JPS61275313A - 射出成形性の改良された超高分子量ポリエチレン組成物 - Google Patents

射出成形性の改良された超高分子量ポリエチレン組成物

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JPS61275313A
JPS61275313A JP60116979A JP11697985A JPS61275313A JP S61275313 A JPS61275313 A JP S61275313A JP 60116979 A JP60116979 A JP 60116979A JP 11697985 A JP11697985 A JP 11697985A JP S61275313 A JPS61275313 A JP S61275313A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は超高分子量ポリエチレン組成物に関し、さらに
詳しくは特定の触媒と特定の重合方法を組合せることに
より、射出成形性にすぐれた超高分子量ポリエチレン組
成物に関する。
従来の技術 分子量が約100万以上と著しく高いいわゆる超高分子
量ポリエチレンは耐衝撃性、耐摩耗性に優れ、また自己
潤滑性も有するなど特徴のあるエンジニアリングプラス
チックとして、ホッパー、サイロ、各種歯車、ライニン
グ材、スキー裏張りなどの食品機械、土木機械、化学機
械、農業、鉱業、スポーツ・レジャー分野など幅広い分
野で使用されている。
発明が解決しようとする問題点 しかし、超高分子量ポリエチレンはその高分子量の故、
溶融時の極端な高粘性、また溶液とした場合にも極度に
粘性が高いため、成形加工性が著しく悪く、上述の如ぎ
優れた樹脂性能を有しているにもかかわらず、需要開拓
が遅れている現状である。
従来超高分子量ポリエチレンの成形加工法の改善は主と
してその成形加工法についてなされており、例えば超高
分子量ポリエチレンの粉末をペレット化し射出成形する
方法(特開昭57−82031号公報)や射出圧縮成形
する方法(特開昭57−169335号公報)はその代
表的例である。
一方成形加工性を改良するためにポリオレフィンワック
スや石油樹脂等を添加することも知られているが、均質
な混合が困難であり、得られる製品にも強度低下、耐摩
耗性の低下などの性能の低下が起こるなどの問題が残っ
ている。
問題点を解決するための手段 以上のことから、本発明者らは、これらの問題点を解決
すべく鋭意検討した結果、特定の触媒と特定の重合方法
により重合した超高分子量ポリエチレン組成物により射
出成形性が改良されるという驚くべき事実を発見し、本
発明を完成したものである。
すなわち、本発明は、135℃、デカリン中における極
限粘度が10〜30d、e/gであり、かつ少なくとも
下記の2段階の重合反応によって得られる超高分子量ポ
リエチレン組成物である。
(第1段階) 少なくともMg、Tiおよび/またはVを含有する固体
触媒成分と有機金属化合物とよりなる触媒により、水素
の不存在下または低められた水素濃度でエチレンを重合
させ、135℃、デカリン中における極限粘度が12〜
32c1510のポリエチレンを50〜99.5重量部
生成さぼる工程。
(第2段階) 第1段階より高められた水素濃度下でエチレンを重合さ
せることにより、ポリエチレン50〜0゜5重量部生成
させる工程。
発明の効果 本発明の方法によって得られる超高分子量ポリエチレン
は、下記のごとき効果(特徴)を有する。
〔1〕41られるポリマーは均質であり、品質の変動が
少い。
(2)射出成形における加工性が著しく改良され、成形
が容易に行なわれる。
(3)得られる成形品の品質もきわめて良好なものとな
り、その工業的価値は大きい。
実施例 本発明の超高分子量ポリエチレンのより具体的製造方法
を以下に述べる。
まず、第1段階においてエチレンを水素潤度O〜約10
モル%で、溶媒中または気想で重合させることにより、
135℃、デカリン中における極限粘度が12〜32d
f10のポリエチレンを50〜99.5mm部、好まし
くは75〜99fufi1部生成させる。この時使用す
る重合触媒としては少なくともMa、Tiおよび/また
はVを含有する固体触媒生成と有機金属化合物よりなる
ものであり(後述)、重合圧力は0〜70kQ/CM’
・G、重合温度0〜90℃、好ましくは20〜80℃で
実施する。重合Wj媒としてはチグラー型触媒に不活性
な有機溶媒が用いられる。具体的にはブタン、ペンタン
、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、シクロヘキサン等の
飽和炭化水素や、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳
香族炭化水素などを挙げることができる。
ついで第2段階において水素濃度を35〜95モル%と
し、引き続きエチレンを重合させることにより、ポリエ
チレン50〜0.5重ω部、好ましくは25〜1重量部
生成させる。重合圧力は0〜70ko/cs2・G1潟
度は40〜100℃、好ましくは60〜90℃であり、
触媒は必要に応じて追加してもよい。また第2段階で生
成するポリエチレンの極限粘度は約0.1〜5 dfl
o  (135℃、デカリン中)の範囲にある。
エチレン以外のα−オレフィンをコモノマーとして共重
合させることは生成ポリマーの分子量の低下をひき起し
やすく望ましくないが、第2段階での重合の際に0.1
〜5モル%の少恒のα−オレフィンを使用してもさしつ
かえない。この時のα−オレフィンとしては、プロピレ
ン、ブテン−1,4−メチルペンテン−1、ヘキセン−
1、オクテン−1など通常のチグラー型触媒によるエチ
レンの共重合に使用されるものを用いることができる。
さらに第3段階以後の工程として、より高分子量重合体
成分またはより低分子組型合体成分を適宜つけ加えるこ
とは何ら差しつかえない。
一般に樹脂の射出成形性を改良するために該樹脂の分子
聞分布を広くすればよいことは知られており、樹脂の分
子量分布を広くする方法としては多段重合法、分子mの
異なる樹脂の混合などがある。
本発明の目的を達成させるためには、最初に超高分子量
のポリエチレンを生成させ、ついでより低分子量のポリ
エチレンを生成させることが必須である。この生成順序
と逆の重合方法を用いても分子量分布は広くなるが、本
発明の効果は達成できない。
本発明の特定の製造方法により射出成形性のすぐれた超
高分子量ポリエチレンが得られる理由は明らかでないが
、本発明の重合方法によれば得られる重合体粒子は多重
構造をもっており、その内部は低分子量重合体成分によ
って占められている考えられる。該粒子を溶融成形条件
下(通常180〜280℃)におくと、内部の重合体が
溶融して内部可塑剤的な作用をはたし、成形性が改良さ
れるものと推定される。
次に、本発明の超高分子量ポリエチレンの製造に用いる
触媒は、少なくともマグネシウム、チタンおよび/また
はバナジウムを含有づる固体触媒成分と有機アルミニウ
ム化合物からなるものである。
ここに、該固体触媒成分は、マグネシウムを含む無機質
固体化合物にチタン化合物を公知の方法により担持させ
たものである。
マグネシウムを含む無機質固体化合物は、金属マグネシ
ウム、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、酸化マ
グネシウム、塩化マグネシウムなど、J3よびケイ素、
アルミニウム、カルシウムから選択された金属とマグネ
シウム原子とを含有する複塩、複合酸化物、炭酸塩、塩
化物あるいは水酸化物など、ざらにはこれらの無機質固
体化合物を、水、アルコール、フェノール、ケトン、ア
ルデヒド、カルボン酸、エステル、ポリシロキサン、酸
アミドなどの有機の含酸素化合物;金属アルコキシド、
金属のオキシ酸塩などの無機の含酸素化合物;チオール
、チオエーテルなどの有機の含硫黄化合物;二酸化硫黄
、三酸化硫黄、硫黄などの無機含硫黄化合物;ベンゼン
、トルエン、キシレン、アントラセン、フェナンスレン
などの単環および多環の芳香族炭化水素化合物;塩素、
塩化水素、金属塩化物、有機ハロゲン化物などのハロゲ
ン含有化合物で処理または反応させたものである。
この無機質固体化合物に担持させるチタン化合物として
は、チタンのハロゲン化物、アルコキシハロゲン化物、
アルコキシド、ハロゲン化酸化物などであり、四価また
は三価のチタン化合物が好適である。四価のチタン化合
物としては、具体的には一般式 %式% (ここで、Rは炭素数1〜20のアルキル基、アリール
基またはアラルキル基を示し、Xはへ〇ゲン原子を示し
、nは0≦n≦4である。)で示されるものが好ましく
、四塩化チタン、四臭化チタン、四沃化チタン、モノメ
トキシトリクロロチタン、ジブトキシジクロロチタン、
トリエトキシモノクロロチタン、テトラメトキシチタン
、モノエトキシトリクロロチタン、ジェトキシジクロロ
チタン、トリエトキシモノクロロチタン、テトラフェノ
キシチタン、モノイソプロポキシトリクロロチタン、ジ
イソプロポキシジクロロチタン、トリイソプロポキシモ
ノクロロチタン、テトライソプロポキシチタン、モノブ
トキシトリクロロチタン、ジブトキシジクロロチタン、
モノペントキシトリクロロチタン、モノフェノキシ1〜
リクロロチタン、ジフェノキシジクロロチタン、トリフ
エノキシモノクロロチタン、テトラフェノキシチタンな
どの四価のチタン化合物が挙げられる。また、三価のチ
タン化合物としては、四塩化チタン、四臭化チタン等の
四ハロゲン化チタンを水素、アルミニウム、チタンある
いは周期律表■〜■族金属の有機金属化合物により還元
して得られる三価のチタン化合物;一般式 Ti  (OR)mX4−m (ここで、Rは炭素数1〜20のアルキル基、アリール
基またはアラルキル基を示し、Xはハロゲン原子を示し
、mはQ<m<4である。)である四価のハロゲン価ア
ルコキシチタンを周期律表I〜■族金属の有機金属化合
物により還元して得られる三価のチタン化合物が挙げら
れる。これらのチタン化合物のうち、四価のチタン化合
物が特に好ましい。また、バナジウム化合物としては、
四塩化バナジウムのよ〕な四価のバナジウムの化合物、
オキシ三塩化バナジウム、オルソアルキルバナデートの
ような三価のバナジウム化合物、三塩化バナジウムのよ
うな三価のバナジウムの化合物が挙げられる。具体的な
固体触媒成分としては、特公昭51−3514号公報、
特公昭5〇−23864号公報、特公昭51−152号
公報、特公昭52−15111号公報、特開昭49−1
06581号公報、特公昭52−11710号公報、特
公昭51−153@公報、特開昭56−95909号公
報などに具体的に例示したものが挙げられる。
また、その他の固体触媒成分として、例えばグリニアル
化合物とチタン化合物との反応生成物も使用でき、特公
昭50−39470号公報、特公昭54−12953号
公報、特公昭54−12954号公報、特開昭57−7
9009号公報などに具体的に記載のものが挙げられ、
その他に、特開昭56−47407号公報、特開昭57
−187305号公報、特開昭58−21405号公報
などに記載の任意に用いる有機カルボン酸エステルと共
に無機酸化物が併用された固体触媒成分も使用できる。
本発明の有機アルミニウム化合物としては、一般式 %式% およびR3Aヱ2X3 (ここでRは炭素数1〜20のアルキル基、アリール基
またはアラルキル基、Xはハロゲン原子を示し、Rは同
一であってもまた異なっていてもよい) で表される化合物が好ましく、トリエヂルアルミニウム
、トリイソブチルアルミニウム、トリヘキシルアルミニ
ウム、トリオクチルアルミニウム、ジエチルアルミニウ
ムクロリド、ジエチルアルミニウム11〜キシド、エチ
ルアルミニウムセスキクロリド、およびこれらの混合物
などが挙げられる。
有機アルミニウム化合物の使用量は特に制限されないが
、通常、チタン化合物に対して0.1〜1000モル倍
使用することができる。
以上の触媒系を用いて、本発明の射出成形性の改良され
た超高分子量ポリエチレン組成物が1!?られる。
本発明の重合反応に先立って、α−オレフィンと本発明
の触媒系とを接触させた後重合反応を行なうことは重合
活性を大幅に向上させ、未処理の場合によりも一層安定
に重合反応をすることができるものである。前処理の条
件としては、触媒系とα−オレフィンとの接触時間、温
度は特に限定されないが、例えば0〜200’C1好ま
しくは0〜110℃で1分〜24時間で、固体触媒成分
1g当り、α−オレフィンを1〜50,0OOa、好ま
しくは5〜30.ooooを接触させればよく、α−オ
レフィンとしては前述のものが好ましい。以下に具体的
実施例を5って、本発明を詳述する。
実施例1 < a>固体触媒成分の製造 1!?インチ直径を有するステンレススチール製ボール
が25コ入った内容積400m、eのステンレススチー
ル製ポットに市販の無水塩化マグネシウム10g1シリ
コンテトラエトキシド3.3gおよびオキシ塩化リン0
.7(lを入れ窒素雰囲気下、室温で5時間ボールミリ
ングを行ない、その後四塩化チタン2gを加え、さらに
16時間ボールミリングを行なった。ボールミリング後
得られた固体触媒成分1Qには32mgのチタンが含ま
れていた。
(b)重合 2名のステンレススチール製誘導撹拌機付きオートクレ
ーブを窒素置換しヘキサン1000m1を入れ、トリエ
チルアルミニウム1ミリモルおよび前記固体触媒成分1
0111(lを加え、撹拌しながら60℃に昇温した。
ヘキサンの蒸気圧で系は1.5kiJ/cII2・Gに
なるが、エチレンを全圧が10k(1/a+2・Gにな
るまで張り込んで重合を開始した。5名のエチレン計量
槽よりオートクレーブの全圧が10kO/c12・Gに
なるようにエチレンを連続的に導入し、計量槽の圧力が
8k(1/cI2分減少するまで重合を行なった(第1
段階)。
この時の重合体の極限粘度〔η〕は18.9df/gで
あった。その後すばやく系内のエチレンをパージし、水
素を全圧が7kq/c12・Gになるまで張り込みつい
でエチレンを全圧が10kq/cI2・Gになるまで張
り込んで60℃で再び重合を開始した。全圧が10kg
/c12・Gになようにエチレンを連続的に導入し、計
量槽の圧力が2k(1/ci2分減少するまで重合を行
なった(第2段階)。
重合終了後重合体スラリーをビーカーに移し、ヘキサン
を減圧除去し、白色ポリエチレン62(]を得た。第1
段階の生成ポリマー吊は80重石部、第2段階の生成ポ
リマー量は20重ω部であり全体のポリマーの極限粘度
〔η〕は12.9df/g (デカリン中、135℃)
であった。
(C)成形性の評価 1りられた重合体は東芝機械(株)製2S−90Bの射
出成形機を使用して樹脂温度270℃、射出圧力120
0kO/c12、金型温度50℃の条件で射出成形が可
能であった。この成形物を次に示す方法で物性の評価を
行なった。結果を第1表に示した。
引張強さく降伏点):AsTM  D  638引張破
断点伸び  :ASTM  D  638アイゾツト衝
撃強さくVノツチ付き) :ASTM  D  256 テーパ一式摩耗試験(as−10) :JIS  K7
204 比較例1 2ヱのステンレススチール製誘導撹拌機付きオートクレ
ーブを窒素置換し、ヘキサン1000m名を入れ、1−
リエチルアルミニウム1ミリモルおよび実施例1(a)
で得られた固体触媒成分10111(+を加え撹拌しな
がら70℃に昇温した。ヘキサンの蒸気圧で1.6kO
/c−・Gになるがエチレンを全圧が10k(+/cI
N2・Gになるまで張り込んで重合を開始した。全圧が
10kg/cg+2・Gになるようにエチレンを連続的
に導入し、20分間重合を行ない白色ポリエチレン72
1)を得た。極限粘度〔η〕は14.2 dヱ/gであ
った。
この重合体を実施例1(C)に従って射出成形を行なっ
たが、サージングをおこし射出成形はできなかった。
比較例2 比較例1において重合温度を65℃とすることを除いて
は比較例1と同様の方法で重合を行ない白色ポリエチレ
ン60oを得た。極限粘度〔η〕は15.0−+151
0であった。この重合体を実施例1(C)に従って射出
成形を行なったが、サージングをおこし射出成形はでき
なかった。
比較例3 比較例1と同様の条件で重合した超高分子量ポリエチレ
ン80重M部にポリエチレンワックス(三洋化成製0分
子Mi5000)を20重足部を加えたものをブラスト
グラフでペレット化し、実施例1〈C)に従って射出成
形を行なったが、サージングをおこし射出成形はできな
かった。
比較例4 比較例1と同様の条件で重合した超高分子量ポリエチレ
ン60@恒部にポリエチレンワックス(三洋化成製1分
子ff15000)を40重量部を加えたものをプラス
トグラフでペレット化し、実施例1(C)に従って射出
成形を行なったところ、成形物は得られたが、第1表に
示すように降伏点強度が著しく低くまた摩耗試験による
摩耗間が多く、超高分子量ポリエチレンとしての性能を
示さなかった。
実施例2 実施例1(b)において第1段重合のエチレン計量槽の
圧力減少を9.0ko/cm2分とすることおよび第2
段重合においてエチレン計量槽の圧力減少を1.0k(
+/CI2分とすることを除いては実施例1(b)と同
様の方法で重合を行ない、白色ポリエチレン63aを得
た。第1段階の生成ポリマー量は90重量部、第2段階
の生成ポリマー量は10重量部であり、全体のポリマー
の極限粘度〔η〕は14.9 dl、/Qであった。
この重合体を実施例1(C)に従って射出成形を行なっ
たところ、成形可能であった。物性評価の結果を第1表
に示した。
11九1 実施例1(b)におい゛C第1段重合のエチレン計量槽
の圧力減少を8.5kMcI2分とすることおよび第2
段重合においてエチレン計量槽の圧力減少を1.5ka
/cs2分とすることを除いては実施例1(b)と同様
の方法で重合を行ない、白色ポリエチレン61を得た。
第1段階の生成ポリマー恒は85重伍部、第2段階の生
成ポリマー量は15重量部であり全体のポリマーの極限
粘度〔η〕は13.0 di/(Jであった。
この重合体を実施例1(C)に従って、射出成形を行な
ったところ、成形可能であった。物性評価の結果を第1
表に示した。
実施例4 (a)固体触媒成分の製造 実施例1(a)においてシリコンテトラエキシド3.3
gのかわりにボロントリエトキシド1.9gを使用する
ことを除いては実施例1(a)と同様の方法で触媒を製
造した。得られた固体触媒成分1gには35n+aのチ
タンが含まれていた。
(b)重合 実施例1(b)と同様のオートクレーブを使用し、ヘキ
サン100011fを入れ、ジエチルアルミニウムクロ
リド2ミリモルおよび前記固体触媒成分110ll1を
加え、撹拌しながら40℃に昇温した。ヘキサンの蒸気
圧で1 、3 ka/cs2・Gになるが、エチレンを
全圧10ko/cs2・Gになるまで張り込んで重合を
開始した。5Jlのエチレン計量槽よりAo−トクレー
ブの全圧が10ko/ cs2・Gになるようにエチレ
ンを連続的に導入し、計量槽の圧力が8kl’c1分減
少するまで重合を行なった(第1段階)。
この時の重合体の極限粘度〔η〕は26.1dヱ/gで
あった◎ その後すばやく系内のエチレンをパージし、温度を80
℃まで昇温し水素を8kMcm2・Gに張り込みついで
エチレンを全圧が10kMc−・Gになるまで張り込ん
で再び重合を開始した。
全圧が10kMCJjp−Gになるように連続的に導入
し計量槽の圧力が2ko/cII2分減少するまで重合
を行なった(第2段階)。
重合終了後、重合体スラリーをビーカーに移し、ヘキサ
ンを減圧除去し白色ポリエチレン62gを得た。
第1段階の生成ポリマー量は80重量部、第2段階の生
成ポリマー最は20重量部であり、全体のポリマーの極
限粘度〔η〕は14.5 d、e/。
であった。
この重合体を実施例1(C)に従って射出成形を行なっ
たところ、成形可能であった。物性評価の結果を第1表
に示した。
実施例5 実施例4(b)において第1段重合のエチレン計量槽の
圧力減少を8.5kalcn1分とすることおよび第2
段重合においてエチレン計量槽の圧力減少を1.501
012分とすることを除いては実施例4(b)と同様な
方法で重合を行ない、白色ポリエチレン63aを得た。
第1段階の生成ポリマー同は85重量部、第2段階の生
成ポリマー量は15重量部あり、全体のポリマーの極限
粘度は152 dl!/Qであった。
この重合体を実施例1(C)に従って射出成形を行なっ
たところ、成形可能であった。物性評価の結果を第1表
に示した。
実施例6 (a )固体触媒成分の製造 実施例1(a)において四塩化チタン2.00のかわり
にVO(OC2Hs ) 10.5(lおよび四塩化チ
タン2.0gを使用することを除いては、実施例1(a
)と同様の方法で触媒を製造した。得られた固体触媒成
分1gには7゜6ffi+7のバナジウムおよび30.
6fllOのチタンが含まれていた。
(b )重合 実施例1(b)と同様のオートクレーブを使用し、ヘキ
サン1000i、f!を入れ、トリエチルアルミニウム
1ミリモルおよび前記固体触媒成分10mgを加え、撹
拌しながら60℃に昇温した。ヘキサンの蒸気圧で1.
5k(+/cII2・Gになるが、エチレンを全圧10
kMcs2・Gになるまで張り込んで重合を開始した。
5iのエチレン計量槽よりオートクレーブの全圧が10
に!7/ca2・Gになるようにエチレンを連続的に導
入し、計量槽の圧力が8kQ/C1’分減少するまで重
合を行なった(第1段階)。
この時の重合体の極限粘度〔η〕は20.56i10で
あった。
その後ずばやく系内のエチレンをパージし、水素を7 
ka/―・Gに張り込みついでエチレンを全圧が10k
(1/cm2・Gになるまで張り込んで再び重合を開始
した。全圧が10kg/C12・Gになるように連続的
に導入し計量槽の圧力が2kQ/ca2分減少するまで
重合を行なった(第2段階)重合終了後、重合体スラリ
ーをビーカーに移し、ヘキサンを減圧除去し白色ポリエ
チレン60(+を得た。
第1段階の生成ポリマー聞は80重量部、第2段階の生
成ポリマー量は20重(3)部であり、全体のポリマー
の極限粘度〔η〕は13.86i/。
であった。
この重合体を実施例1(C)に従って、射出成形を行な
ったところ、成形可能であった。物性評価の結果を第1
表に示した。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 〔1〕135℃、デカリン中における極限粘度が10〜
    30dl/gであり、かつ少なくとも下記の2段階の重
    合反応によって得られる射出成形性の改良された超高分
    子量ポリエチレン組成物、(第1段階) 少なくともMg、Tiおよび/またはVを含有する固体
    触媒成分と有機金属化合物とよりなる触媒により、水素
    の不存在下または低められた水素濃度でエチレンを重合
    させ、135℃、デカリン中における極限粘度が12〜
    32dl/gのポリエチレンを50〜99.5重量部生
    成させる工程、(第2段階) 第1段階より高められた水素濃度下でエチレンを重合さ
    せることにより、ポリエチレン50〜0.5重量部生成
    させる工程。
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