリマー材料の性
質、特に靭性は、−20℃程度の低温には不適切である。
(1)(a)プロピレン、エチレン及びブテン−1との
ターポリマーであって、約85%〜約96%のプロピレ
ン、約1.5%〜約5%のエチレン及び約2.5%〜約
10%のブテン−1から成り、エチレンとブテン−1と
のコポリマーの合計量が約4.0%〜約15%であり、
残りがプロピレンであるターポリマー、(b)(i)エ
チレン含有量が約1.5%〜約10%のプロピレンとエ
チレンとのコポリマー約31%〜約39%の、及び(i
i)プロピレン、エチレン及びブテン−1とのターポリ
マーであって、約85%〜約96%のプロピレン含有
量、約1.5%〜約6%のエチレン含有量及び約2.5
%〜約12%のブテン−1含有量を有し、エチレンとブ
テン−1のコポリマーの合計量が約4.0%〜約18%
であり、残りがプロピレンであるターポリマー約58%
〜約72%から成るポリオレフィン組成物、並びに
(c)(i)約80%〜約98%のプロピレン含有量を
有するプロピレンとブテン−1とのコポリマー約30%
〜約65%、及び(ii)約2%〜約10%のエチレン
含有量を有するプロピレンとエチレンとのコポリマー約
35%〜約70%から成るポリオレフィン組成物,から
成る群から選ばれたプロピレンポリマー材料を照射する
工程、及び、(2)照射したプロピレンポリマー材料
を、ダイを通して、物理的膨張剤とセル核生成剤の存在
において押出す工程を含み、プロピレンポリマー材料の
初期密度より少なくとも10倍少ない密度の発泡製品を形
成する方法によって製造される。
テンを含まない照射プロピレンポリマー材料と比較し
て、改善された低温靭性を示す。
プロピレン、エチレン、及びブテン−1のターポリマ
ー、(b)(i)プロピレンとエチレンとのコポリマー
と、(ii)プロピレン、エチレン、及びブテン−1の
ターポリマーとから成るポリオレフィン組成物、及び
(c)(i)プロピレンとブテン−1とのコポリマー、
及び(ii)プロピレンとエチレンとのコポリマーとか
ら成るポリオレフィン組成物、から成る群から選ばれる
プロピレンポリマー材料の照射である。プロピレン、エ
チレン及びブテン−1のターポリマーは、約85%〜約
96%、好ましくは約90%〜約95%のプロピレン、
約1.5%〜約5.0%、好ましくは約2%〜約3%の
エチレン、及び約2.5%〜約10%、好ましくは約4
%〜約6%のブテン−1とを含み、エチレンとブテン−
1とのコポリマーの合計量が約4.0%〜約15%であ
り、残りがプロピレンである。
31%〜約39%、好ましくは、約33%〜約37%
の、エチレン含有量が約1.5%〜約10%、好ましく
は約2%〜約6%のプロピレンとエチレンとのコポリマ
ー、及び(ii)約58%〜約72%、好ましくは約6
1%〜約69%の、プロピレン含有量が約85%〜約9
6%、好ましくは約90%〜約95%のプロピレン、エ
チレン及びブテン−1とのターポリマーとから成り、エ
チレン含有量が約1.5%〜約6%、好ましくは約2%
〜約4%、及びブテン−1含有量が約2.5%〜約12
%、好ましくは、約6%〜約10%を含み、エチレンと
ブテン−1とのコポリマーの合計量が約4.0%〜約1
8%であり、残りがプロピレンである。
30%〜約65%、好ましくは約35%〜約65%、よ
り好ましくは約45%〜約65%の、プロピレン含有量
が約80%〜約98%、好ましくは約85%〜約95%
のプロピレンとブテン−1とのコポリマー、及び(i
i)約35%〜約70%、好ましくは約35%〜約65
%、より好ましくは約35%〜約55%の、エチレン含
有量が約2%〜約10%、好ましくは約7%〜約9%の
プロピレンとエチレンとのコポリマーとから成る。上記
のプロピレンポリマー材料は、米国特許第5,296,
548号明細書及び第5,486,419号明細書(こ
こに、参照として導入される)に開示の重合方法と触媒
を使用して調製することが出来る。ターポリマー及びオ
レフィンポリマー組成物は、一般に、立体特異性チーグ
ラー−ナッタ触媒の存在において、モノマーの順次重合
によって調製される。その様な触媒は、必須成分とし
て、少なくとも一つのチタニウム−ハロゲン結合を有す
るチタニウム化合物と電子供与体化合物から成る固体触
媒成分を含み、両者が活性形態で塩化マグネシウム上に
担持されている。別途、ターポリマーは、一段反応器を
使用して造ることも出来、オレフィンポリマー組成物
は、組成物の物理的ブレンドによって造ることが出来
る。
には、本発明のプロピレンポリマー材料が、コモノマー
としてブテン−1を含むことが重要である。本発明の材
料の溶融強度及び発泡性は、ビーム投与量の増加と共に
増加するが、コモノマーとしてブテン−1ではなくてエ
チレンを有するプロピレンポリマーは、本発明方法で一
般的に採用される電子エネルギーの量の存在において架
橋する傾向を示す事が分かった。ブテン−1を含むポリ
マーにおける、増加エネルギー水準に伴う溶融強度の増
加の大きさは、通常、分岐鎖の指標であり、大まかに、
発泡性を予測する傾向にある。又、本発明のブテン含有
ポリマーは、コモノマーとしてブテン−1を含まない照
射プロピレンポリマー材料と比較して、良好な低温靭性
を示す。本発明のプロピレンポリマー材料を照射する為
の方法は、(1)プロピレンポリマー材料を、プロピレ
ンポリマーの連鎖切断は生起するが、その材料をゲル化
するには不十分な実質的量として十分な時間の期間、毎
分約1〜約1x104 メガラドの投与量割合の高エネル
ギーイオン化照射と共に、活性酸素濃度が、約15容量
%未満に確立され維持される環境において照射する工
程、(2)照射された材料を、一時間までの期間、その
様な環境に維持する工程、及び(3)照射された材料
を、その様な環境において、照射された材料中に存在す
る遊離ラジカルの全てを実質的に不活性化する為に処理
する工程を含む。照射されたポリマーの溶融張力は、一
般に、200℃で10cN以上である。望ましいセル構
造を持つ発泡製品は、一般に、使用される出発材料によ
って、約4.5〜約6メガラドの吸収表面ビーム投与量
で得られる。エチレン含有量が低ければ低い程、使用で
きるビーム投与量は多くなる。
198号明細書及び第5,414,027号明細書に更
に詳細に記述されており、ここに参照として導入され
る。本発明方法の第二工程では、照射されたプロピレン
ポリマー材料は、物理的膨張剤とセル核生成剤の存在に
おいて、ダイを通して押出される。均一なセル構造を持
ち、不規則な空隙の無い低密度発泡製品が得られる。発
泡製品を調製する為には、単軸押出し機を含めて、市販
の押出し機を使用することが出来る。発泡剤は、固体ポ
リマーが押出し機に供給される点から下流の点から、押
出し機内部の溶融ポリマー塊中に射出されるのが好まし
く、その結果、その間の距離が、ポリマーをして、溶融
した、均質な塊の形成に到達せしめる。発泡剤が導入さ
れる押出し機のこの部分の温度は、190℃〜250℃
の範囲が好ましい。ダイを備えた押出し機の出口で維持
される温度は、ポリマーの発泡を得るのに適当なもので
あって、好ましくは、119℃〜125℃の範囲であ
る。
ン、n−ブタン、イソブタン、n−ペンタン、i−ペン
タン、HCHC−22(CHF2 Cl)、HCFC−1
42b(CF2 ClCH3 )、HFC−152a(CH
F2 CH3 )、HCFC−123(CHCl2 C
F3 )、HCFC−123a(CHFClCF2 C
l)、HCFC−124(CHFClCF3 )、HFC
−134a(CH2 FCF3 )、HFC−143a(C
H3 CF3 )CFC−11(CFCl3 )、CFC−1
2(CF2 Cl2 )、CFC−113(CFCl2 CF
2 Cl)、CFC−114(CF2 ClCF2 Cl)、
CFC−115(CF2 CLCF3 )、CH3 Cl、C
H2 Cl2 、CO2 、N2 及びO2 が挙げられる。ポリ
マーに添加される膨張剤の量は、ポリマーの重量を基準
にして、約1重量%〜約30重量%、好ましくは、約2
重量%〜約15重量%である。
量を基準にして、約0.1重量%〜約1.0重量%の量
で、押出し前又は押出し中に添加される。好ましい濃度
は、核生成剤が化学的か物理的タイプの核生成剤である
か、核生成剤の効率、ダイ設計、操作圧力及び選択され
た膨張剤に依存する。化学的核生成剤の好ましい濃度
は、一般に、約0.2重量%であり、物理的核生成剤の
好ましい濃度は、一般に、約0.4重量%である。適当
な物理的核生成剤は、<10μmの粒径を有する微粉化
粒子の形態にあり、例えば、タルク、コロイダルシリ
カ、炭酸カルシウム、及びカーボンブラックが挙げられ
る。適当な化学的核生成剤としては、例えば、炭酸水素
ナトリウム又はクエン酸とのブレンド、及びアゾジカー
ボンアミドの様なアゾ誘導体が挙げられる。任意に、必
要とされるその他の添加剤、染料、又は充填剤は、押出
し前又は押出し中に添加出来る。製造される発泡製品
は、プロピレンポリマー材料の初期密度より、少なくと
も10倍少ない密度を有し、−20℃程度の低温での改
善された靭性、好ましくは、−20℃で、>5.4cm
・kg/cm(>1ft・lb/in)の靭性を示す。
以下の実施例において、溶融張力値は、ゴットフェルト
レオテン溶融張力装置モデル2001(Gottfert Rheote
ns melt tension instrument model 2001)を使用して得
た。溶融ポリマーのストランドの引張り強度は、特定の
延伸速度の操作でcN(centiNewton) で測定した。試験
されるポリマーは、キャピラリーホールが22mm長、
1mm径のダイを通して200℃で押出した。次いで、
押出しストランドを、牽引引張り機を使用して、0.0
12cm/sec2 の一定加速で延伸し、その張力を、
破断点まで測定した。この装置は、延伸の関数として、
ストランドの張力値(cNの抵抗)を記録する。最大張
力値は、溶融強度に相当する。
M D−1238による、230℃、2.16kgで測
定した。発泡シートの靭性は、ASTM D4272−
90の装着ダートドロップテストを使用して測定した。
キシレン溶解(%)は、2.5gのポリマーを250m
lのo−キシレンに溶解し、一定温浴で25℃に冷却
し、迅速フィルターペーパーで濾過して決定した。ろ液
のアリコットを乾固する為に蒸発させ、残さを計量し、
重量%溶解画分を計算した。この明細書において、全て
の部及びパーセントは、特段の断りがない限り、重量で
ある。
クス、溶融張力、結晶化温度及び、出発ポリマーが電子
ビーム照射の投与量を増加させながら照射される時の第
二加熱温度の効果を示す。第二加熱温度は、ポリマーの
真の融点であり、結晶核生成の指標である。ランダムエ
チレン/プロピレンコポリマー(C2 C3 )は、エチレ
ンを4.7%含む。オレフィンポリマー組成物(OPC
1)は、35%のプロピレンホモポリマー、58.1%
のエチレン/プロピレンコポリマー(室温においてキシ
レン可溶)及び6.9%のエチレン/プロピレンコポリ
マー(室温においてキシレン不溶)とを含み、モンテル
社(Montell USA Inc.)から市販されている。エチレン/
プロピレン/ブテン−1ターポリマー(C2 C3 C4 )
は、2.5%のエチレン、92.3%のプロピレン及び
4.7%のブテン−1とを含み、モンテル社(Montell U
SA Inc.)から市販されている。OPC2は、48%のプ
ロピレン/ブテン−1コポリマー(C3 C4 )で、その
内の16%がブテン−1であるコポリマーと、52%の
エチレン/プロピレンコポリマーで、その内の4.0%
がエチレンであるコポリマーとのブレンドで、モンテル
社(Montell USA Inc.)から市販されている。OPC3
は、35%のエチレン/プロピレンコポリマーで、その
内の3.3%がエチレンであるコポリマーと、65%の
エチレン/プロピレン/ブテン−1ターポリマーで、そ
の内の3.3%がエチレンであり、10%がブテン−1
であり、86.7%がプロピレンであるターポリマーと
のブレンドで、モンテル社(Montell USA Inc.)から市販
されている。照射前のポリマーの性質は表1に示され
る。
μampビーム電流で操作する2MeVバンデ・グラフ
(Van de Graff)発生器で発生させた電子ビームに、純粋
窒素雰囲気下で通した。コンベヤーベルト速度は、表2
に示される吸収表面投与量を与える様に調整した。照射
後のポリマーの性質は、表2で与えられる。
リマーに対して、増加エネルギー水準を伴う、溶融張力
の著しい増加を示す。この応答の大きさは、通常、分岐
鎖の指標であり、大まかに発泡性を予測する傾向にあ
る。
載された照射ポリマーの、連続セル構造を維持しながら
の熱可塑性膨張を受ける能力を証明するものである。十
分な発泡性を示すポリマーは、低密度、連続セル固体を
形成した。「低密度」とは、初期固体ポリマー密度の少
なくとも10倍の減少(<0.096g/cm3 (<6
lb/ft 3 ))に相当する。若しこのポリマーが「発
泡性ではない」と指摘される場合は、つぶれた、不規則
な空隙構造が形成された事を示す。発泡性テストに使用
される組成物は、照射ポリマー、セル寸法を調節する為
の、0.2重量%のハイドロセロル(Hydrocerol)CF−
20セル寸法調節剤、及び少なくとも6容量%の膨張剤
から成る。ハイドロセロルCF−20セル核生成剤は、
炭酸水素ナトリウムと、ポリエチレン担体樹脂にカプセ
ル化されたクエン酸との混合物で、ボーリンガーインゲ
ルハイム(Bohringer Ingelheim) から市販されている。
発泡生成物は、直径(D)50.8mm(2in)、L
/Dが16の向流回転二軸押出し機で、直径19.0m
m(3/4in)、L/Dが10:1のケネックス(Kne
x)スタティックミキサーを備え、直径25.4mm(1
in)の発泡ロッドを造る為の直径3.9mm(5/3
2in)のロッドダイ、又は発泡シート用の、直径2
5.4mm(1in)のアジャスタブルギャップ環状ダ
イを備えた押出し機から成る実験室発泡ラインで製造し
た。CFC114を、11重量%の量で、照射C2 C3
ランダムポリマー、OPC1、及びC2 C3 C4 ターポ
リマーの膨張剤として使用した。又、この組成物は、
0.2重量%のベルトール(Vertol)360タルク(平均
粒径が3〜7μmで、サイプレス工業(Cypress Industr
ies)から市販されている)を含む。直径25.4mm
(1インチ)の発泡ロッドが、このポリマーから製造さ
れた。発泡性テストの結果は、表3に与えられる。
してC2 C3 コポリマーを含むOPC1は、電子エネル
ギーの存在で、架橋傾向を示した。C2 C3 コポリマー
は、3メガラドで発泡するが、一方、6メガラドでは発
泡せず、この事は、コポリマーに対して、限定されたエ
ネルギーの窓が存在する事を示唆する。OPC1は、い
ずれのテスト投与量でも発泡しなかった。照射C2 C3
C4 ターポリマーの溶融張力と発泡性は、ビーム投与量
の増加と共に改善することを明らかにしている。(図1
及び2参照)。イソブタンを、OPC2とOPC3用の
膨張剤として使用し、これらのポリマーから発泡シート
を製造した。又、この組成物は、セル寸法調節剤とし
て、0.4重量%のベルトール360タルクを含む。7
重量%のイソブタン発泡剤を、溶融物に注入し、溶液を
冷却して、溶液温度を118〜123℃(246〜25
5°F)に維持しながら、環状ダイを通して成形した。
得られた発泡体チューブを配向し、直径88.9mm
(3.5in)の冷却マンドレルで安定化し、単一スリ
ットでシートを形成した。この発泡シートは、巾27
9.4mm(11in)で、厚さ1.7mm(0.06
8in)であり、これをロール上に巻き取り、シートの
性質決定前に5日間安定化した。発泡性の結果は、表4
に与えられる。
量の増加と共に改善された。(図1及び2参照)。C2
C3 C4 ターポリマーとOPC2及びOPC3は、異な
る分子構造を有するが、それらは、主鎖においてC4 を
共有する。これらのデータは、溶融張力の上昇傾向と相
俟って、コモノマーとしてのC4 の存在が、分岐を促進
することを示唆する。
して、ブテン−1を持つポリマーと持たないポリマーの
靭性の相違を証明するものである。実施例2に記載の様
にして調製した発泡シートの靭性を、ダートドロップテ
ストで評価した。照射プロピレンホモポリマー(PP)
(メルトインデックスが3g/10分、モンテルUAS
社から市販されている)と、照射エチレン/プロピレン
コポリマー(C2 C3 )(エチレン含有量3.3%、モ
ンテルUAS社から市販されている)とから造られた発
泡シートを、比較として使用した。結果を図3に示す。
コモノマーとしてブテン−1を含むポリマーの低温特性
は、照射プロピレンホモポリマーと照射エチレン/プロ
ピレンコポリマーよりも良好であった。−20℃で、>
5.4cm・kg/cm(>1ft・lb/in)の値
が、受入れ可能な値と考えられた。この値より高ければ
高い程、材料の低温靭性は良好となる。ここに開示の本
発明のその他の特徴、利点及び実施態様は、上述の開示
内容によって当業者には明らかとなるであろう。これに
関して、本発明の特定の実施態様が相当詳細に開示され
たが、これらの実施態様の変化、変更は、記述され且つ
クレームされた本発明の精神と範囲を逸脱すること無く
行うことが出来る。
ー(C2 C3 C4 )、エチレン/プロピレンコポリマー
とプロピレン/ブテン−1コポリマー(OPC2)との
ブレンド、及びエチレン/プロピレンコポリマーとエチ
レン/プロピレン/ブテン−1ターポリマー(OPC
3)とのブレンドについての、溶融張力(melt tension)
(cN)対ビーム投与量(メガラド)のプロットであ
る。
C3についての、発泡密度(0.016g/cm3 (l
b/ft3 )(pcf))対ビーム投与量(メガラド)
のプロットである。
68インチ)の発泡シートについての、23℃と−20
℃での衝撃エネルギー(5.4cm・kg/cm(ft
・lb/in))のプロットである。テストした発泡シ
ートは、照射プロピレンホモポリマー、3.3%エチレ
ン含有照射エチレン/プロピレンコポリマー(C
2 C3 )、OPC2及びOPC3から造られた。
31%〜約39%、好ましくは、約33%〜約37%
の、エチレン含有量が約1.5%〜約10%、好ましく
は約2%〜約6%のプロピレンとエチレンとのコポリマ
ー、及び(ii)約61%〜約69%、好ましくは約6
3%〜約67%の、プロピレン含有量が約85%〜約9
6%、好ましくは約90%〜約95%のプロピレン、エ
チレン及びブテン−1とのターポリマーとから成り、エ
チレン含有量が約1.5%〜約6%、好ましくは約2%
〜約4%、及びブテン−1含有量が約2.5%〜約12
%、好ましくは、約6%〜約10%を含み、エチレンと
ブテン−1とのコポリマーの合計量が約4.0%〜約1
8%であり、残りがプロピレンである。
Claims (2)
- 【請求項1】発泡製品の製造方法であって、(1)
(a)プロピレン、エチレン及びブテン−1とのターポ
リマーであって、約85%〜約96%のプロピレン、約
1.5%〜約5%のエチレン及び約2.5%〜約10%
のブテン−1から成り、エチレンとブテン−1とのコポ
リマーの合計量が約4.0%〜約15%であり、残りが
プロピレンであるターポリマー、(b)(i)エチレン
含有量が約1.5%〜約10%のプロピレンとエチレン
とのコポリマー約31%〜約39%、及び(ii)プロ
ピレン、エチレン及びブテン−1とのターポリマーであ
って、約85%〜約96%のプロピレン含有量、約1.
5%〜約6%のエチレン含有量及び約2.5%〜約12
%のブテン−1含有量を有し、エチレンとブテン−1の
コポリマーの合計量が約4.0%〜約18%であるター
ポリマー約58%〜約72%、から成るポリオレフィン
組成物、並びに、(c)(i)約80%〜約98%のプ
ロピレン含有量を有するプロピレンとブテン−1とのコ
ポリマー約30%〜約65%、及び(ii)約2%〜約
10%のエチレン含有量を有するプロピレンとエチレン
とのコポリマー約35%〜約70%から成るポリオレフ
ィン組成物、から成る群から選ばれたプロピレンポリマ
ー材料を照射する工程、及び、(2)照射したプロピレ
ンポリマー材料を、ダイを通して、物理的膨張剤とセル
核生成剤の存在において押出す工程を含み、プロピレン
ポリマー材料の初期密度より少なくとも10倍少ない密度
の発泡製品を形成することを特徴とする方法。 - 【請求項2】プロピレンポリマー材料が、約4.5〜約
6メガラドの電子ビーム投与量で照射される、請求項1
に記載の方法。
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