WO2022113794A1 - ポリエチレンパウダー及び成形体 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to polyethylene powder and a molded product.
- Ultra-high molecular weight polyethylene powder is molded by various molding methods such as melt stretching, injection molding, extrusion molding, compression molding, etc., and is used in a wide variety of applications such as films, sheets, microporous films, fibers, foams, and pipes.
- polyethylene powder has been increasing for the use of microporous membranes and fibers, and in particular, the demand for it as a raw material for separators, which are important members such as lithium ion batteries and lead storage batteries, is rapidly expanding.
- Ultra-high molecular weight polyethylene powder has a high viscosity at the time of melting and is inferior in molding processability. Therefore, when producing a microporous film or high-strength fiber, wet extrusion is generally performed while dissolving in a predetermined solvent. Processing is used. During this wet extrusion process, if the dispersibility of the polyethylene powder in the solvent is poor, the high molecular weight body may be localized in the molded product, resulting in dimensional unevenness in width, thickness, etc., or unmelted matter. However, it leads to deterioration of the physical properties and appearance of the molded product. Therefore, it is required to improve the dispersibility of the polyethylene powder in the solvent.
- a microporous film manufactured using polyethylene powder when used as a separator for a battery, it has a function of separating the positive electrode and the negative electrode to prevent short circuits and allow only ions to pass through, and a hole when a large current flows. It has a shutdown function to block the permeation of ions by melting the part and prevent the battery reaction from running out of control, that is, a function to close the holes at a temperature lower than the temperature of thermal runaway, that is, a so-called fuse effect. Moreover, it is required to have high mechanical strength.
- Patent Document 1 by using a polyolefin resin containing an ultra-high molecular weight ethylene polymer having a specific extreme viscosity and melting point, the permeability is high, the heat shrinkage rate is small, and the mechanical strength and heat resistance are also excellent. Techniques for obtaining films and microporous films are disclosed.
- Patent Document 2 a polyethylene resin composition composed of an ethylene homopolymer having a specific melt flow rate, a specific molecular weight distribution, and a specific elution amount measured by cross fractionation chromatography is used for molding.
- a technique for obtaining a microporous film having excellent properties, high air permeability, and excellent mechanical strength is disclosed.
- an object of the present invention is to provide a polyethylene powder capable of achieving both excellent molding processability and high mechanical strength, and a microporous film having excellent dimensional stability and creep resistance. do.
- the present inventor has obtained a relaxation time T and a component of each component when the free induction decay curve obtained by the Carr Purcell Meiboom Gill method is approximated by three components in pulse NMR. It has been found that a polyethylene powder having a ratio R satisfying a predetermined relationship can solve the above-mentioned problems of the prior art, and has completed the present invention. That is, the present invention is as follows.
- the present invention it is possible to provide a polyethylene powder capable of achieving both excellent molding processability and high mechanical strength, and a microporous film having excellent dimensional stability and creep resistance.
- Tangle index T ⁇ ⁇ R ⁇ / (R ⁇ + R ⁇ ) + T ⁇ ⁇ R ⁇ / (R ⁇ + R ⁇ ) ⁇ ⁇ ⁇ (Equation I)
- T ⁇ Relaxation time (ms) of hypokinetic component ⁇
- R ⁇ Absence ratio (%) of hypokinetic component ⁇
- T ⁇ Relaxation time of intermediate component ⁇ (ms)
- R ⁇ Presence ratio (%) of intermediate component ⁇ ⁇ Requirement (2)>
- the ratio of intermediate components determined by the following (Formula II) is 0.25 or more and 0.5 or less.
- the polyethylene powder of the present embodiment (hereinafter, may be simply referred to as “powder”) is composed of an ethylene-based polymer.
- the ethylene-based polymer include an ethylene homopolymer and a copolymer of ethylene and another comonomer capable of copolymerizing with ethylene (for example, a binary or ternary copolymer).
- the bonding form of the copolymer may be random or block.
- the other comonomer is not particularly limited, and examples thereof include ⁇ -olefins and vinyl compounds.
- the other comonomer may be used alone or in combination of two or more.
- the ⁇ -olefin is not particularly limited, and examples thereof include ⁇ -olefins having 3 to 20 carbon atoms, and specific examples thereof include propylene, 1-butene, 4-methyl-1-pentene, 1-hexene, and 1. -Ocene, 1-nonene, 1-decene, 1-undecene, 1-dodecene, 1-tridecene, 1-tetradecene and the like can be mentioned.
- the other comonomer is preferably propylene and / or 1-butene from the viewpoint of further improving the heat resistance and strength of the microporous membrane.
- the vinyl compound is not particularly limited, and examples thereof include vinylcyclohexane, styrene, and derivatives thereof. Further, as another comonomer, a non-conjugated polyene such as 1,5-hexadiene or 1,7-octadien may be used, if necessary.
- a known index for estimating the entanglement of molecular chains in polyethylene powder is the evaluation of dynamic viscoelasticity.
- dynamic viscoelasticity since the degree of entanglement of molecular chains is evaluated from the responsiveness when stress is applied to the resin, it is possible to obtain the average degree of entanglement of the molecular chains of the entire resin.
- the present inventor has 180 as an index capable of separately evaluating the entangled components of a plurality of molecular chains existing in the resin in order to identify a raw material suitable for a molded product having well-controlled physical properties such as mechanical properties and molding processability.
- the degree of entanglement of the polyethylene powder was accurately evaluated by using the entanglement index calculated from the measurement of pulse NMR at ° C and the ratio of the intermediate components in combination.
- the Carr Purcell Meiboom Gill method which is a measurement method suitable for evaluating the motility of a polymer in which the movement of a molecular chain is active, for example, a polymer such as a rubber state, was used.
- the relaxation time T and the component ratio R of each component are the following ⁇ requirements (1)> and ⁇ requirements (requirements (1)> and ⁇ requirements (requirements). It has been found that the polyethylene powder satisfying 2)> at the same time is surprisingly suitable as a raw material for a microporous membrane from the viewpoint of mechanical properties and moldability.
- the range of the entanglement index determined by the above (formula I) at 180 ° C. is 12 ms or more and 25 ms or less, preferably 13 ms or more and 22 ms or less, and more preferably 14 ms or more and 20 ms or less.
- the polyethylene powder of the present embodiment is approximated by three components to the free induction decay curve obtained by the Carr Circuit Membrane Gill method in pulse NMR, the molecular chains of the low motility component ⁇ are strongly entangled in the polyethylene powder. It corresponds to a portion and is considered to be a component that easily remains in the microporous film without being melted in the molding process.
- the intermediate component ⁇ in the polyethylene powder of the present embodiment corresponds to a portion where the molecular chains are weaker and entangled than the hypokinetic component ⁇ , and is considered to be a component that is easily melted in the molding process. Further, the stronger the degree of entanglement of each component, the smaller the value of the relaxation time T.
- the entanglement index obtained by the above formula (I) at 180 ° C. is 12 ms or more, the stress remaining after the molding process is reduced, so that a microporous film having excellent dimensional stability tends to be obtained. ..
- the entanglement index obtained by the above formula (I) at 180 ° C. is 25 ms or less, the degree of entanglement of the molecular chains in the polyethylene powder becomes strong, so that the microporous membrane obtained by molding has high mechanical strength. And tends to show excellent creep resistance.
- the intermediate component ratio at 180 ° C. obtained by the above (formula II) is 0.25. It is 0.5 or more, preferably 0.25 or more and 0.45 or less, and more preferably 0.3 or more and 0.4 or less.
- the ratio of the intermediate component at 180 ° C. determined by the above formula (II) is 0.25 or more, the molding processability of the polyethylene powder is improved, and a microporous film having an excellent appearance tends to be obtained.
- the ratio of the intermediate component at 180 ° C. is 0.5 or less, an appropriate amount of entanglement points of the molecular chains remain in the microporous membrane obtained by the molding process, so that stress can be easily propagated and resistance to resistance. It tends to have excellent creep properties.
- the degree of entanglement of the molecular chains of the polymer is strong, the mechanical strength of the obtained microporous membrane is improved, but the dispersibility of the molecular chains of the polymer is low, so that the moldability is deteriorated and the microporous membrane is deteriorated.
- unevenness such as thickness occurs. If the thickness of the microporous film is uneven as described above, a portion having a weak mechanical strength is generated, which tends to be a starting point of deterioration.
- the degree of entanglement of the molecular chains of the polymer is weak, the molding processability is good, but the mechanical strength is low.
- the strength of the degree of entanglement of the molecular chains of the polymer is well controlled, so that when a microporous membrane is manufactured, it is possible to improve both the mechanical strength and the moldability. Become.
- the mechanical strength is high and stress is easily propagated, resulting in excellent creep resistance, but the dimensions are large due to the large residual stress. Stability tends to deteriorate. Deterioration of dimensional stability leads to short circuit and deterioration when a microporous membrane is used as a battery separator.
- the polyethylene powder of the present embodiment has a well-controlled amount of entanglement points of the molecular chains of the polymer, it is possible to have excellent dimensional stability and sufficient mechanical strength and creep resistance.
- the entanglement index at 180 ° C. determined by the formula (I) and the intermediate component ratio determined by the formula (II) to show values within the above-mentioned predetermined ranges, in the polyethylene powder, It is necessary that the degree of entanglement of the strongly entangled molecular chains has a certain strength and the proportion of the weakly entangled molecular chains is large.
- the characteristics of the polyethylene powder that satisfies these requirements include the inclusion of a plurality of polymer components having different entangled states.
- the state of the catalyst may be changed during the polymerization of polyethylene, or the polymerization behavior may be changed.
- Examples thereof include a method of mixing a plurality of catalyst components that are significantly different from each other. Specifically, a polymerization catalyst having large pores and containing a fragile carrier is used, and after polymerization under high pressure conditions in the first half of the polymerization, the slurry concentration in the polymerizer is set to 40% by mass or more.
- the stirring speed in the polymerizer is set to 300 rpm or more, and a plurality of catalysts having significantly different distributions of active species on the carrier surface are mixed. And so on.
- the amount of the active species supported in the pores is increased, and in the polymerization reaction of polyethylene, in the pores.
- the polymerization of polyethylene can be promoted. Further, in the space inside the narrow pores, the molecular chains of the growing polyethylene are easily interlaced with each other, so that it is possible to polymerize a component having a strong degree of entanglement of the molecular chains.
- the carrier used for the polymerization catalyst a fragile structure, the catalyst becomes fragile during the polymerization of polyethylene due to the pressure increase in the pores accompanying the growth of the molecular chain of polyethylene.
- the pulse NMR measurement applied to the measurement of the polyethylene powder of the present embodiment is performed by the following method.
- a sample tube filled with polyethylene powder to a height of 1 cm from the bottom was put into a Bruker TD-NMR device (model: minispec mq20) set so that the internal temperature of the sample tube was 30 ° C., and the following was performed.
- the temperature of the sample tube is raised according to the ⁇ heating conditions> shown.
- the temperature shown in the following ⁇ heating condition> is a value obtained by measuring the internal temperature of the sample with a thermocouple.
- ⁇ High temperature conditions> (1) Set to 30 ° C and let stand for 5 minutes. (2) The temperature is raised to 180 ° C. at a rate of 5 ° C./min.
- the free induction decay obtained by pulse NMR measurement can be expressed by an exponential function. Therefore, also in this measurement, the obtained free induction decay can be fitted as the sum of three different components represented by an exponential function as shown in the above ⁇ Equation 1>. It is also known that the decay rate of free induction decay becomes slower as the motility of 1 H is higher, that is, the motility of the molecular chain is higher. Since the relaxation time T in each exponential function has a relationship of T ⁇ ⁇ T ⁇ ⁇ T ⁇ , the component with the lowest motility is ⁇ , the component with intermediate motility is ⁇ , and the component with the highest motility is It was set to ⁇ .
- the component ⁇ corresponds to the portion where the molecular chains are strongly entangled in the polyethylene powder
- the component ⁇ corresponds to the portion where the molecular chains are weakly entangled
- the component ⁇ is the portion where the molecular chains are not entangled. More specifically, the entanglement index and the intermediate component ratio at 180 ° C. of the present embodiment can be measured by the method described in Examples.
- the polyethylene powder of the present embodiment has the abundance ratio of the low motility component ⁇ at 180 ° C. with respect to the abundance ratio R of the component obtained by approximating the free induction decay curve obtained by the Carr Pulcell Meiboom Gil method by three components in pulse NMR.
- the range of the rate of change is preferably ⁇ 5% or more and 10% or less, more preferably ⁇ 2% or more and 8% or less, and further preferably 0% or more and 6% or less.
- the rate of change in the abundance ratio of the low motility component in the polyethylene powder of the present embodiment at 180 ° C. is determined by the following method.
- the free induction decay (FID) obtained by the first measurement and the fourth measurement is described.
- Curve fitting is performed using Bruker's analysis program TD-NMR-A. The function shown in the above ⁇ Equation 1> is used for fitting. From the abundance ratio R obtained by fitting, the rate of change (%) of the abundance ratio of the hypokinetic component is calculated by the following (formula III).
- This rate of change shows a negative value when the molecular chains of the components having strong entanglement are unentangled under heating conditions, and shows a positive value when the molecular chains of the components having weak entanglement are strongly entangled. Since the rate of change in the abundance ratio of the above-mentioned low motility component is -5% or more, the component having strong entanglement tends to remain even after molding, and the microporous film having more excellent mechanical strength and creep resistance. Can be obtained.
- the rate of change in the abundance ratio of the above-mentioned hypokinetic component is 10% or less, the ratio of weakly entangled molecular chains and non-entangled molecular chains can be maintained at a certain level or more, and the molding processability is improved. It tends to be excellent.
- the rate of change in the abundance ratio of the low motility component of the polyethylene powder of the present embodiment at 180 ° C. can be measured by the method described in Examples.
- the rate of change in the abundance ratio of the low motility component of the polyethylene powder of the present embodiment at 180 ° C. can be controlled within the above numerical range by adjusting the concentration and temperature at the time of synthesizing the catalyst carrier to a certain value or more. ..
- the polyethylene powder of the present embodiment has the abundance ratio of the highly motility component at 180 ° C. with respect to the abundance ratio R of the component obtained by approximating the free induction decay curve obtained by the Carr Pulcell Meiboom Gil method by three components in pulse NMR.
- the range of the rate of change is preferably 50% or less, more preferably 10% or less, and further preferably 5% or less. Further, the lower limit value is not particularly limited and is usually 0% or more.
- the rate of change in the abundance ratio of the highly motility component in the polyethylene powder of the present embodiment is determined by the following method.
- the free induction decay (FID) obtained by the first measurement and the fourth measurement is described.
- Curve fitting is performed using Bruker's analysis program TD-NMR-A. The function shown in the above ⁇ Equation 1> is used for fitting. From the abundance ratio R obtained by fitting, the rate of change (%) of the highly motility component shown in the following (formula IV) is calculated.
- the rate of change in the abundance ratio of the highly motility component of the polyethylene powder of the present embodiment at 180 ° C. can be measured by the method described in Examples.
- the rate of change in the abundance ratio of the highly motility component of the polyethylene powder of the present embodiment at 180 ° C. can be controlled within the above numerical range by adjusting the slurry concentration and stirring speed at the time of polymerization to an appropriate range. ..
- the polyethylene powder of the present embodiment has an isothermal crystallization time of preferably 5 minutes or less, more preferably 4.5 minutes or less, and further preferably 4 minutes or less. Further, the lower limit of the isothermal crystallization time is not particularly limited, and is usually 0 minutes or more.
- the isothermal crystallization time of the polyethylene powder of the present embodiment at 125 ° C. is determined by the following method using a differential scanning calorimeter (DSC).
- DSC differential scanning calorimeter
- the time when the peak top of the exothermic peak due to crystallization is obtained is defined as the isothermal crystallization time at 125 ° C. Since the isothermal crystallization time at 125 ° C. described above is 5 minutes or less, the components having entanglement of molecular chains are likely to be uniformly present in the molded body, so that stress is easily propagated and the creep resistance is more excellent. A microporous membrane can be obtained.
- the isothermal crystallization time of the polyethylene powder of the present embodiment at 125 ° C. As a method for controlling the isothermal crystallization time of the polyethylene powder of the present embodiment at 125 ° C., a method of uniformly supporting the active point on the carrier of the catalyst used in the polymerization step of the polyethylene powder, or a method of uniformly supporting the temperature in the polymerization reactor. The method of adjusting to is mentioned. Specifically, the isothermal crystallization time of the polyethylene powder of the present embodiment at 125 ° C. can be measured by the method described in Examples.
- the viscosity average molecular weight (Mv) of the polyethylene powder of the present embodiment is preferably 200,000 or more and 10,000,000 or less, more preferably 250,000 or more and 3,000,000 or less, and even more preferably. It is 300,000 or more and 2,000,000 or less.
- the viscosity average molecular weight (Mv) of the polyethylene powder can be controlled within the above numerical range by appropriately adjusting the polymerization conditions and the like described later. Specifically, the viscosity average molecular weight (Mv) can be controlled within the above numerical range by allowing hydrogen as a chain transfer agent in the polymerization system or changing the polymerization temperature.
- the microporous membrane containing the polyethylene powder of the present embodiment has sufficient mechanical strength.
- the viscosity average molecular weight (Mv) is 10,000,000 or less, the polyethylene powder of the present embodiment tends to be excellent in molding processability such as dispersibility and stretchability in a solvent. Therefore, the microporous film formed by using the polyethylene powder of the present embodiment has less uneven thickness and less unmelted matter, is less likely to deteriorate, and has an excellent appearance.
- the polyethylene powder of the present embodiment has a median diameter range of preferably 50 ⁇ m or more and 250 ⁇ m or less, more preferably 60 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less, and even more preferably 70 ⁇ m or more and 150 ⁇ m or less.
- the median diameter of the polyethylene powder of the present embodiment is a particle diameter (D50) at which the cumulative mass is 50%.
- D50 particle diameter
- the median diameter of the polyethylene powder of the present embodiment when the median diameter is 250 ⁇ m or less, the plasticizer is easily impregnated into the polyethylene powder, and the molding processability tends to be improved.
- a method for controlling the median diameter of the polyethylene powder of the present embodiment within the above numerical range for example, a method for controlling the particle size of the polymerization catalyst or a method in which the polymerization reaction proceeds rapidly (hereinafter, referred to as rapid polymerization).
- rapid polymerization There is a method of adjusting the polymerization conditions described later so as to suppress the above.
- the median diameter of the polyethylene powder of this embodiment can be measured by the method described in Examples described later.
- the method for producing the polyethylene powder of the present embodiment will be described below.
- the catalyst component used for producing the ethylene-based polymer constituting the polyethylene powder of the present embodiment is not particularly limited, and is produced by the method described in Japanese Patent No. 5782558 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2019-19265. It is possible to use Ziegler-Natta catalysts and metallocene catalysts. In particular, it is preferable to use a Ziegler-Natta catalyst.
- the Cheegler-Natta catalyst used in the production of the polyethylene powder of the present embodiment is composed of, for example, a solid catalyst component [A] and an organic metal compound component [B], and the solid catalyst component [A] is the following (formula i).
- A-3) includes an organic magnesium compound (A-4) soluble in an inert hydrocarbon solvent represented by the following (formula iii) and a titanium compound (A-5) represented by the following (formula iv).
- a catalyst for olefin polymerization produced is preferable.
- M 1 is a metal atom belonging to any one selected from the group consisting of groups 12, 13 and 14 of the periodic table, and R 1 , R 2 and R 3 have 2 carbon atoms, respectively. It is a hydrocarbon group of 20 or less, and ⁇ , ⁇ , e, f and g are real numbers satisfying the following relationship.
- the organic magnesium compound (A-1) is shown in the form of a complex of organic magnesium soluble in an inert hydrocarbon solvent, but all of the dihydrocarbylmagnesium compounds and complexes of this compound with other metal compounds. It includes.
- the hydrocarbon groups represented by R 1 and R 2 are not particularly limited, but are, for example, independently alkyl groups, cycloalkyl groups or aryl groups, for example, methyl and ethyl. , Propyl, butyl, propyl, hexyl, octyl, decyl, cyclohexyl, phenyl group and the like.
- R 1 and R 2 are preferably alkyl groups, respectively.
- a metal atom belonging to any of the groups consisting of the 12th group, the 13th group and the 14th group of the periodic table can be used, and for example, zinc, boron, aluminum and the like can be used. Can be mentioned. Aluminum and zinc are particularly preferable.
- the ratio of magnesium to the metal atom M 1 is not particularly limited to ⁇ / ⁇ , but is preferably 0.1 or more and 30 or less, and more preferably 0.5 or more and 10 or less.
- R 1 and R 2 are a secondary or tertiary alkyl group having 4 or more and 6 or less carbon atoms.
- both R 1 and R 2 have 4 or more and 6 or less carbon atoms, and at least one of them is a secondary or tertiary alkyl group.
- R 1 and R 2 are alkyl groups having different carbon atoms.
- R 1 is an alkyl group having 2 or 3 carbon atoms
- R 2 is an alkyl group having 4 or more carbon atoms.
- R 1 and R 2 are hydrocarbon groups having 6 or more carbon atoms. It is preferably an alkyl group having a sum of carbon atoms contained in R 1 and R 2 of 12 or more.
- the secondary or tertiary alkyl group having 4 or more and 6 or less carbon atoms in the group (1) include 1-methylpropyl, 2-methylpropyl, 1,1-dimethylethyl, 2-methylbutyl and 2-ethyl.
- examples thereof include propyl, 2,2-dimethylpropyl, 2-methylpentyl, 2-ethylbutyl, 2,2-dimethylbutyl, 2-methyl-2-ethylpropyl group and the like.
- a 1-methylpropyl group is preferable.
- examples of the alkyl group having 2 or 3 carbon atoms in the group (2) include ethyl, 1-methylethyl, propyl group and the like. Ethyl groups are particularly preferred.
- the alkyl group having 4 or more carbon atoms is not particularly limited, and examples thereof include butyl, pentyl, hexyl, heptyl, and octyl groups. In particular, butyl and hexyl groups are preferable.
- the hydrocarbon group having 6 or more carbon atoms in the group (3) is not particularly limited, and examples thereof include hexyl, heptyl, octyl, nonyl, decyl, phenyl, and 2-naphthyl groups.
- an alkyl group is preferable, and among the alkyl groups, a hexyl and an octyl group are more preferable.
- the organic magnesium compound (A-1) is used as an inert hydrocarbon solution, but the solution contains or remains a trace amount of Lewis basic compounds such as ethers, esters, and amines. Can be used without any problem.
- the alkoxy group (OR 3 ) in (formula i) of the organic magnesium compound (A-1) will be described.
- the hydrocarbon group represented by R 3 an alkyl group or an aryl group having 1 or more and 12 or less carbon atoms is preferable, and an alkyl group or an aryl group having 3 or more and 10 or less carbon atoms is more preferable.
- the R3 is not particularly limited, and is , for example, methyl, ethyl, propyl, 1-methylethyl, butyl, 1-methylpropyl, 1,1-dimethylethyl, pentyl, hexyl, 2-methylpentyl, 2-ethylbutyl, and the like.
- Examples thereof include 2-ethylpentyl, 2-ethylhexyl, 2-ethyl-4-methylpentyl, 2-propylheptyl, 2-ethyl-5-methyloctyl, octyl, nonyl, decyl, phenyl, naphthyl groups and the like.
- butyl, 1-methylpropyl, 2-methylpentyl, and 2-ethylhexyl groups are more preferred.
- the method for synthesizing the organic magnesium compound (A-1) is not particularly limited, but for example, the formula: R 1 MgX 1 and the formula: R 1 2 Mg (R 1 is as described above, and X 1 is a halogen atom. ), And the formula: M 1 R 2 k and the formula: M 1 R 2 (k-1) H (M 1 , R 2 and k are as described above). Any organic metal compound belonging to the group consisting of the above is reacted in an inert hydrocarbon solvent at a temperature of 25 ° C. or higher and 150 ° C. or lower, and if necessary, subsequently R 2 (R 2 is as described above).
- the order of the reactions is not particularly limited, and the method of adding the alcohol to the organic magnesium compound, the alcohol Either a method of adding an organic magnesium compound to the water or a method of adding both at the same time can be used.
- the reaction ratio of the organic magnesium compound soluble in the inert hydrocarbon solvent to the alcohol is not particularly limited, but the molar composition ratio of the alkoxy group to the total metal atom in the alkoxy group-containing organic magnesium compound obtained as a result of the reaction: g / ( ⁇ + ⁇ ) is 0 ⁇ g / ( ⁇ + ⁇ ) ⁇ 2, and 0 ⁇ g / ( ⁇ + ⁇ ) ⁇ 1 is preferable.
- the chlorinating agent (A-2) is represented by (formula ii), and at least one is a silicon chloride compound having a Si—H bond.
- (Equation ii) (In the formula ii, R 4 is a hydrocarbon group having 1 or more carbon atoms and 12 or less carbon atoms, and h and i are real numbers satisfying the following relationship. 0 ⁇ h, 0 ⁇ i, 0 ⁇ h + i ⁇ 4)
- the hydrocarbon group represented by R4 is not particularly limited, and examples thereof include an aliphatic hydrocarbon group, an alicyclic hydrocarbon group, and an aromatic hydrocarbon group. Examples thereof include methyl, ethyl, propyl, 1-methylethyl, butyl, pentyl, hexyl, octyl, decyl, cyclohexyl, phenyl group and the like. In particular, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms is preferable, and an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms such as methyl, ethyl, propyl and 1-methylethyl groups is more preferable. Further, h and i are numbers larger than 0 that satisfy the relationship of h + i ⁇ 4, and i is preferably 2 or more and 3 or less.
- the chlorinating agent (A-2) is not particularly limited, but is, for example, HSiCl 3 , HSiCl 2 CH 3 , HSiCl 2 C 2 H 5 , HSiCl 2 (C 3 H 7 ), HSiCl 2 (2-C 3 H).
- a silicon chloride compound composed of these compounds or a mixture of two or more kinds selected from these compounds is used.
- HSiCl 3 , HSiCl 2 CH 3 , HSiCl (CH 3 ) 2 , and HSiCl 2 (C 3 H 7 ) are preferable, and HSiCl 3 and HSiCl 2 CH 3 are more preferable.
- the chlorinating agent (A-2) is previously added to an inert hydrocarbon solvent, chlorinated hydrocarbons such as 1,2-dichloroethane, o-dichlorobenzene and dichloromethane, and ether solvents such as diethyl ether and tetrahydrofuran.
- chlorinated hydrocarbons such as 1,2-dichloroethane, o-dichlorobenzene and dichloromethane
- ether solvents such as diethyl ether and tetrahydrofuran.
- an inert hydrocarbon solvent in terms of catalyst performance.
- the reaction ratio between the organic magnesium compound (A-1) and the chlorinating agent (A-2) is not particularly limited, but the silicon atom contained in (A-2) with respect to 1 mol of magnesium atom contained in (A-1).
- the mol number of the above is preferably 0.01 mol or more and 100 mol or less, and more preferably 0.1 mol or more and 10 mol or less.
- the reaction method between the organic magnesium compound (A-1) and the chlorinating agent (A-2) is not particularly limited, and (A-1) and (A-2) are simultaneously introduced into the reactor and reacted.
- the method of simultaneous addition the method of introducing (A-1) into the reactor after charging (A-2) in advance, or the method of introducing (A-1) into the reactor in advance, or after charging (A-1) into the reactor (A-).
- Any method of introducing 2) into the reactor can be used.
- a method in which (A-2) is charged into the reactor in advance and then (A-1) is introduced into the reactor is preferable.
- the carrier (A-3) obtained by the above reaction is separated by filtration or decantation method, and then thoroughly washed with an inert hydrocarbon solvent to remove unreacted substances or by-products. ..
- the reaction temperature between the organic magnesium compound (A-1) and the chlorinating agent (A-2) is not particularly limited, but is 75 ° C. or higher from the viewpoint of enlarging the pores of the carrier (A-3) and making it easily cracked.
- the temperature is preferably 150 ° C. or lower, more preferably 80 ° C. or higher and 120 ° C. or lower, and further preferably 80 ° C. or higher and 100 ° C. or lower.
- the temperature of the reactor is adjusted to a predetermined temperature in advance, and the simultaneous addition is performed in the reactor. It is preferable to adjust the temperature to a predetermined temperature.
- the temperature of the reactor charged with the chlorinating agent (A-2) is adjusted to a predetermined temperature. It is preferable to adjust the temperature inside the reactor to a predetermined temperature while introducing the organic magnesium compound (A-1) into the reactor.
- the temperature of the reactor charged with (A-1) is adjusted to a predetermined temperature, and (A) is charged. It is preferable to adjust the temperature inside the reactor to a predetermined temperature while introducing -2) into the reactor.
- the concentration (magnesium concentration) of (A-1) in the reaction system of the organic magnesium compound (A-1) and the chlorinating agent (A-2) is not particularly limited, but the pores of the carrier (A-3). It is preferably 0.8 mol / L or more and 2.5 mol / L or less, and more preferably 1.0 mol / L or more and 2.0 mol / L or less, from the viewpoint of increasing the size and making it easy to crack.
- (A-4) the one represented by the above-mentioned (formula iii) is preferable.
- (Equation iii) (In the formula iii, M 2 is a metal atom belonging to any one selected from the group consisting of the 12th group, the 13th group and the 14th group of the periodic table, and R 4 and R 5 have 2 or more and 20 or less carbon atoms.
- c is 2, Y 1 may be different), and is one of ⁇ -ketoic acid residues, ⁇ , ⁇ , a, b and c is a real number that satisfies the following relationship.
- n ⁇ + 2 ⁇ a + b + c (where n represents the valence of M 2 ). .)
- the temperature of the reaction between the organic magnesium compound (A-4) and the titanium compound (A-5) is not particularly limited, but is preferably -80 ° C or higher and 150 ° C or lower, and -40 ° C or higher and 100 ° C or lower. It is more preferable to have.
- the concentration of the organic magnesium compound (A-4) at the time of use is not particularly limited, but is preferably 0.1 mol / L or more and 2 mol / L or less based on the magnesium atom contained in the organic magnesium compound (A-4). , 0.5 mol / L or more and 1.5 mol / L or less is more preferable. It is preferable to use an inert hydrocarbon solvent for diluting the organic magnesium compound (A-4).
- the titanium compound (A-5) is a titanium compound represented by the following formula iv. (A-5): Ti (OR 9 ) d X 1 (4-d) ... (Equation iv) (In the formula iv, d is a real number of 0 or more and 4 or less, R 9 is a hydrocarbon group having 1 or more carbon atoms and 20 or less carbon atoms, and X 1 is a halogen atom.)
- d is preferably 0 or more and 1 or less, and d is more preferably 0.
- the hydrocarbon group represented by R9 in (formula iv) is not particularly limited, and for example, methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl, 2 -ethylhexyl, heptyl, octyl, decyl, allyl group and the like. Examples thereof include aliphatic hydrocarbon groups; alicyclic hydrocarbon groups such as cyclohexyl, 2-methylcyclohexyl and cyclopentyl groups; aromatic hydrocarbon groups such as phenyl and naphthyl groups.
- an aliphatic hydrocarbon group is preferable.
- the halogen represented by X 1 is not particularly limited, and examples thereof include chlorine, bromine, and iodine. Chlorine is particularly preferred.
- the amount of the titanium compound (A-5) used is not particularly limited, but from the viewpoint of increasing the amount of the carrier carried in the pores, the molar ratio of titanium to the magnesium atom contained in the carrier (A-3) (Ti / Mg). ), 0.15 or more and 20 or less are preferable, and 0.2 or more and 10 or less are more preferable.
- the reaction temperature of the titanium compound (A-5) is not particularly limited, but is preferably ⁇ 80 ° C. or higher and 150 ° C. or lower, and more preferably ⁇ 40 ° C. or higher and 100 ° C. or lower.
- the method of supporting the titanium compound (A-5) on the carrier (A-3) is not particularly limited, and a method of reacting an excess titanium compound (A-5) with the carrier (A-3) or a third method.
- a method for efficiently supporting the titanium compound (A-5) may be used.
- a method of supporting the titanium compound (A-5) on the carrier (A-3) by reacting it with the organic magnesium compound (A-4) is preferable.
- the order of addition of the organic magnesium compound (A-4) and the titanium compound (A-5) to the carrier (A-3) is not particularly limited, and the organic magnesium compound (A-4) is followed by the titanium compound (A-5).
- the organic magnesium compound (A-4) is added after the titanium compound (A-5), and the organic magnesium compound (A-4) and the titanium compound (A-5) are added at the same time.
- the method may be used. In particular, a method of adding the organic magnesium compound (A-4) and the titanium compound (A-5) at the same time is preferable.
- the reaction between the organic magnesium compound (A-4) and the titanium compound (A-5) is carried out in an inert hydrocarbon solvent, but it is preferable to use an aliphatic hydrocarbon solvent such as hexane or heptane.
- the catalyst obtained as described above is used as a slurry solution using an inert hydrocarbon solvent.
- a thickener is added and the pressure difference between the transfer source and the transfer destination is controlled to be small. It is preferable to do so.
- the above-mentioned thickener is not particularly limited, but saturated hydrocarbons are preferable from the viewpoint of maintaining the performance of the catalyst, and specific examples thereof include liquid paraffin and polyolefin wax.
- the pressure difference between the transfer source and the transfer destination is not particularly limited, but is preferably 0.1 MPa or more and 0.5 MPa or less, and more preferably 0.1 MPa or more and 0.3 MPa or less.
- the organometallic compound component [B] used as a catalyst component in the polymerization of the polyethylene powder of the present embodiment will be described.
- a solid catalyst for highly active polymerization can be obtained by combining the above-mentioned solid catalyst component [A] and the organic metal compound component [B].
- the organometallic compound component [B] is sometimes referred to as a "co-catalyst".
- the organic metal compound component [B] is preferably a compound containing any metal belonging to the group consisting of Group 1, Group 2, Group 12 and Group 13 of the Periodic Table, and particularly organic aluminum. Compounds and / or organic magnesium compounds are preferred.
- organoaluminum compound it is preferable to use the compound represented by the following (formula v) alone or in combination.
- Equation v) (In the formula v, R 10 is a hydrocarbon group having 1 or more and 20 or less carbon atoms, Z 1 is any group belonging to the group consisting of hydrogen, halogen, alkoxy, allyloxy, and siloxy groups, and j is 2 or more and 3 or less. Is the number of.)
- the hydrocarbon group represented by R10 and having 1 to 20 carbon atoms is not particularly limited, and for example, an aliphatic hydrocarbon, an aromatic hydrocarbon, or an alicyclic hydrocarbon can be used. Included are, specifically, trimethylaluminum, triethylaluminum, tripropylaluminum, tributylaluminum, tri (2-methylpropyl) aluminum (or triisobutylaluminum), tripentylaluminum, tri (3-methylbutyl).
- Trialkylaluminum such as aluminum, trihexylaluminum, trioctylaluminum, tridecylaluminum; halogenation of diethylaluminum chloride, ethylaluminum dichloride, bis (2-methylpropyl) aluminum chloride, ethylaluminum sesquichloride, diethylaluminum bromide, etc.
- Aluminum compounds such as diethylaluminum ethoxide and bis (2-methylpropyl) aluminum butoxide; siroxyaluminum compounds such as dimethylhydrosiloxyaluminum dimethyl, ethylmethylhydrosiloxyaluminum diethyl and ethyldimethylsiloxyaluminum diethyl and mixtures thereof. Is mentioned as preferable. In particular, trialkylaluminum compounds are more preferred.
- an organic magnesium compound that is soluble in the inert hydrocarbon solvent represented by the above formula (i) is preferable.
- the ⁇ , ⁇ , e, f, g, M 1 , R 1 , R 2 , and OR 3 in the above formula (i) have already been described, but this organic magnesium compound is dissolved in an inert hydrocarbon solvent. Since higher properties are preferable, ⁇ / ⁇ is preferably in the range of 0.5 to 10, and compounds in which M 1 is aluminum are more preferable.
- the method of adding the solid catalyst component [A] and the organometallic compound component [B] into the polymerization system under the polymerization conditions is not particularly limited, and both may be added separately into the polymerization system in advance. After reacting both, it may be added into the polymerization system.
- the ratio of the two to be combined is not particularly limited, but the organometallic compound component [B] is preferably 1 mmol or more and 3000 mmol or less with respect to 1 g of the solid catalyst component [A].
- Examples of the polymerization method of the ethylene-based polymer constituting the polyethylene powder of the present embodiment include a method of polymerizing ethylene by a suspension polymerization method or a vapor phase polymerization method, or a method of copolymerizing ethylene and a comonomer. Among these, a suspension polymerization method capable of efficiently removing heat of polymerization is preferable.
- an inert hydrocarbon medium can be used as the solvent, and the olefin itself can also be used as the solvent.
- the inert hydrocarbon medium is not particularly limited, and is, for example, an aliphatic hydrocarbon such as propane, butane, isobutane, pentane, isopentane, hexane, heptane, octane, decane, dodecane, kerosene; cyclopentane, cyclohexane, methyl.
- Alicyclic hydrocarbons such as cyclopentane; aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene and xylene; halogenated hydrocarbons such as ethyl chloride, chlorbenzene and dichloromethane or mixtures thereof and the like can be mentioned.
- the method of adding the above-mentioned [catalyst component] into the polymerization reactor is not particularly limited, but the component having a strong entanglement of molecular chains. From the viewpoint of polymerizing in the catalyst pores and making the catalyst fragile in the polymerization system, it is preferable to add a [catalyst component] that has been prepolymerized in advance.
- the polymerization temperature of the ethylene polymer in the method for producing polyethylene powder of the present embodiment is preferably 40 ° C. or higher and 100 ° C. or lower, more preferably 45 ° C. or higher and 95 ° C. or lower, and even more preferably 50 ° C. It is 90 ° C. or higher and 90 ° C. or lower.
- the polymerization temperature is 40 ° C. or higher, industrially efficient production becomes possible.
- the polymerization temperature is 100 ° C. or lower, it is possible to suppress the massive scale generated by melting a part of the polymer, and continuous and stable production is possible without clogging the piping.
- the polymerization pressure of the ethylene-based polymer in the method for producing polyethylene powder of the present embodiment is preferably normal pressure or more and 2 MPaG or less, more preferably 0.2 MPaG or more and 1.5 MPaG or less, and even more preferably 0. It is 3 MPaG or more and 0.9 MPaG or less.
- the polymerization pressure is equal to or higher than normal pressure, industrially efficient production becomes possible.
- the polymerization pressure is 2 MPaG or less, stable production tends to be possible without generating massive scale due to rapid polymerization in the polymerization reactor.
- an antistatic agent such as Stadis or STATSAFE manufactured by Innospec (distributor Maruwa Bussan) is used in order to suppress static electricity adhesion of the polymer to the polymerization reactor. You can also do it.
- the antistatic agent such as Stadis and STATSAFE
- a diluted solution in an inert hydrocarbon medium can be added to the polymerization reactor by a pump or the like.
- the antistatic agent can be added in advance to the solid catalyst, added to the polymerization reactor, or the like, and the amount of the antistatic agent added is based on the production amount of the ethylene-based polymer per unit time. It is preferably 1 ppm or more and 500 ppm or less, and more preferably 10 ppm or more and 100 ppm or less.
- the molecular weight of the ethylene-based polymer can be adjusted by allowing hydrogen to be present in the polymerization system, changing the polymerization temperature, or the like, as described in Japanese Patent Application Publication No. 3127133. .. Specifically, by adding hydrogen as a chain transfer agent into the polymerization system, the molecular weight of the ethylene-based polymer can be controlled within an appropriate range.
- the range of the molar fraction of hydrogen is preferably 0 mol% or more and 30 mol% or less, and more preferably 0 mol% or more and 25 mol% or less. Further, hydrogen can be added into the polymerization system from the catalyst introduction line after being brought into contact with the catalyst in advance.
- the concentration of the catalyst near the outlet of the introduction line becomes high, so that rapid polymerization proceeds and the possibility that a local high temperature state occurs increases.
- the initial activity of the catalyst can be suppressed, and the generation of massive scale due to rapid polymerization and the deactivation of the catalyst at high temperatures can be suppressed. can do.
- the range of the concentration of the polymerized slurry in the method for producing the ethylene-based polymer constituting the polyethylene powder of the present embodiment is preferably 30% by mass or more and 60% by mass or less from the viewpoint that the catalyst is easily cracked in the polymerization system. , More preferably 40% by mass or more and 50% by mass or less.
- the range of the stirring speed in the method for producing the ethylene polymer constituting the polyethylene powder of the present embodiment is preferably 300 rpm or more and 600 rpm or less, more preferably 400 rpm or more, from the viewpoint that the catalyst is easily cracked in the polymerization system. It is 500 rpm or less.
- the polymerization reaction may be carried out by any of a batch type, a semi-continuous type and a continuous type, and is preferably carried out by a continuous type.
- a continuous type By continuously supplying ethylene gas, solvent, catalyst, etc. into the polymerization system and continuously discharging it together with the generated ethylene polymer, it is possible to suppress a partial high temperature state due to a rapid ethylene reaction.
- the inside of the polymerization system becomes more stable.
- ethylene reacts in a uniform state in the system the formation of branches and double bonds in the polymer chain is suppressed, or low molecular weight components and super high molecular weight substances are suppressed by decomposition and cross-linking of the ethylene polymer.
- the polymerization reaction may be a single-stage polymerization method using one polymerization reactor or a multi-stage polymerization method in which two or more polymers connected in series are sequentially and continuously polymerized.
- the ethylene-based polymer is produced by the multi-stage polymerization method by the following method. First, the ethylene-based polymer X is produced in the first-stage polymerization reactor using the above-mentioned production conditions, and the ethylene-based polymer X extracted from the first-stage polymerization reactor is used in an intermediate flash tank. Unreacted ethylene, hydrogen, and comonomer (only when copolymerization is performed in the first-stage polymerization reactor) are separated.
- the range of the polymerization pressure in the first-stage polymerization reactor is preferably 0.6 MPaG or more and 2.0 MPaG or less from the viewpoint of polymerizing a component having a strong degree of molecular chain entanglement in the pores of the catalyst. It is preferably 0.7 MPaG or more and 1.5 MPaG or less, and even more preferably 0.8 MPaG or more and 1.0 MPaG or less.
- the range of the concentration of the polymerization slurry in the first-stage polymerization reactor is preferably 10% by mass or more and 30% by mass or less from the viewpoint of controlling the catalyst so as not to crack in the first-stage polymerization reactor. , More preferably 10% by mass or more and 20% by mass or less.
- the range of the stirring speed in the first-stage polymerization reactor is preferably 100 rpm or more and 300 rpm or less, more preferably 150 rpm or more, from the viewpoint of controlling the catalyst so as not to crack in the first-stage polymerization reactor. It is 250 rpm or less.
- the concentration range of the polymerization slurry in the second-stage polymerization reactor is preferably 30 mol% or more and 60 mol% or less, more preferably 40 mol% or more, from the viewpoint of making the catalyst easily cracked in the polymerization system. It is 50 mol% or less.
- the range of the stirring speed in the second-stage polymerization reactor is preferably 300 rpm or more and 600 rpm or less, and more preferably 400 rpm or more and 500 rpm or less, from the viewpoint of making the catalyst easily cracked in the polymerization system.
- the proportion of the ethylene-based polymer X contained in the polyethylene powder produced by the above-mentioned multi-stage polymerization method is such that the catalyst is used in the second-stage polymerization reactor. From the viewpoint of controlling the cracking, it is preferably 10% by mass or more and 50% by mass or less, more preferably 15% by mass or more and 45% by mass or less, and even more preferably 20% by mass or more and 40% by mass or less.
- the viscosity average molecular weight and the density were determined after measuring the physical property values of the ethylene polymer X extracted from the first-stage polymerization reactor and the polyethylene powder finally produced. It can be obtained from the production amount in each polymerization reactor based on the additive nature.
- the suspension containing the ethylene-based polymer constituting the polyethylene powder of the present embodiment is quantitatively extracted from the polymerization reactor, transferred to a flash tank, and unreacted ethylene, hydrogen, and comonomer (copolymerization in the reactor). (Only when done) is separated.
- Any of the decantation method, the centrifugal separation method, the filter filtration method and the like can be applied to the solvent separation method in the polymerization step of the polyethylene powder of the present embodiment, but the centrifugal separation method having good separation efficiency between the ethylene polymer and the solvent is used. More preferred.
- the method for deactivating the catalyst used in the polymerization step of the ethylene polymer constituting the polyethylene powder of the present embodiment is not particularly limited, but the catalyst is deactivated after the ethylene polymer and the solvent are separated. Is preferable. By introducing a chemical for inactivating the catalyst after separating the polyethylene powder from the solvent, it is possible to suppress the precipitation of low molecular weight components, catalyst components and the like contained in the solvent in the ethylene polymer. ..
- the agent that inactivates the catalyst include oxygen, water, alcohols, glycols, phenols, carbon monoxide, carbon dioxide, ethers, carbonyl compounds, and alkins.
- the drying step it is preferable to carry out a drying step after separating the ethylene-based polymer from the solvent.
- a drying step it is preferable to use a rotary kiln method, a paddle method, a fluidized dryer, or the like.
- the drying temperature is preferably 50 ° C. or higher and 150 ° C. or lower, and more preferably 70 ° C. or higher and 110 ° C. or lower. It is also effective to introduce an inert gas such as nitrogen into the dryer to promote drying. At that time, it is more effective to accompany steam or the like as a drug for inactivating the catalyst.
- the ethylene polymer constituting the polyethylene powder of the present embodiment After the ethylene polymer constituting the polyethylene powder of the present embodiment is dried, it may be sieved to remove the coarse powder.
- the polyethylene powder of the present embodiment may be a mixture of a plurality of polyethylene powders containing an ethylene-based polymer obtained by the above-mentioned production method. Further, if necessary, it may be used in combination with known additives such as slip agents, neutralizing agents, antioxidants, light-resistant stabilizers, antistatic agents, and pigments.
- the slip agent or neutralizing agent is not particularly limited, and examples thereof include aliphatic hydrocarbons, higher fatty acids, higher fatty acid metal salts, fatty acid esters of alcohols, waxes, higher fatty acid amides, silicone oils, and rosins.
- stearate such as calcium stearate, magnesium stearate, zinc stearate and the like can be mentioned as suitable additives.
- the antioxidant is not particularly limited, but for example, a phenol-based compound or a phenol-phosphoric acid-based compound is preferable. Specifically, 2,6-di-t-butyl-4-methylphenol (dibutylhydroxytoluene), n-octadecyl-3- (4-hydroki-3,5-di-t-butylphenyl) propionate, tetrakis.
- Phenolic antioxidants such as methane; 6- [3- (3-t-butyl-4-hydroxy-5-methyl) Phenyl) Propoxy] -2,4,8,10-tetra-t-butyldibenzo [d, f] [1,3,2]
- Phenolline-based antioxidants such as dioxaphosphepine; tetrakis (2,4) -Di-t-butylphenyl) -4,4'-biphenylene-di-phosphonite, tris (2,4-di-t-butylphenyl) phosphite, cyclic neopentanetetraylbis (2,4-t-) Examples thereof include phosphorus-based antioxidants such as butylphenylphosphite).
- the light-resistant stabilizer is not particularly limited, and is, for example, 2- (5-methyl-2-hydroxyphenyl) benzotriazole and 2- (3-t-butyl-5-methyl-2-hydroxyphenyl) -5-chloro.
- Phenyltriazole-based light-resistant stabilizers such as benzotriazole; bis (2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidin) sebacate, poly [ ⁇ 6- (1,1,3,3-tetramethylbutyl) amino- 1,3,5-triazine-2,4-diyl ⁇ ⁇ (2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl) imino ⁇ hexamethylene ⁇ (2,2,6,6-tetramethyl-4-)
- hindered amine-based light-resistant stabilizers such as piperidyl) imino ⁇ ].
- the antistatic agent is not particularly limited, and examples thereof include aluminosilicate, kaolin, clay, natural silica, synthetic silica, silicates, talc, diatomaceous earth, and the like, and glycerin fatty acid ester.
- the polyethylene powder of the present embodiment can be used as a raw material for various molded bodies such as microporous films, fibers, particularly high-strength fibers, sintered bodies, press-molded products, and lamb stamped products.
- molded bodies such as microporous films, fibers, particularly high-strength fibers, sintered bodies, press-molded products, and lamb stamped products.
- it is suitable as a raw material for a microporous membrane for a battery separator.
- the molded body of the present embodiment is the above-mentioned molded body of the polyethylene powder of the present embodiment.
- the molded body include a microporous film, particularly a microporous film which is a separator for a battery, a fiber, particularly a high-strength fiber, a sintered body, a press molded body, a ram pressed molded body, and the like.
- the method for producing a molded product include a molding method that involves steps of extrusion, stretching, extraction, and drying of a resin using a wet extrusion method.
- the above-mentioned battery separator include a lithium ion secondary battery separator and a lead storage battery separator.
- the isothermal crystallization time of the polyethylene powder at 125 ° C. was determined by the following method using a differential scanning calorimeter (manufactured by PerkinElmer Co., Ltd./product name: DSC8000). First, an aluminum pan containing 8.5 mg of polyethylene powder was placed in a heating furnace in the DSC apparatus, and a heating operation was performed according to the following ⁇ elevating and lowering temperature conditions>. However, all heating operations were performed in a nitrogen atmosphere. ⁇ Raising and lowering temperature conditions> (1) Hold at 50 ° C. for 1 minute. (2) The temperature is raised to 180 ° C. at a rate of 200 ° C./min. (3) Hold at 180 ° C. for 5 minutes.
- the temperature is lowered to 125 ° C. at a rate of 80 ° C./min. Then, the time when the temperature reached 125 ° C. was set as the starting point (0 minutes), and the time when the peak top of the exothermic peak due to crystallization was obtained was defined as the isothermal crystallization time (minutes) at 125 ° C.
- Viscosity average molecular weight (Mv) The viscosity average molecular weight of the polyethylene powder was measured according to ISO1628-3 (2010) by the method shown below. First, the polyethylene powder was weighed in the dissolution tube in the range of 4.0 to 4.5 mg. The weighed mass is expressed as "m (unit: mg)" in the following formula. Next, 20 mL of decahydronaphthalene (2,6-di-t-butyl-4-methyl) was degassed with a vacuum pump and replaced with nitrogen, and then degassed with a vacuum pump and replaced with nitrogen. 1 g / L of phenol was added, hereinafter referred to as decalin), and the mixture was stirred at 150 ° C.
- decalin decahydronaphthalene
- the median diameter of the polyethylene powder was determined by the method shown below. Polyethylene powder was classified by sieving according to JIS Z8801 standard. Sieve openings of 425 ⁇ m, 300 ⁇ m, 212 ⁇ m, 150 ⁇ m, 106 ⁇ m, 75 ⁇ m, and 53 ⁇ m were used, and the mass of the collected polyethylene powder was measured for each fraction. Then, the fraction (mass%) of each fraction was calculated with respect to the total mass of the polyethylene powder before classification, and the cumulative sieving ratio (mass%) was obtained.
- the diameter (D50 ( ⁇ m)) was defined as the median diameter.
- Pentaerythrityl-tetrakis- [3- (3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate] as an antioxidant was added to 25 to 50 parts by mass of the polyethylene powders of Examples and Comparative Examples described later.
- a powder mixture was obtained by adding 1 part by mass and dry blending using a tumbler blender. The obtained powder mixture was subjected to nitrogen substitution and then charged into a twin-screw extruder through a feeder under a nitrogen atmosphere.
- liquid paraffin P-350P TM manufactured by MORESCO Co., Ltd.
- P-350P TM liquid paraffin
- the mixture was immediately cooled and solidified with a cast roll cooled to 25 ° C. to form a gel-like sheet having a thickness of 1200 ⁇ m.
- This gel-like sheet was stretched 7 ⁇ 7 times at 115 to 125 ° C. using a simultaneous biaxial stretching machine to obtain a stretched film.
- this stretched film was immersed in methyl ethyl ketone for 30 minutes to extract and remove liquid paraffin, and then dried. Further, it was heat-fixed at 115 ° C. to 125 ° C. for 3 minutes to obtain a microporous membrane. The stretching temperature and the heat fixing temperature were appropriately adjusted for each microporous membrane within the specified temperature.
- the piercing strength of the microporous membrane was evaluated. Specifically, with respect to the microporous membrane obtained by the above-mentioned [method for producing a microporous membrane], eight films of 100 mm ⁇ 50 mm were punched out from 250 mm ⁇ 250 mm, and each membrane was compressed by Kato Tech Co., Ltd. Using a testing machine (model: KES-G5), the piercing strength was measured under the conditions of a radius of curvature of the needle tip of 0.5 mm, a piercing speed of 2 mm / s, and 23 ° C. The measurement was carried out at three points per punched film.
- the mass of each punched film was measured to obtain the basis weight (film mass [g] per 1 m 2 ), and the basis weight-equivalent piercing strength was calculated from the following formula. Then, the average of the measured values of 24 points in total was calculated, and the mechanical strength was evaluated according to the following evaluation criteria.
- (Metsuke equivalent piercing strength) (Puncture strength [N]) / (Metsuke [g / m 2 ]) (Evaluation criteria) ⁇ (Good): 0.85N / (g / m 2 ) or more ⁇ (Normal): 0.7N / (g / m 2 ) or more and less than 0.85N / (g / m 2 ) ⁇ (Bad): 0. Less than 7N / (g / m 2 )
- D MD120 Dimension in the MD direction at 120 ° C. [mm]
- D MD23 Dimension in the MD direction at 23 ° C [mm]
- D TD120 Dimension in the TD direction at 120 ° C.
- the supernatant was removed and washed with hexane four times to remove unreacted raw material components to prepare a Ziegler-Natta catalyst (B).
- the differential pressure between the transfer source and the transfer destination was set to 0.8 MPa.
- the Ziegler-Natta catalyst (E) was prepared by performing the same polymerization operation as the preparation of the Ziegler-Natta catalyst (B) except that the Ziegler-Natta catalyst (D) was used instead of the Ziegler-Natta catalyst (A). did.
- the differential pressure between the transfer source and the transfer destination was set to 0.3 MPa.
- Example 1 Manufacturing of polyethylene powder and microporous membrane
- the ethylene-based polymer ( XA ) is polymerized in the first-stage polymerization reactor, and the ethylene - based polymer (YA) is polymerized in the second-stage polymerization reactor.
- Polyethylene powder (A) was obtained.
- the viscosity average molecular weight of the polyethylene powder (A) was 300,000, and the median diameter was 101 ⁇ m.
- Table 1 shows the results of performing the above-mentioned various evaluations on the polyethylene powder (A) and the microporous membrane of the polyethylene powder (A) produced by the above-mentioned [method for producing a microporous membrane].
- a Ziegler-Natta catalyst (A) was used as the polymerization catalyst, and the ethylene-based polymer was supplied so as to have a production rate of 9.0 kg / hour.
- STATSAFE3000 (90 g / L) diluted with normal hexane was added in an amount of 20 mass ppm with respect to the production rate of the ethylene polymer.
- Hydrogen was supplied in an amount of 26 mol% (molar ratio: hydrogen / (ethylene + hydrogen)).
- the polymerization temperature was 60 ° C.
- the polymerization pressure was 0.7 MPaG
- the average residence time was 3.3 hours.
- the viscosity average molecular weight of the ethylene-based polymer ( XA ) thus obtained was 300,000.
- the polymerization activity in the first-stage polymerization reactor was 12,000 g per 1 g of the catalyst.
- the polymerization slurry in the polymerization reactor is guided to an intermediate flash tank having a pressure of 0.05 MPaG and a temperature of 70 ° C. so that the level in the polymerization reactor is kept constant, and unreacted ethylene and hydrogen in this intermediate flash tank.
- the polymerization slurry containing the ethylene-based polymer ( XA ) was transferred from the above-mentioned intermediate flash tank to a vessel-type 300L polymerization reactor equipped with a stirring blade having three swept blades and three baffles, and subsequently.
- the ethylene - based polymer (YA) was polymerized.
- the total amount of liquid was adjusted so that the slurry concentration was 40% by mass, the stirring speed was 450 rpm, and triisobutylaluminum and diisobutylaluminum hydride (9: 1 mixture) were supplied as co-catalyst components at 10 mmol / hour.
- Hydrogen was supplied in an amount of 10 mol% (molar ratio: hydrogen / (ethylene + hydrogen)).
- the polymerization temperature was 78 ° C.
- the polymerization pressure was 0.75 MPaG
- the average residence time was 0.75 hours so that the production rate was 11.1 kg / hour.
- the viscosity average molecular weight of the ethylene - based polymer (YA) thus obtained was 300,000.
- the polymerization activity in the second-stage polymerization reactor was 14,700 g per 1 g of the catalyst.
- the polymerization slurry in the polymerization reactor is guided to a final flash tank having a pressure of 0.05 MPaG and a temperature of 70 ° C. so that the level in the polymerization reactor is kept constant, and unreacted ethylene and hydrogen in this final flash tank. was separated.
- the polymerized slurry is continuously sent from the flash tank to the centrifuge by a pump, the polymer and the solvent are separated by this centrifuge, and then the separated polyethylene powder is controlled to 90 ° C. in a rotary kiln type dryer. And dried while blowing nitrogen to obtain polyethylene powder (A). In this drying step, steam was sprayed on the polyethylene powder to deactivate the catalyst and co-catalyst.
- Example 2 As shown below, the ethylene-based polymer (XB) is polymerized in the first-stage polymerization reactor, and the ethylene - based polymer (YB) is polymerized in the second - stage polymerization reactor.
- Polyethylene powder (B) was obtained.
- the viscosity average molecular weight of the polyethylene powder (B) was 900,000, and the median diameter was 99 ⁇ m.
- Table 1 shows the results of performing the above-mentioned various evaluations on the polyethylene powder (B) and the microporous membrane of the polyethylene powder (B) produced by the above-mentioned [method for producing a microporous membrane].
- Example 3 Polymerization of polyethylene powder (C)> Polyethylene powder was polymerized using a vessel-type 300L polymerization reactor equipped with a stirring blade of three swept wings and three baffles. Normal hexane was supplied as a solvent at a flow rate of 40 L / hour, the total amount of liquid was adjusted so that the slurry concentration was 40% by mass, and the stirring speed was 550 rpm. A Ziegler-Natta catalyst (B) was used as the polymerization catalyst, and the polyethylene powder was supplied so as to have a production rate of 13 kg / hour.
- B Ziegler-Natta catalyst
- STATSAFE3000 (90 g / L) diluted with normal hexane was added in an amount of 20 mass ppm with respect to the production rate of polyethylene powder.
- Hydrogen was supplied in an amount of 2.9 mol% (molar ratio: hydrogen / (ethylene + hydrogen)).
- the polymerization temperature was 78 ° C.
- the polymerization pressure was 0.3 MPaG
- the average residence time was 3.0 hours.
- the polymerization slurry in the polymerization reactor is guided to a flash tank having a pressure of 0.05 MPaG and a temperature of 70 ° C. so that the level in the polymerization reactor is kept constant, and unreacted ethylene and hydrogen are separated in the flash tank. did.
- the polymerized slurry is continuously pumped from the flash tank to the centrifuge to separate the polymer from the solvent, and then the separated polyethylene powder is sent to a rotary kiln dryer controlled at 90 ° C. to blow nitrogen. While drying. In this drying step, steam was sprayed on the polyethylene powder to deactivate the catalyst and co-catalyst.
- the polyethylene powder (C) thus obtained had a viscosity average molecular weight of 900,000 and a median diameter of 110 ⁇ m.
- the polymerization activity in the polymerization reactor was 20,000 g per 1 g of the catalyst.
- Table 1 shows the results of performing the above-mentioned various evaluations on the polyethylene powder (C) and the microporous membrane of the polyethylene powder (C) produced by the above-mentioned [method for producing a microporous membrane].
- Example 4 As shown below, the ethylene-based polymer ( XD ) is polymerized in the first-stage polymerization reactor, and the ethylene-based polymer ( YD ) is polymerized in the second-stage polymerization reactor.
- Polyethylene powder (D) was obtained.
- the viscosity average molecular weight of the polyethylene powder (D) was 300,000, and the median diameter was 105 ⁇ m.
- Table 1 shows the results of performing the above-mentioned various evaluations on the polyethylene powder (D) and the microporous membrane of the polyethylene powder (D) produced by the above-mentioned [method for producing a microporous membrane].
- the viscosity average molecular weight of the obtained ethylene polymer ( YD ) was 300,000.
- the polymerization activity in the second-stage polymerization reactor was 14,000 g per 1 g of the catalyst.
- the polymerization slurry in the polymerization reactor was separated and dried in the same manner as in (Example 1) to obtain polyethylene powder (D).
- Example 6 As shown below, the ethylene-based polymer ( XF ) is polymerized in the first-stage polymerization reactor, and the ethylene-based polymer ( YF ) is polymerized in the second-stage polymerization reactor.
- Polyethylene powder (F) was obtained.
- the viscosity average molecular weight of the polyethylene powder (F) was 300,000, and the median diameter was 95 ⁇ m.
- Table 1 shows the results of performing the above-mentioned various evaluations on the polyethylene powder (F) and the microporous membrane of the polyethylene powder (F) produced by the above-mentioned [method for producing a microporous membrane].
- the viscosity average molecular weight of the obtained ethylene polymer ( YF ) was 300,000.
- the polymerization activity in the second-stage polymerization reactor was 14,500 g per 1 g of the catalyst.
- the polymerization slurry in the polymerization reactor was separated and dried in the same manner as in (Example 1) to obtain polyethylene powder (F).
- Example 7 ⁇ (11) Polymerization of polyethylene powder (G)> Polymerization was carried out in the same manner as in the above (Example 3) except that the production rate was 9 kg / hour, the slurry concentration was 30% by mass, and the hydrogen supply amount was 1 mol%, to obtain polyethylene powder (G).
- the polyethylene powder (G) thus obtained had a viscosity average molecular weight of 2,000,000 and a median diameter of 103 ⁇ m.
- the polymerization activity in the polymerization reactor was 18,000 g per 1 g of the catalyst. Table 1 shows the results of performing the above-mentioned various evaluations on the polyethylene powder (G) and the microporous membrane of the polyethylene powder (G) produced by the above-mentioned [method for producing a microporous membrane].
- Example 8 As shown below, the ethylene-based polymer ( XH ) is polymerized in the first-stage polymerization reactor, and the ethylene-based polymer ( YH ) is polymerized in the second-stage polymerization reactor. Polyethylene powder (H) was obtained. The viscosity average molecular weight of the polyethylene powder (H) was 900,000, and the median diameter was 99 ⁇ m. Table 1 shows the results of performing the above-mentioned various evaluations on the polyethylene powder (H) and the microporous membrane of the polyethylene powder (H) produced by the above-mentioned [method for producing a microporous membrane].
- the polymerization activity in the first-stage polymerization reactor was 70,000 g per 1 g of the catalyst.
- the polymerization activity in the second-stage polymerization reactor was 38,000 g per 1 g of the catalyst.
- the polymerization slurry in the polymerization reactor was separated and dried in the same manner as in (Example 1) to obtain polyethylene powder (M).
- the polyethylene powder of the present invention has industrial applicability as a raw material for various molded bodies, microporous membranes, battery separators, and fibers.
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Abstract
Description
近年では、ポリエチレンパウダーは、微多孔膜や繊維の用途に需要が伸びており、特にリチウムイオン電池や鉛蓄電池等の重要部材であるセパレータの原料としての需要が急速に拡大している。
また、特許文献2に開示されている技術においては、成形加工性と機械的強度の両立を達成しているものの、寸法安定性や耐クリープ性を向上させる検討がなされていない、という問題点を有している。
すなわち、本発明は以下のとおりである。
パルスNMRにおいて、Carr Purcell Meiboom Gill法で得られる自由誘導減衰曲線を3成分近似したときの、各成分の緩和時間Tと各成分の存在割合Rが、下記の<要件(1)>及び<要件(2)>を満たす、
ポリエチレンパウダー。
<要件(1)>
180℃において、下記(式I)で求められる絡み合い指数が、
12ms以上25ms以下である。
(絡み合い指数)=Tα×Rα/(Rα+Rβ)+Tβ×Rβ/(Rα+Rβ)・・・(式I)
Tα:低運動性成分αの緩和時間(ms)
Rα:低運動性成分αの存在割合(%)
Tβ:中間成分βの緩和時間(ms)
Rβ:中間成分βの存在割合(%)
<要件(2)>
180℃において、下記(式II)で求められる中間成分割合が、
0.25以上0.5以下である。
(中間成分割合)=Rβ/(Rα+Rβ)・・・(式II)
〔2〕
パルスNMRにおいて、Carr Purcell Meiboom Gill法で得られる自由誘導減衰曲線を3成分近似して求められる成分の存在割合Rについて、
180℃における低運動性成分の存在割合の変化率が、-5%以上10%以下である、前記〔1〕に記載のポリエチレンパウダー。
〔3〕
パルスNMRにおいて、Carr Purcell Meiboom Gill法で得られる自由誘導減衰曲線を3成分近似して求められる成分の存在割合Rについて、
180℃における高運動性成分の存在割合の変化率が50%以下である、前記〔1〕又は〔2〕に記載のポリエチレンパウダー。
〔4〕
125℃における等温結晶化時間が5分以下である、前記〔1〕乃至〔3〕のいずれか一に記載のポリエチレンパウダー。
〔5〕
粘度平均分子量が200,000以上10,000,000以下である、前記〔1〕乃至〔4〕のいずれか一に記載のポリエチレンパウダー。
〔6〕
メディアン径が50μm以上250μm以下である、前記〔1〕乃至〔5〕のいずれか一に記載のポリエチレンパウダー。
〔7〕
電池用セパレータ用である、前記〔1〕乃至〔6〕のいずれか一に記載のポリエチレンパウダー。
〔8〕
前記〔1〕乃至〔7〕のいずれか一に記載のポリエチレンパウダーの成形体。
〔9〕
微多孔膜である前記〔8〕に記載の成形体。
〔10〕
繊維である前記〔8〕に記載の成形体。
〔11〕
電池用セパレータである前記〔8〕に記載の成形体。
なお、以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。
本実施形態のポリエチレンパウダーは、パルスNMRにおいて、Carr Purcell Meiboom Gill法で得られる自由誘導減衰曲線を3成分近似したとき、各成分の緩和時間Tと各成分の存在割合Rが、下記の<要件(1)>及び<要件(2)>を満たすものである点に特徴を有している。
なお、存在割合R(%)は、3成分の合計を100%とする。
<要件(1)>
180℃において、下記(式I)で求められる絡み合い指数が、12ms以上25ms以下である。
(絡み合い指数)=Tα×Rα/(Rα+Rβ)+Tβ×Rβ/(Rα+Rβ)・・・(式I)
Tα:低運動性成分αの緩和時間(ms)
Rα:低運動性成分αの存在割合(%)
Tβ:中間成分βの緩和時間(ms)
Rβ:中間成分βの存在割合(%)
<要件(2)>
180℃において、下記(式II)で求められる中間成分割合が、0.25以上0.5以下である。
(中間成分割合)=Rβ/(Rα+Rβ)・・・式(II)
本実施形態のポリエチレンパウダーが、上記構成を有していることにより、優れた成形加工性と高い機械的強度の両立が可能で、寸法安定性と耐クリープ性に優れた微多孔膜を得ることができる、という効果が得られる。
本実施形態のポリエチレンパウダー(以下、単に「パウダー」と記載する場合もある。)は、エチレン系重合体により構成されている。
エチレン系重合体としては、エチレン単独重合体、及びエチレンと、エチレンと共重合多可能な他のコモノマーとの共重合体(例えば、二元又は三元共重合体)が挙げられる。
共重合体の結合形式は、ランダムでもブロックであってもよい。
他のコモノマーとしては、特に限定されないが、例えば、α-オレフィン、ビニル化合物等が挙げられる。他のコモノマーは、1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
α-オレフィンとしては、特に限定されないが、例えば、炭素数3~20のα-オレフィンが挙げられ、具体的には、プロピレン、1-ブテン、4-メチル-1-ペンテン、1-ヘキセン、1-オクテン、1-ノネン、1-デセン、1-ウンデセン、1-ドデセン、1-トリデセン、1-テトラデセン等が挙げられる。これらの中でも、他のコモノマーは、微多孔膜の耐熱性及び強度をより一層向上させる観点から、プロピレン及び/又は1-ブテンであることが好ましい。
ビニル化合物としては、特に限定されないが、例えば、ビニルシクロヘキサン、スチレン及びこれらの誘導体等が挙げられる。
また、他のコモノマーとして、必要に応じて、1,5-ヘキサジエン、1,7-オクタジエン等の非共役ポリエンを使用してもよい。
ポリエチレンパウダー中の分子鎖の絡み合いを推定する公知の指標としては、動的粘弾性の評価が挙げられる。
動的粘弾性の評価では、樹脂に応力を加えた時の応答性から分子鎖の絡み合い度を評価するため、樹脂全体の分子鎖の平均の絡み合い度を求めることが可能である。しかしながら、機械的特性や成形加工性といった複数の物性を同時に制御する場合、樹脂中に存在する複数の絡み合い成分を分けて扱うことが好ましいため、分子鎖の平均の絡み合い度だけでは指標として不十分である。
本発明者は、機械的特性や成形加工性といった物性がよく制御された成形体に適した原料を見極めるべく、樹脂中に存在する複数の分子鎖の絡み合い成分を分けて評価できる指標として、180℃におけるパルスNMRの測定から算出される絡み合い指数と、中間成分割合を併用し、ポリエチレンパウダーの絡み合い度を正確に評価した。
パルスNMRの測定の際には、分子鎖の運動が活発な高分子、例えばゴム状態等の高分子の運動性評価に適した測定法であるCarr Purcell Meiboom Gill法を使用した。
その結果、パルスNMRにおいて、Carr Purcell Meiboom Gill法で得られる自由誘導減衰曲線を3成分近似したとき、各成分の緩和時間Tと成分割合Rが、下記の<要件(1)>及び<要件(2)>を同時に満たすポリエチレンパウダーが、機械的特性及び成形加工性の観点から、微多孔膜の原料として驚くほど好適であることを見出した。
180℃において、下記(式I)で求められる絡み合い指数が12ms以上25ms以下である。
(絡み合い指数)=Tα×Rα/(Rα+Rβ)+Tβ×Rβ/(Rα+Rβ)・・・(式I)
Tα:低運動性成分αの緩和時間(ms)
Rα:低運動性成分αの存在割合(%)
Tβ:中間成分βの緩和時間(ms)
Rβ:中間成分βの存在割合(%)
<要件(2)>
180℃において、下記(式II)で求められる中間成分割合が0.25以上0.5以下である。
(中間成分割合)=Rβ/(Rα+Rβ)・・・(式II)
本実施形態のポリエチレンパウダーを、パルスNMRにおいて、Carr Purcell Meiboom Gill法で得られる自由誘導減衰曲線を3成分近似したとき、低運動性成分αは、ポリエチレンパウダーの中で分子鎖が強く絡み合っている部分に相当し、成形加工過程で解けることなく微多孔膜中に残存しやすい成分と考えられる。一方、本実施形態のポリエチレンパウダーにおける中間成分βは、前記低運動性成分αよりも分子鎖が弱く絡み合っている部分に相当し、成形加工過程では解けやすい成分と考えられる。また、各成分の絡み合い度が強いほど緩和時間Tの値は小さくなる。
一方、180℃における前記式(I)で求められる絡み合い指数が25ms以下であることによって、ポリエチレンパウダー中の分子鎖の絡み合い度が強くなるため、成形加工により得られる微多孔膜は高い機械的強度を有し、優れた耐クリープ性を示す傾向にある。
前記(式II)で求められる180℃における中間成分割合が0.25以上であることによって、ポリエチレンパウダーの成形加工性が高くなり、外観に優れた微多孔膜を得ることができる傾向にある。
一方、180℃における中間成分割合が0.5以下であることによって、成形加工により得られる微多孔膜中に、適度な量の分子鎖の絡み合い点が残存するため、応力が伝播しやすく、耐クリープ性に優れたものとなる傾向にある。
一方で、ポリマーの分子鎖の絡み合い度が弱い場合、成形加工性は良好であるものの、機械的強度は低くなってしまう。
本実施形態のポリエチレンパウダーは、ポリマーの分子鎖の絡み合い度の強さがよく制御されているため、微多孔膜を製造した場合、機械的強度と成形加工性とを共に向上させることが可能となる。
また、微多孔膜においてポリマーの分子鎖の絡み合い点が多い場合、機械的強度が高く、応力の伝播がしやすいことから、耐クリープ性に優れたものとなるが、残留応力が大きいために寸法安定性が悪化してしまう傾向にある。寸法安定性の悪化は、微多孔膜を電池のセパレータとして用いた場合、短絡や劣化に繋がる。
一方で、ポリマーの分子鎖の絡み合い点が少ない場合、寸法安定性に優れたものとなるが、十分な機械的強度が発現しない傾向にあり、また、応力が伝播しづらいために局所的な負荷がかかりやすくなり、微多孔膜を電池用のセパレータに用いた場合、充放電に伴う電極の体積変化に耐えることができない傾向にある。
本実施形態のポリエチレンパウダーは、ポリマーの分子鎖の絡み合い点の量がよく制御されているため、寸法安定性に優れ、かつ十分な機械的強度と耐クリープ性を有することが可能となる。
そして、これらを満たすポリエチレンパウダーの特徴としては、絡み合い状態の異なる複数のポリマー成分を含むこと等が挙げられる。
前記(式I)で求められる180℃における絡み合い指数と、前記(式II)で求められる中間成分割合を制御する方法としては、ポリエチレンの重合中に触媒の状態を変化させることや、重合挙動の大きく異なる複数の触媒成分を混合する方法等が挙げられる。
具体的には、大きな細孔を有し、かつ割れやすい担体を含む重合触媒を使用し、重合前半に高圧条件で重合した後、重合器内のスラリー濃度を40質量%以上とすることや、大きな細孔を有し、かつ割れやすい担体を含む重合触媒を予備重合した後、重合器内の撹拌速度を300rpm以上とすること、担体表面における活性種の分布が大きく異なる複数の触媒を混合して使用すること等が挙げられる。
一方、重合触媒に使用する担体を割れやすい構造とすることにより、ポリエチレンの分子鎖の成長に伴う細孔内での圧力上昇によって、ポリエチレンの重合中に触媒が割れやすくなる。
また、撹拌強度を上げることにより触媒が割れると成長するポリエチレンの分子鎖同士が交錯しづらくなり、分子鎖の絡み合い度の弱い成分を重合することが可能となる。
さらに、担体合成後に増粘剤を添加することや、触媒移送時に移送元と移送先との圧力差が小さくなるように調整することによって、重合工程以前で触媒担体が割れることを防止でき、分子鎖の絡み合い度の異なる複数のポリエチレン成分を重合中に生成できる。
まず、底から1cmの高さまでポリエチレンパウダーを充填したサンプル管を、サンプル管の内温が30℃になるように設定したBruker社製TD-NMR装置(型式:minispec mq20)に投入し、下記に示す<昇温条件>に従ってサンプル管を昇温する。
下記の<昇温条件>に示す温度は、サンプルの内温を熱電対により計測した値である。
<昇温条件>
(1)30℃に設定し、5分間静置する。
(2)5℃/分の速度で180℃まで昇温する。
(3)180℃に昇温後、25分間静置する。
上述の手順で昇温完了後、下記に示す<測定条件>に従って、ポリエチレンのスピン-スピン緩和時間(T2、本明細書中では単に「緩和時間T」と表現することもある)を測定する。
さらに測定終了後、同様の測定を3回繰り返し、トータルで4回の測定を行う。
<測定条件>
磁場強度:0.47T
測定核種:1H(20MHz)
測定手法:Carr Purcell Meiboom Gill法
積算回数:256回
繰り返し時間:3秒
初めの90°パルスと180°パルスとの間隔(τ):0.04ミリ秒
全エコー信号数:6400
フィッティングには、下記<式1>に示す関数を使用する。
<式1>
f(t)=Rαexp(-t/Tα)+Rβexp(-t/Tβ)+Rγexp(-t/Tγ)
(ただし、Rα+Rβ+Rγ=100とする)
t:変数(パルス照射からの経過時間)
Tα:低運動性成分αの緩和時間(ms)
Rα:低運動性成分αの存在割合(%)
Tβ:中間成分βの緩和時間(ms)
Rβ:中間成分βの存在割合(%)
Tγ:高運動性成分γの緩和時間(ms)
Rγ:高運動性成分γの存在割合(%)
(絡み合い指数)=Tα×Rα/(Rα+Rβ)+Tβ×Rβ/(Rα+Rβ) (式I)
(中間成分割合)=Rβ/(Rα+Rβ) (式II)
また、自由誘導減衰の減衰速度は1Hの運動性が高い、すなわち分子鎖の運動性が高いほど遅くなることが知られている。各指数関数中の緩和時間TがTα<Tβ<Tγの関係にあることから、最も運動性の低い成分をα、中間の運動性を有する成分をβ、最も運動性の高い成分をγとした。
さらに、成分αはポリエチレンパウダーの中で分子鎖が強く絡み合っている部分に相当し、成分βは分子鎖が弱く絡み合っている部分に相当し、成分γは分子鎖が絡み合っていない部分とした。
本実施形態の180℃における絡み合い指数と中間成分割合は、より具体的には、実施例に記載の方法によって測定することができる。
本実施形態のポリエチレンパウダーは、パルスNMRにおいて、Carr Purcell Meiboom Gill法で得られる自由誘導減衰曲線を3成分近似して求められる成分の存在割合Rについて、180℃における低運動性成分αの存在割合の変化率の範囲としては、好ましくは-5%以上10%以下であり、より好ましくは-2%以上8%以下であり、さらに好ましくは0%以上6%以下である。
上述した(180℃における絡み合い指数と中間成分割合)を求める際、上記において具体的に示したパルスNMR測定のうち、1回目の測定と4回目の測定により得られる自由誘導減衰(FID)について、Bruker社製解析プログラムTD-NMR-Aを使用してカーブフィッティングを行う。フィッティングには上述の<式1>に示す関数を使用する。
フィッティングにより得られる存在割合Rから、下記の(式III)により、低運動性成分の存在割合の変化率(%)を算出する。
(低運動性成分の存在割合の変化率)=((Rα4-Rα1)/Rα1)×100・・・(式III)
Rα1:1回目の測定における低運動性成分αの存在割合
Rα4:4回目の測定における低運動性成分αの存在割合
上述した低運動性成分の存在割合の変化率が-5%以上であることによって、成形加工後にも強い絡み合いを有する成分が残存しやすく、より機械的強度や耐クリープ性に優れた微多孔膜を得ることができる。一方、上述した低運動性成分の存在割合の変化率が10%以下であることによって、弱く絡み合っている分子鎖や絡み合っていない分子鎖の割合を一定以上に保つことができ、成形加工性に優れる傾向にある。
本実施形態のポリエチレンパウダーの180℃における低運動性成分の存在割合の変化率は、具体的には、実施例に記載の方法によって測定することができる。
本実施形態のポリエチレンパウダーの180℃における低運動性成分の存在割合の変化率は、触媒担体合成時の濃度や温度を一定値以上に調整すること等により、上記数値範囲に制御することができる。
本実施形態のポリエチレンパウダーは、パルスNMRにおいて、Carr Purcell Meiboom Gill法で得られる自由誘導減衰曲線を3成分近似して求められる成分の存在割合Rについて、180℃における高運動性成分の存在割合の変化率の範囲としては、好ましくは50%以下であり、より好ましくは10%以下であり、さらに好ましくは5%以下である。また、下限値は特に限定されず、通常0%以上である。
上述した(180℃における絡み合い指数と中間成分割合)を求める際、上記において具体的に示したパルスNMR測定のうち、1回目の測定と4回目の測定により得られる自由誘導減衰(FID)について、Bruker社製解析プログラムTD-NMR-Aを使用してカーブフィッティングを行う。
フィッティングには上述の<式1>に示す関数を使用する。
フィッティングにより得られる存在割合Rから、下記の(式IV)に示す高運動性成分の変化率(%)を算出する。
(高運動性成分の存在割合の変化率)=((Rγ4-Rγ1)/Rγ1)×100・・・(式IV)
Rγ1:1回目の測定における高運動性成分γの存在割合
Rγ4:4回目の測定における高運動性成分γの存在割合
この変化率は、加熱条件下、分子鎖の絡み合いが解けるほど大きな値を取る。
上述した高運動性成分の存在割合の変化率が50%以下であることによって、成形加工後も分子鎖の絡み合いを有する成分が残存しやすく、より機械的強度や耐クリープ性に優れた微多孔膜を得ることができる。
本実施形態のポリエチレンパウダーの180℃における高運動性成分の存在割合の変化率は、具体的には、実施例に記載の方法によって測定することができる。
本実施形態のポリエチレンパウダーの180℃における高運動性成分の存在割合の変化率は、重合時のスラリー濃度や撹拌速度を適切な範囲に調節すること等により、上記数値範囲に制御することができる。
本実施形態のポリエチレンパウダーは、等温結晶化時間が、好ましくは5分以下であり、より好ましくは4.5分以下であり、さらに好ましくは4分以下である。
また、等温結晶化時間の下限値は特に限定されず、通常0分以上である。
まず、ポリエチレンパウダーを封入したアルミパンを加熱炉に入れ、下記に示す<昇降温条件>に従って加熱操作を行う。ただし、加熱操作は窒素雰囲気下で行うものとする。
<昇降温条件>
(1)50℃で1分間保持する。
(2)200℃/分の速度で180℃まで昇温する。
(3)180℃で5分間保持する。
(4)80℃/分の速度で125℃まで降温する。
そして、125℃に達した時間を起点(0分)として、結晶化に起因する発熱ピークのピークトップが得られた時間を125℃における等温結晶化時間とする。
上述した125℃における等温結晶化時間が5分以下であることによって、成形体中に分子鎖の絡み合いを有する成分が均一に存在しやすくなるため、応力が伝播しやすく、より耐クリープ性に優れた微多孔膜を得ることができる。
本実施形態のポリエチレンパウダーにおける125℃における等温結晶化時間は、具体的には、実施例に記載の方法によって測定することができる。
本実施形態のポリエチレンパウダーの粘度平均分子量(Mv)は、好ましくは200,000以上10,000,000以下であり、より好ましくは250,000以上3,000,000以下であり、さらにより好ましくは300,000以上2,000,000以下である。
ポリエチレンパウダーの粘度平均分子量(Mv)は、後述する重合条件等を適宜調整することにより、上記数値範囲に制御することができる。
具体的には、重合系内に連鎖移動剤として水素を存在させるか、又は重合温度を変化させること等によって粘度平均分子量(Mv)を上記数値範囲に制御することができる。
一方で、粘度平均分子量(Mv)が10,000,000以下であることにより、本実施形態のポリエチレンパウダーは溶媒中における分散性や延伸性といった成形加工性に優れる傾向にある。そのため、本実施形態のポリエチレンパウダーを用いて成形された微多孔膜は、厚みムラや未溶融物が少なく、劣化が生じにくく外観に優れるものとなる。
本実施形態のポリエチレンパウダーの粘度平均分子量(Mv)は、ISO1628-3(2010)に従って求められる極限粘度[η](dL/g)から、下式により算出することができる。
より具体的には、実施例に記載の方法により測定することができる。
Mv=(5.34×104)×[η]1.49
本実施形態のポリエチレンパウダーは、メディアン径の範囲が、好ましくは、50μm以上250μm以下であり、より好ましくは60μm以上200μm以下であり、さらにより好ましくは、70μm以上150μm以下である。
本実施形態のポリエチレンパウダーのメディアン径は、累積質量が50%となる粒子径(D50)である。
上述のメディアン径が50μm以上であることにより、製造工程や押出加工工程におけるポリエチレンパウダーの取り扱いやすさ(流動性の向上、粉塵の抑制等)が向上する。
一方、メディアン径が250μm以下であることにより、可塑剤がポリエチレンパウダーに含浸しやすくなり、成形加工性が良化する傾向にある。
本実施形態のポリエチレンパウダーのメディアン径を上記数値範囲に制御する方法としては、例えば、重合触媒の粒子径を制御する方法や、重合反応が急激に進行すること(以下、急重合と記載する場合がある)を抑制するように後述の重合条件を調整する方法等が挙げられる。
本実施形態のポリエチレンパウダーのメディアン径は、具体的には、後述する実施例に記載の方法によって測定することができる。
以下に、本実施形態のポリエチレンパウダーの製造方法を説明する。
(触媒成分)
本実施形態のポリエチレンパウダーを構成するエチレン系重合体の製造に使用される触媒成分は特に限定されず、日本国特許第5782558号公報や日本国特開2019-19265号公報に記載の方法により製造されるチーグラー・ナッタ触媒やメタロセン触媒を使用することが可能である。特に、チーグラー・ナッタ触媒を使用することが好ましい。
(式i中、M1は周期律表第12族、第13族及び第14族からなる群より選ばれるいずれかに属する金属原子であり、R1、R2及びR3はそれぞれ炭素数2以上20以下の炭化水素基であり、γ、δ、e、f及びgは次の関係を満たす実数である。
0≦γ、0<δ、0≦e、0≦f、0≦g、0<e+f、0≦g/(γ+δ)≦2、kγ+2δ=e+f+g(ここで、kはM1の原子価を表す。))
(式ii中、R4は炭素数1以上12以下の炭化水素基であり、hとiは次の関係を満たす実数である。0<h、0<i、0<h+i≦4)
(式iii中、M2は周期律表第12族、第13族及び第14族からなる群より選ばれるいずれかに属する金属原子であり、R4及びR5は炭素数2以上20以下の炭化水素基であり、Y1はアルコキシ、シロキシ、アリロキシ、アミノ、アミド、-N=C-R6、R7、-SR8(ここで、R6、R7及びR8は炭素数1以上20以下の炭化水素基を表す。cが2の場合には、Y1はそれぞれ異なっていてもよい。)、及びβ-ケト酸残基のいずれかであり、α、β、a、b及びcは次の関係を満たす実数である。
0≦α、0<β、0≦a、0≦b、0≦c、0<a+b、0≦c/(α+β)≦2、nα+2β=a+b+c(ここで、nはM2の原子価を表す。))
(式iv中、dは0以上4以下の実数であり、R9は炭素数1以上20以下の炭化水素基であり、X1はハロゲン原子である。)
有機マグネシウム化合物(A-1)は、不活性炭化水素溶媒に可溶な有機マグネシウムの錯化合物の形として示されているが、ジヒドロカルビルマグネシウム化合物及びこの化合物と他の金属化合物との錯体のすべてを包含するものである。
前記(式i)の記号γ、δ、e、f及びgの、上記関係式kγ+2δ=e+f+gは、金属原子の原子価と置換基との化学量論性を示している。
これらの中でも、R1及びR2は、それぞれアルキル基であることが好ましい。
γ>0の場合、金属原子M1としては、周期律表第12族、第13族及び第14族からなる群のいずれかに属する金属原子が使用でき、例えば、亜鉛、ホウ素、アルミニウム等が挙げられる。特にアルミニウム、亜鉛が好ましい。
また、(A-1)として、γ=0である所定の有機マグネシウム化合物を用いる場合、例えば、R1が1-メチルプロピル基等の場合には不活性炭化水素溶媒に可溶であり、このような化合物も本実施形態のポリエチレンパウダーの製造において、好ましい結果を与える。
前記(式i)において、γ=0の場合の炭化水素基R1、R2は、次に示す三つの群(1)、群(2)、群(3)のいずれか一つであることが好ましい。
R1、R2の少なくとも一方が炭素数4以上6以下である二級又は三級のアルキル基である。好ましくはR1、R2がともに炭素数4以上6以下であり、少なくとも一方が二級又は三級のアルキル基である。
R1とR2とが炭素数の互いに相異なるアルキル基である。好ましくはR1が炭素数2又は3のアルキル基であり、R2が炭素数4以上のアルキル基である。
R1 、R2の少なくとも一方が炭素数6以上の炭化水素基である。好ましくはR1、R2に含まれる炭素数の和が12以上になるアルキル基である。
群(1)において炭素数4以上6以下である二級又は三級のアルキル基としては、例えば、1-メチルプロピル、2-メチルプロピル、1,1-ジメチルエチル、2-メチルブチル、2-エチルプロピル、2,2-ジメチルプロピル、2-メチルペンチル、2-エチルブチル、2,2-ジメチルブチル、2-メチル-2-エチルプロピル基等が挙げられる。特に、1-メチルプロピル基が好ましい。
特にエチル基が好ましい。
また炭素数4以上のアルキル基としては、特に限定されないが、例えば、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル基等が挙げられる。
特に、ブチル、ヘキシル基が好ましい。
R3で表される炭化水素基としては、炭素原子数1以上12以下のアルキル基又はアリール基が好ましく、3以上10以下のアルキル基又はアリール基がより好ましい。
R3としては、特に限定されないが、例えば、メチル、エチル、プロピル、1-メチルエチル、ブチル、1-メチルプロピル、1,1-ジメチルエチル、ペンチル、ヘキシル、2-メチルペンチル、2-エチルブチル、2-エチルペンチル、2-エチルヘキシル、2-エチル-4-メチルペンチル、2-プロピルヘプチル、2-エチル-5-メチルオクチル、オクチル、ノニル、デシル、フェニル、ナフチル基等が挙げられる。
特に、ブチル、1-メチルプロピル、2-メチルペンチル、及び2-エチルヘキシル基がより好ましい。
不活性炭化水素溶媒に可溶な有機マグネシウム化合物とアルコールとの反応比率については特に限定されないが、反応の結果、得られるアルコキシ基含有有機マグネシウム化合物における、全金属原子に対するアルコキシ基のモル組成比:g/(γ+δ)は、0≦g/(γ+δ)≦2であり、0≦g/(γ+δ)<1であることが好ましい。
塩素化剤(A-2)は(式ii)で表される、少なくとも一つはSi-H結合を有する塩化珪素化合物である。
(A-2):HhSiCliR4 (4-(h+i))・・・(式ii)
(式ii中、R4は炭素数1以上12以下の炭化水素基であり、hとiは次の関係を満たす実数である。0<h、0<i、0<h+i≦4)
特に、炭素数1以上10以下のアルキル基が好ましく、メチル、エチル、プロピル、1-メチルエチル基等の炭素数1~3のアルキル基がより好ましい。また、h及びiは、h+i≦4の関係を満たす0より大きな数であり、iが2以上3以下であることが好ましい。
塩素化剤(A-2)としては、これらの化合物又はこれらの化合物から選ばれた二種類以上の混合物からなる塩化珪素化合物が使用される。
特に、HSiCl3、HSiCl2CH3、HSiCl(CH3)2、HSiCl2(C3H7)が好ましく、HSiCl3、HSiCl2CH3がより好ましい。
反応に際しては、塩素化剤(A-2)を予め不活性炭化水素溶媒、1,2-ジクロルエタン、o-ジクロルベンゼン、ジクロルメタン等の塩素化炭化水素、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル系溶媒、又はこれらの混合溶媒、を用いて希釈した後に利用することが好ましい。これらのなかでも、触媒の性能上、不活性炭化水素溶媒を用いることがより好ましい。
有機マグネシウム化合物(A-1)と塩素化剤(A-2)との反応比率は、特に限定されないが、(A-1)に含まれるマグネシウム原子1molに対する(A-2)に含まれる珪素原子のmоl数が、0.01mol以上100mol以下であることが好ましく、0.1mol以上10mol以下であることがさらに好ましい。
特に、(A-2)を事前に反応器に仕込んだ後に(A-1)を反応器に導入させる方法が好ましい。
(A-1)と(A-2)とを同時に反応器に導入しつつ反応させる同時添加の方法においては、あらかじめ反応器の温度を所定温度に調整し、同時添加を行いながら反応器内の温度を所定温度に調整することが好ましい。
(A-2)を事前に反応器に仕込んだ後に(A-1)を反応器に導入させる方法においては、当該塩素化剤(A-2)を仕込んだ反応器の温度を所定温度に調整し、有機マグネシウム化合物(A-1)を反応器に導入しながら反応器内の温度を所定温度に調整することが好ましい。
(A-1)を事前に反応器に仕込んだ後に(A-2)を反応器に導入させる方法においては、(A-1)を仕込んだ反応器の温度を所定温度に調整し、(A-2)を反応器に導入しながら反応器内の温度を所定温度に調整することが好ましい。
(A-4)としては、前述の(式iii)で表されるものが好ましい。
(A-4):(M2)α(Mg)β(R4)a(R5)bY1 c ・・・(式iii)
(式iii中、M2は周期律表第12族、第13族及び第14族からなる群より選ばれるいずれかに属する金属原子であり、R4及びR5は炭素数2以上20以下の炭化水素基であり、Y1はアルコキシ、シロキシ、アリロキシ、アミノ、アミド、-N=C-R6,R7、-SR8(ここで、R6、R7及びR8は炭素数1以上20以下の炭化水素基を表す。cが2の場合には、Y1はそれぞれ異なっていてもよい。)、及びβ-ケト酸残基のいずれかであり、α、β、a、b及びcは次の関係を満たす実数である。
0≦α、0<β、0≦a、0≦b、0≦c、0<a+b、0≦c/(α+β)≦2、nα+2β=a+b+c(ここで、nはM2の原子価を表す。))
有機マグネシウム化合物(A-4)と、チタン化合物(A-5)との反応の温度については特に限定されないが、-80℃以上150℃以下であることが好ましく、-40℃以上100℃以下であることがより好ましい。
有機マグネシウム化合物(A-4)の使用時の濃度については特に限定されないが、有機マグネシウム化合物(A-4)に含まれるマグネシウム原子基準で0.1mol/L以上2mol/L以下であることが好ましく、0.5mol/L以上1.5mol/L以下であることがより好ましい。なお、有機マグネシウム化合物(A-4)の希釈には不活性炭化水素溶媒を用いることが好ましい。
チタン化合物(A-5)は、上述したように、下記の式ivで表されるチタン化合物である。
(A-5):Ti(OR9)dX1 (4-d) ・・・(式iv)
(式iv中、dは0以上4以下の実数であり、R9は炭素数1以上20以下の炭化水素基であり、X1はハロゲン原子である。)
(式iv)においてR9で表される炭化水素基としては、特に限定されないが、例えば、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、2-エチルヘキシル、ヘプチル、オクチル、デシル、アリル基等の脂肪族炭化水素基;シクロヘキシル、2-メチルシクロヘキシル、シクロペンチル基等の脂環式炭化水素基;フェニル、ナフチル基等の芳香族炭化水素基等が挙げられる。特に、脂肪族炭化水素基が好ましい。
X1で表されるハロゲンとしては、特に限定されないが、例えば、塩素、臭素、ヨウ素が挙げられる。特に、塩素が好ましい。
チタン化合物(A-5)は、1種のみを単独で用いてもよいし、2種以上を混合して使用することもよい。
チタン化合物(A-5)の反応温度については、特に限定されないが、-80℃以上150℃以下であることが好ましく、-40℃以上100℃以下であることがより好ましい。
担体(A-3)に対する有機マグネシウム化合物(A-4)とチタン化合物(A-5)の添加順序には特に制限はなく、有機マグネシウム化合物(A-4)に続いてチタン化合物(A-5)を加える、チタン化合物(A-5)に続いて有機マグネシウム化合物(A-4)を加える、有機マグネシウム化合物(A-4)とチタン化合物(A-5)とを同時に添加する、のいずれの方法を用いてもよい。
特に、有機マグネシウム化合物(A-4)とチタン化合物(A-5)とを同時に添加する方法が好ましい。
有機マグネシウム化合物(A-4)とチタン化合物(A-5)との反応は、不活性炭化水素溶媒中で行われるが、ヘキサン、ヘプタン等の脂肪族炭化水素溶媒を用いることが好ましい。
上述のようにして得られた触媒は、不活性炭化水素溶媒を用いたスラリー溶液として使用される。
スラリー溶液を移送する際には、得られた触媒が重合工程までの間に割れることを防止する観点から、増粘剤を添加することや移送元と移送先の圧力差が小さくなるように制御することが好ましい。
上記の増粘剤としては特に限定されないが、触媒の性能維持の観点から、飽和炭化水素が好ましく、具体的には流動パラフィンやポリオレフィン系ワックス等が挙げられる。
上記、移送元と移送先の圧力差としては特に限定されないが、0.1MPa以上0.5MPa以下であることが好ましく、0.1MPa以上0.3MPa以下であることがより好ましい。
本実施形態のポリエチレンパウダーの重合に用いる触媒としては、上述した固体触媒成分[A]と有機金属化合物成分[B]を組み合わせることにより、高活性な重合用の固体触媒となる。
有機金属化合物成分[B]は、「助触媒」と呼ばれることもある。
有機金属化合物成分[B]としては、周期律表第1族、第2族、第12族及び第13族からなる群に属するいずれかの金属を含有する化合物であることが好ましく、特に有機アルミニウム化合物及び/又は有機マグネシウム化合物が好ましい。
有機アルミニウム化合物としては、下記(式v)で表される化合物を単独又は混合して使用することが好ましい。
AlR10 jZ1 (3-j) ・・・(式v)
(式v中、R10は炭素数1以上20以下の炭化水素基、Z1は水素、ハロゲン、アルコキシ、アリロキシ、シロキシ基からなる群に属するいずれかの基であり、jは2以上3以下の数である。)
特に、トリアルキルアルミニウム化合物がより好ましい。
前記(式i)におけるγ、δ、e、f、g、M1、R1、R2、OR3についてはすでに述べたとおりであるが、この有機マグネシウム化合物は、不活性炭化水素溶媒に対する溶解性が高い方が好ましいため、β/αは0.5~10の範囲にあることが好ましく、またM1がアルミニウムである化合物がさらに好ましい。
また組み合わせる両者の比率には特に限定されないが、固体触媒成分[A]1gに対し有機金属化合物成分[B]は1mmol以上3000mmol以下であることが好ましい。
本実施形態のポリエチレンパウダーを構成するエチレン系重合体の重合方法としては、懸濁重合法又は気相重合法により、エチレンを重合する、又はエチレンとコモノマーとを共重合する方法が挙げられる。
これらの中でも、重合熱を効率的に除熱できる懸濁重合法が好ましい。
懸濁重合法においては、溶媒として不活性炭化水素媒体を用いることができ、さらにオレフィン自身を溶媒として用いることもできる。
前記不活性炭化水素媒体としては、特に限定されないが、例えば、プロパン、ブタン、イソブタン、ペンタン、イソペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン、ドデカン、灯油等の脂肪族炭化水素;シクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロペンタン等の脂環式炭化水素;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素;エチルクロライド、クロルベンゼン、ジクロロメタン等のハロゲン化炭化水素又はこれらの混合物等が挙げられる。
重合温度が40℃以上であることにより、工業的に効率的な製造が可能となる。一方、重合温度が100℃以下であることにより、重合体の一部が溶融して生成する塊状のスケールを抑制でき、配管が詰まることなく連続的で安定した製造が可能となる。
重合圧力が常圧以上であることにより、工業的に効率的な製造が可能となる。一方、重合圧力が2MPaG以下であることにより、重合反応器内での急重合による塊状のスケールを発生させることなく、安定した製造が可能となる傾向にある。
StadisやSTATSAFE等の静電気防止剤は、不活性炭化水素媒体に希釈したものをポンプ等により重合反応器に添加することができる。静電気防止剤の添加は、固体触媒に事前に添加する方法や、重合反応器に添加するなどの方法により行うことができ、添加量は、単位時間当たりのエチレン系重合体の生産量に対して、1ppm以上500ppm以下が好ましく、10ppm以上100ppm以下がより好ましい。
具体的には、重合系内に連鎖移動剤として水素を添加することにより、エチレン系重合体の分子量を適切な範囲で制御することができる。重合系内に水素を添加する場合、水素のモル分率の範囲としては、好ましくは0mol%以上30mol%以下であり、より好ましくは0mol%以上25mol%以下である。
また、水素は予め触媒と接触させた後、触媒導入ラインから重合系内に添加することもできる。触媒を重合系内に導入した直後は、導入ライン出口付近の触媒濃度が高くなるために急重合が進行し、局所的な高温状態が生じる可能性が高まる。一方、水素と触媒を重合系内に導入する前に接触させることで、触媒の初期活性を抑制することができ、急重合による塊状のスケールの発生や高温下での触媒の失活等を抑制することができる。
エチレンガス、溶媒、触媒等を連続的に重合系内に供給し、生成したエチレン重合体と共に連続的に排出することで、急激なエチレンの反応による部分的な高温状態を抑制することができ、重合系内がより安定化する。系内が均一な状態でエチレンが反応すると、ポリマー鎖中に分岐や二重結合等が生成されることが抑制される、又はエチレン重合体の分解や架橋によって低分子量成分や、超高分子量体が生成されることが抑制され、エチレン重合体の結晶性成分が生成しやすくなる。これにより、本実施形態のポリエチレンパウダーを用いたフィルムや微多孔膜等において、強度に必要十分な量の結晶性成分が得られやすくなる。
多段重合法を用いたエチレン系重合体の製造は、具体的には、次に示す方法で行われる。
まず、上述の製造条件を用いて第一段目の重合反応器でエチレン系重合体Xを製造し、第一段目の重合反応器から抜き出されたエチレン系重合体Xを中間のフラッシュタンクへ移送し、未反応のエチレン、水素、コモノマー(第一段目の重合反応器で共重合を行う場合に限る)を分離する。そして、エチレン系重合体Xを含む懸濁液を第二段目の重合反応器へと移送し、上述の製造条件を用いてエチレン系重合体Yを製造する。
第一段目の重合反応器における重合圧力の範囲としては、触媒の細孔内で分子鎖の絡み合い度の強い成分を重合させる観点から、好ましくは0.6MPaG以上2.0MPaG以下であり、より好ましくは0.7MPaG以上1.5MPaG以下であり、さらにより好ましくは0.8MPaG以上1.0MPaG以下である。
第一段目の重合反応器における重合スラリーの濃度の範囲としては、第一段目の重合反応器において触媒が割れないように制御する観点から、好ましくは10質量%以上30質量%以下であり、より好ましくは10質量%以上20質量%以下である。
第一段目の重合反応器における撹拌速度の範囲としては、第一段目の重合反応器において触媒が割れないように制御する観点から、好ましくは100rpm以上300rpm以下であり、より好ましくは150rpm以上250rpm以下である。
第二段目の重合反応器における重合スラリーの濃度の範囲としては、重合系中において触媒が割れやすくなるようにする観点から、好ましくは30mol%以上60mol%以下であり、より好ましくは40mol%以上50mol%以下である。
第二段目の重合反応器における撹拌速度の範囲としては、重合系中において触媒が割れやすくなるようにする観点から、好ましくは300rpm以上600rpm以下であり、より好ましくは400rpm以上500rpm以下である。
本実施形態のポリエチレンパウダーの重合工程における溶媒分離方法は、デカンテーション法、遠心分離法、フィルター濾過法等のいずれも適用できるが、エチレン系重合体と溶媒との分離効率がよい遠心分離法がより好ましい。
ポリエチレンパウダーを溶媒と分離した後に触媒を失活させるための薬剤を導入することにより、溶媒中に含まれる低分子量成分や触媒成分等がエチレン系重合体中で析出することを抑制することができる。
触媒を失活させる薬剤としては、酸素、水、アルコール類、グリコール類、フェノール類、一酸化炭素、二酸化炭素、エーテル類、カルボニル化合物、アルキン類等が挙げられる。
また、乾燥機に窒素等の不活性ガスを導入し乾燥を促進することも効果的である。その際に、触媒を失活させる薬剤としてスチーム等を同伴させる方法もさらに効果的である。
また、必要に応じて、スリップ剤、中和剤、酸化防止剤、耐光安定剤、帯電防止剤、顔料等の公知の添加剤と組み合わせて用いてもよい。
スリップ剤又は中和剤としては、特に限定されないが、例えば、脂肪族炭化水素、高級脂肪酸、高級脂肪酸金属塩、アルコールの脂肪酸エステル、ワックス、高級脂肪酸アマイド、シリコーン油、ロジン等が挙げられる。具体的には、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸亜鉛等のステアリン酸塩は、好適な添加剤として挙げることができる。
酸化防止剤としては、特に限定されないが、例えば、フェノール系化合物、若しくはフェノールリン酸系化合物が好ましい。具体的には、2,6-ジ-t -ブチル-4-メチルフェノール(ジブチルヒドロキシトルエン)、n-オクタデシル-3 -(4-ヒドロキ-3,5-ジ-t-ブチルフェニル)プロピオネート、テトラキス(メチレン(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒサロキシハイドロシンナメート))メタン等のフェノール系酸化防止剤;6-[3-(3-t-ブチル-4-ヒドロキシ-5-メチルフェニル) プロポキシ]-2,4,8,10-テトラ-t-ブチルジベンゾ[d,f][1,3,2] ジオキサホスフェピン等のフェノールリン系酸化防止剤;テトラキス(2,4-ジ-t-ブチルフェニル)-4,4’-ビフェニレン-ジ-ホスフォナイト、トリス(2,4-ジ-t -ブチルフェニル)フォスファイト、サイクリックネオペンタンテトライルビス(2,4-t-ブチルフェニルフォスファイト)等のリン系酸化防止剤が挙げられる。
耐光安定剤としては、特に限定されないが、例えば、2-(5-メチル-2-ヒドロキシフェニル)ベンゾトリアゾール、2-(3-t-ブチル-5-メチル-2-ヒドロキシフェニル)-5-クロロベンゾトリアゾール等のベンゾトリアゾール系耐光安定剤;ビス(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジン)セバケート、ポリ[{6-(1,1,3,3-テトラメチルブチル)アミノ-1,3,5-トリアジン-2,4-ジイル}{(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)イミノ}ヘキサメチレン{(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)イミノ}]等のヒンダードアミン系耐光安定剤が挙げられる。
帯電防止剤としては、特に限定されないが、例えば、アルミノケイ酸塩、カオリン、クレー、天然シリカ、合成シリカ、シリケート類、タルク、珪藻土等や、グリセリン脂肪酸エステル等が挙げられる。
本実施形態のポリエチレンパウダーは、微多孔膜、繊維、特に高強度繊維、焼結体、プレス成形体、ラム押し成形体といった各種成形体の原料として使用することができる。
特に電池用セパレータ用の微多孔膜の原料として好適である。
本実施形態の成形体は、上述した本実施形態のポリエチレンパウダーの成形体である。
成形体としては、微多孔膜、特に電池用セパレータである微多孔膜、繊維、特に高強度繊維、焼結体、プレス成形体、ラム押し成形体等が挙げられる。
成形体の製造方法としては、湿式押出法を用いた樹脂の押出、延伸、抽出、乾燥の工程を経る成形方法が挙げられる。
上述の電池用セパレータとしては、リチウムイオン二次電池用セパレータや鉛蓄電池用セパレータ等が挙げられる。
まず、ポリエチレンパウダーの物性の評価方法について説明する。
(180℃における絡み合い指数と中間成分割合)
まず、底から1cmの高さまでポリエチレンパウダーを充填したサンプル管を、サンプル管の内温が30℃になるように設定したBruker社製TD-NMR装置(型式:minispec mq20)に投入し、下記に示す<昇温条件>に従ってサンプル管を昇温した。
下記<昇温条件>に示す温度は、サンプルの内温を熱電対により計測した値である。
<昇温条件>
(1)30℃に設定し、5分間静置する。
(2)5℃/分の速度で180℃まで昇温する。
(3)180℃に昇温後、25分間静置する。
上述の手順で昇温完了後、下記に示す<測定条件>に従ってサンプルのスピン-スピン緩和時間(T2、本明細書中では単に「緩和時間」と表現することもある)を測定した。
さらに測定終了後、同様の測定を3回繰り返し、合計で4回の測定を行った。
<測定条件>
磁場強度:0.47T
測定核種:1H(20MHz)
測定手法:Carr Purcell Meiboom Gill法
積算回数:256回
繰り返し時間:3秒
初めの90°パルスと180°パルスとの間隔(τ):0.04ミリ秒
全エコー信号数:6400
フィッティングには、下記<式1>に示す関数を使用した。
<式1>
f(t)=Rαexp(-t/Tα)+Rβexp(-t/Tβ)+Rγexp(-t/Tγ)
(ただし、Rα+Rβ+Rγ=100とする)
t:変数(パルス照射からの経過時間)
Tα:低運動性成分αの緩和時間(ms)
Rα:低運動性成分αの存在割合(%)
Tβ:中間成分βの緩和時間(ms)
Rβ:中間成分βの存在割合(%)
Tγ:高運動性成分γの緩和時間(ms)
Rγ:高運動性成分γの存在割合(%)
(絡み合い指数)=Tα×Rα/(Rα+Rβ)+Tβ×Rβ/(Rα+Rβ)・・・(式I)
(中間成分割合)=Rβ/(Rα+Rβ)・・・(式II)
上述の(180℃における絡み合い指数と中間成分割合)を求める際のパルスNMR測定のうち、1回目の測定と4回目の測定により得られる自由誘導減衰(FID)について、Bruker社製解析プログラムTD-NMR-Aを使用してカーブフィッティングを行った。
フィッティングには、上述の<式1>に示す関数を使用した。
フィッティングにより得られた存在割合Rから、下記に示す(式III)から、低運動性成分の存在割合の変化率(%)を算出した。
(低運動性成分の存在割合の変化率)=((Rα4-Rα1)/Rα1)×100・・(式III)
Rα1:1回目の測定における低運動性成分αの存在割合(%)
Rα4:4回目の測定における低運動性成分αの存在割合(%)
上述の(180℃における絡み合い指数と中間成分割合)を求める際のパルスNMR測定のうち、1回目の測定と4回目の測定により得られる自由誘導減衰(FID)について、Bruker社製解析プログラムTD-NMR-Aを使用してカーブフィッティングを行った。
フィッティングには上述の<式1>に示す関数を使用した。
フィッティングにより得られる存在割合Rから、次に示す(式IV)から、高運動性成分の存在割合の変化率(%)を算出した。
(高運動性成分の存在割合の変化率)=((Rγ4-Rγ1)/Rγ1)×100・・・(式IV)
Rγ1:1回目の測定における高運動性成分γの存在割合(%)
Rγ4:4回目の測定における高運動性成分γの存在割合(%)
ポリエチレンパウダーの125℃における等温結晶化時間は、示差走査熱量計(パーキンエルマー社製/製品名:DSC8000)を用いて次に示す方法により求めた。
まず、ポリエチレンパウダー8.5mgを封入したアルミパンをDSC装置内の加熱炉に入れ、次に示す<昇降温条件>に従って加熱操作を行った。
ただし、加熱操作は全て窒素雰囲気下で行った。
<昇降温条件>
(1)50℃で1分間保持する。
(2)200℃/分の速度で180℃まで昇温する。
(3)180℃で5分間保持する。
(4)80℃/分の速度で125℃まで降温する。
そして、125℃に達した時間を起点(0分)として、結晶化に起因する発熱ピークのピークトップが得られた時間を125℃における等温結晶化時間(分)とした。
ポリエチレンパウダーの粘度平均分子量は、ISO1628-3(2010)に従って、以下に示す方法によって測定した。
まず、溶解管に、ポリエチレンパウダーを、4.0~4.5mgの範囲内で秤量した。秤量した質量を下記数式中で「m(単位:mg)」と表記する。次に、溶解管内部の空気を真空ポンプで脱気し窒素で置換した後、真空ポンプで脱気し窒素で置換した20mLのデカヒドロナフタレン(2,6-ジ-t-ブチル-4-メチルフェノールを1g/L加えたもの、以下、デカリンと表記する。)を加え、150℃で90分間攪拌してポリエチレンパウダーを溶解させ、デカリン溶液とした。
その後、前記デカリン溶液を、135℃の恒温液槽中で、キャノン-フェンスケ粘度計(柴田科学器械工業社製/粘度計番号:100)に投入し、標線間の落下時間(ts)を測定した。
さらに、ブランクとしてポリエチレンパウダーを入れていない、デカリンのみの落下時間(tb)を測定し、下記の(数式A)に従って比粘度(ηsp)を求めた。
ηsp=(ts/tb)-1 (数式A)
比粘度(ηsp)と、濃度(C)(単位:g/dL)から、下記(数式B)、(数式C)を用いて、極限粘度IVを算出した。
濃度C=m/(20×γ)/10(単位:g/dL) (数式B)
γ=(デカリン20℃での密度)/(デカリン135℃での密度)
=0.888/0.802=1.107
極限粘度IV=(ηsp/C)/(1+0.27×ηsp) (数式C)
この極限粘度IVを、下記(数式D)に代入し、粘度平均分子量(Mv)を求めた。
粘度平均分子量(Mv)=(5.34×104)×[η]1.49 (数式D)
ポリエチレンパウダーのメディアン径を、以下に示す方法により求めた。
ポリエチレンパウダーをJIS Z8801規格に準拠したふるいで分級した。ふるいの目開きは425μm、300μm、212μm、150μm、106μm、75μm、及び53μmのものを使用し、各分画毎に回収されたポリエチレンパウダーの質量を測定した。そして、分級前のポリエチレンパウダーの合計質量に対する各分画の分率(質量%)を算出し、積算篩下割合(質量%)を求めた。目開きの値を横軸、積算篩下割合を縦軸とする篩下積算分布グラフ、すなわち粒径分布積算曲線(小粒子からの積算曲線)を書き、積算篩下割合が50%となる粒子径(D50(μm))をメディアン径とした。
後述する各実施例及び比較例のポリエチレンパウダー25~50質量部に、酸化防止剤としてペンタエリスリチル-テトラキス-[3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート]を1質量部添加し、タンブラーブレンダーを用いてドライブレンドすることにより、パウダー混合物を得た。
得られたパウダー混合物は、窒素置換を行った後に、二軸押出機へ窒素雰囲気下でフィーダーを介して投入した。
さらに、ポリエチレンパウダーとの合計が100質量部になるように計量した流動パラフィン((株)MORESCO製P-350P(商標))をサイドフィードで二軸押出機に注入し、200℃条件で混練し、押出機先端に設置したTダイから押出した後、ただちに25℃に冷却したキャストロールで冷却固化させ、厚さ1200μmのゲル状シートに成形した。このゲル状シートを115~125℃で同時二軸延伸機を用いて7×7倍に延伸し、延伸フィルムを得た。その後、この延伸フィルムをメチルエチルケトンに30分間浸漬し、流動パラフィンを抽出除去後、乾燥した。さらに115℃~125℃、3分で熱固定し、微多孔膜を得た。
延伸温度と熱固定温度については、指定した温度内の中で、微多孔膜ごとに適宜調整を行った。
(微多孔膜の成形加工性の評価)
成形加工性の評価指標として、微多孔膜の厚みの均一性を評価した。
具体的には、上述した〔微多孔膜の製造方法〕により得られた微多孔膜について、250mm×250mmの中から100mm×50mmの膜を8枚打ち抜き、各膜について(株)東洋精機製作所製微小測厚機(型式:KBM)を用いて、23℃条件下、膜厚の測定を行った。
膜厚の測定は、一枚の打ち抜き膜につき3箇所実施した。
そして、合計で24点の測定値の標準偏差を算出し、下記の評価基準により成形加工性を評価した。
(評価基準)
◎(良い):0.5μm未満
○(普通):0.5μm以上1μm未満
×(悪い):1μm以上
機械強度の評価指標として、微多孔膜の突き刺し強度を評価した。
具体的には、上述した〔微多孔膜の製造方法〕により得られた微多孔膜について、250mm×250mmの中から100mm×50mmの膜を8枚打ち抜き、各膜についてカトーテック(株)製圧縮試験機(型式:KES-G5)を用いて、針先端の曲率半径0.5mm、突刺速度2mm/s、23℃の条件下、突き刺し強度の測定を行った。測定は、一枚の打ち抜き膜につき3箇所実施した。
さらに、各打ち抜き膜の質量を測定して目付(1m2あたりの膜質量[g])を求め、下記式から目付換算の突き刺し強度を算出した。
そして、合計で24点の測定値の平均を算出し、下記の評価基準により機械強度を評価した。
(目付換算の突き刺し強度)=(突き刺し強度[N])/(目付[g/m2])
(評価基準)
◎(良い):0.85N/(g/m2)以上
○(普通):0.7N/(g/m2)以上0.85N/(g/m2)未満
×(悪い):0.7N/(g/m2)未満
寸法安定性の評価指標として、微多孔膜の熱収縮率を評価した。
具体的には、上述した〔微多孔膜の製造方法〕により得られた微多孔膜について、250mm×250mmの中から100mm×50mmの膜を8枚打ち抜き、120℃に設定したオーブンに60分間静置した。
加熱静置後に室温で15分間冷却した後、微多孔膜の寸法を測定し、下記式から熱収縮率(%)を算出した。
そして、合計で8点の測定値の平均を算出し、下記の評価基準により寸法安定性を評価した。
(熱収縮率)=(MD方向の熱収縮率)+(TD方向の熱収縮率)
(MD方向の熱収縮率)=(1-DMD120/DMD23)×100
(TD方向の熱収縮率)=(1-DTD120/DTD23)×100
DMD120:120℃におけるMD方向の寸法[mm]
DMD23:23℃におけるMD方向の寸法[mm]
DTD120:120℃におけるTD方向の寸法[mm]
DTD23:23℃におけるTD方向の寸法[mm]
(評価基準)
◎(良い):15%未満
○(普通):15%以上25%未満
×(悪い):25%以上
上述した〔微多孔膜の製造方法〕により得られた微多孔膜から幅20mm×長さ100mmのサンプルを切り出し、チャック間距離を50mmとした(株)エーアンドデイ製テンシロンに取り付けた。温度23℃、荷重10Nの条件で12時間保持した後、微多孔膜の長さを測定し、下記式から引張伸び率(%)を算出した。
そして、下記の評価基準により耐クリープ性を評価した。
(引張伸び率)={(L12h/100)―1}×100
L12h:12時間後の微多孔膜の長さ[mm]
(評価基準)
◎(良い):5%未満
○(普通):5%以上10%未満
×(悪い):10%以上
(チーグラー・ナッタ触媒(A)の調製)
<(1)原料(a-1)の合成>
充分に窒素置換された8Lステンレス製オートクレーブに、2.5mol/LのMg6(C4H9)12AL(C2H5)3のヘキサン溶液800mL(マグネシウムとアルミニウムで2000mmol相当)を仕込み、50℃で攪拌しながら、5.47mol/Lのn-ブタノールヘキサン溶液146mLを3時間かけて滴下し、終了後、ラインを200mLのヘキサンで洗浄した。さらに、50℃で2時間かけて攪拌を継続し、反応を行った。
反応終了後、常温まで冷却したものを原料(a-1)とした。原料(a-1)はマグネシウムの濃度で1.5mol/Lであった。
<(2)原料(a-2)の合成>
充分に窒素置換された8Lステンレス製オートクレーブに、1mol/LのMg6(C4H9)12AL(C2H5)3のヘキサン溶液2,000mL(マグネシウムとアルミニウムで2000mmol相当)を仕込み、80℃で攪拌しながら、8.33mol/Lのメチルハイドロジエンポリシロキサン(信越化学工業社製)のヘキサン溶液240mLを圧送し、さらに80℃で2時間かけて攪拌を継続させた。
反応終了後、常温まで冷却したものを原料(a-2)とした。
原料(a-2)はマグネシウムとアルミニウムの合計濃度で0.786mol/Lであった。
<(3)担体(a-3)の合成>
充分に窒素置換された8Lステンレス製オートクレーブに3mol/Lのヒドロキシトリクロロシランのヘキサン溶液333mLを仕込み、80℃で原料(a-1)の有機マグネシウム化合物のヘキサン溶液629mL(マグネシウム943mmol相当)を3時間かけて滴下し、さらに80℃で1時間攪拌しながら反応を継続させた。
反応終了後、上澄み液を除去し、1,800mLのヘキサンで4回洗浄し、担体(a-3)を得た。
この担体を分析した結果、固体1g当たりに含まれるマグネシウムは7.5mmolであった。
<(4)チーグラー・ナッタ触媒(A)の調製>
充分に窒素置換された8Lステンレス製オートクレーブ中で、前記担体(a-3)110gを含有するヘキサンスラリー1,970mLを10℃で攪拌しているところに、1mol/Lの四塩化チタンのヘキサン溶液103mLと、前記原料(a-2)131mLを同時に3時間かけて添加した。
添加後、10℃で1時間反応を継続させた。反応終了後、上澄み液を除去し、ヘキサンで4回洗浄することにより、未反応原料成分を除去し、さらに増粘剤として流動パラフィン((株)MORESCO製P-350P(商標))を10vol%(体積比:流動パラフィン/(流動パラフィン+ヘキサン))添加し、チーグラー・ナッタ触媒(A)を調製した。
このチーグラー・ナッタ触媒(A)を移送する際には、移送元と移送先の差圧を0.3MPaとした。
1.6Lオートクレーブを使用して、上述のチーグラー・ナッタ触媒(A)20gの予備重合を行った。ノルマルヘキサン800mLを溶媒とし、助触媒成分としてはトリイソブチルアルミニウムとジイソブチルアルミニウムハイドライド(9:1混合物)を0.4mmol使用し、水素は20mol%(モル比:水素/(エチレン+水素))供給した。重合温度は20℃とし、チーグラー・ナッタ触媒(A)1gあたり5gのポリエチレンが重合されるようにエチレンを供給した。重合終了後、上澄み液を除去し、ヘキサンで4回洗浄することにより、未反応原料成分を除去し、チーグラー・ナッタ触媒(B)を調製した。このチーグラー・ナッタ触媒(B)を移送する際には、移送元と移送先の差圧を0.8MPaとした。
<(5)担体(c-3)の合成>
反応温度を65℃とした以外は、前記担体(a-3)の合成と同様の操作を行い、担体(c-3)を得た。この担体(c-3)を分析した結果、固体1g当たりに含まれるマグネシウムは7.5mmolであった。
<(6)チーグラー・ナッタ触媒(C)の調製>
前記担体(a-3)の代わりに担体(c-3)を用い、流動パラフィンを添加しなかったこと以外は、チーグラー・ナッタ触媒(A)の調製と同様の操作を行い、チーグラー・ナッタ触媒(C)を調製した。このチーグラー・ナッタ触媒(C)を移送する際には、移送元と移送先の差圧を0.3MPaとした。
<(7)原料(d-1)の合成>
1mol/LのMg6(C4H9)12AL(C2H5)3のヘキサン溶液を2,000mL使用し、ラインの洗浄に用いるノルマルヘキサンの量を300mLとしたこと以外は、前記原料(a-1)の合成と同様の操作を行い、原料(d-1)を得た。原料(d-1)はマグネシウムの濃度で0.7mol/Lであった。
<(8)担体(d-3)の合成>
前記原料(a-1)629mLの代わりに、原料(d-1)1340mLを用い、反応温度を65℃とした以外は、前記担体(a-3)の合成と同様の操作を行い、担体(d-3)を得た。この担体(d-3)を分析した結果、固体1g当たりに含まれるマグネシウムは7.5mmolであった。
<(9)チーグラー・ナッタ触媒(D)の調製>
前記担体(a-3)の代わりに担体(d-3)を用い、流動パラフィンを添加しなかったこと以外はチーグラー・ナッタ触媒(A)の調製と同様の操作を行い、チーグラー・ナッタ触媒(D)を調製した。このチーグラー・ナッタ触媒(D)を移送する際には、移送元と移送先の差圧を0.8MPaとした。
チーグラー・ナッタ触媒(A)の代わりにチーグラー・ナッタ触媒(D)を用いたこと以外は、チーグラー・ナッタ触媒(B)の調製と同様の重合操作を行い、チーグラー・ナッタ触媒(E)を調製した。このチーグラー・ナッタ触媒(E)を移送する際には、移送元と移送先の差圧を0.3MPaとした。
充分に窒素置換された8Lステンレス製オートクレーブ中でヘキサン1600mLを5℃で攪拌しているところに、1mol/Lの四塩化チタンのヘキサン溶液786mLと、前記原料(a-2)1000mLを同時に4時間かけて添加した。
添加後、ゆっくりと昇温し、10℃で1時間反応を継続させた。
反応終了後、上澄み液を除去し、ヘキサンで4回洗浄することにより、未反応原料成分を除去し、チーグラー・ナッタ触媒(F)を調製した。
このチーグラー・ナッタ触媒(F)を移送する際には、移送元と移送先の差圧を0.8MPaとした。
前記チーグラー・ナッタ触媒(F)に対して、増粘剤として流動パラフィン((株)MORESCO製P-350P(商標))を10vol%(体積比:流動パラフィン/(流動パラフィン+ヘキサン))添加し、チーグラー・ナッタ触媒(G)を調製した。
このチーグラー・ナッタ触媒(G)を移送する際には、移送元と移送先の差圧を0.8MPaとした。
(実施例1)
下記に示すように、第一段目の重合反応器でエチレン系重合体(XA)を重合し、第二段目の重合反応器でエチレン系重合体(YA)を重合することで、ポリエチレンパウダー(A)を得た。
ポリエチレンパウダー(A)の粘度平均分子量は300,000であり、メディアン径は101μmであった。
ポリエチレンパウダー(A)、及び上述の〔微多孔膜の製造方法〕により製造したポリエチレンパウダー(A)の微多孔膜について、上述の各種評価を実施した結果を表1に示す。
<(1)エチレン系重合体(XA)の重合>
3枚後退翼の撹拌翼と3枚の邪魔板とが付いたベッセル型300L重合反応器を使用して、エチレン系重合体の重合を行った。溶媒としてノルマルヘキサンを40L/時間の流量で供給し、スラリー濃度が16質量%になるよう総液量を調整し、撹拌速度は200rpmとした。重合触媒としてはチーグラー・ナッタ触媒(A)を使用し、エチレン系重合体の生産速度が9.0kg/時間になるように供給した。重合触媒には、エチレン系重合体の生産速度に対して20質量ppmの量で、ノルマルヘキサンで希釈したSTATSAFE3000(90g/L)を添加した。助触媒成分としてはトリイソブチルアルミニウムとジイソブチルアルミニウムハイドライド(9:1混合物)を使用し、10mmol/時間で供給した。水素は26mol%(モル比:水素/(エチレン+水素))供給した。重合温度は60℃とし、重合圧力は0.7MPaGとし、平均滞留時間は3.3時間とした。
こうして得られたエチレン系重合体(XA)の粘度平均分子量は300,000であった。また、第一段目の重合反応器における重合活性は、触媒1g当たり12,000gであった。
重合反応器内の重合スラリーは、重合反応器内のレベルが一定に保たれるように、圧力0.05MPaG、温度70℃の中間フラッシュタンクに導き、この中間フラッシュタンクで未反応のエチレンと水素を分離した。
<(2)エチレン系重合体(YA)の重合>
上述の中間フラッシュタンクから、3枚後退翼の撹拌翼と3枚の邪魔板とが付いたベッセル型300L重合反応器へとエチレン系重合体(XA)を含む重合スラリーを移送し、続けてエチレン系重合体(YA)の重合を行った。
スラリー濃度が40質量%になるように総液量を調整し、撹拌速度は450rpmとし、助触媒成分としてトリイソブチルアルミニウムとジイソブチルアルミニウムハイドライド(9:1混合物)を10mmol/時間で供給した。水素は10mol%(モル比:水素/(エチレン+水素))供給した。重合温度は78℃とし、生産速度が11.1kg/時間になるように、重合圧力は0.75MPaGとし、平均滞留時間は0.75時間とした。
こうして得られたエチレン系重合体(YA)の粘度平均分子量は300,000であった。また、第二段目の重合反応器における重合活性は、触媒1g当たり14,700gであった。
重合反応器内の重合スラリーは、重合反応器内のレベルが一定に保たれるように、圧力0.05MPaG、温度70℃の最終フラッシュタンクに導き、この最終フラッシュタンクで未反応のエチレン、水素を分離した。次に、重合スラリーをフラッシュタンクからポンプにより連続的に遠心分離機に送り、この遠心分離機でポリマーと溶媒とを分離した後、分離されたポリエチレンパウダーを90℃に制御されたロータリーキルン型乾燥機に送り、窒素ブローしながら乾燥させ、ポリエチレンパウダー(A)を得た。なお、この乾燥工程で、ポリエチレンパウダーに対してスチームを噴霧し、触媒及び助触媒の失活を実施した。
次に示すように、第一段目の重合反応器でエチレン系重合体(XB)を重合し、第二段目の重合反応器でエチレン系重合体(YB)を重合することで、ポリエチレンパウダー(B)を得た。
ポリエチレンパウダー(B)の粘度平均分子量は900,000であり、メディアン径は99μmであった。
ポリエチレンパウダー(B)、及び上述の〔微多孔膜の製造方法〕により製造したポリエチレンパウダー(B)の微多孔膜について、上述の各種評価を実施した結果を表1に示す。
<(3)エチレン系重合体(XB)の重合>
水素の供給量を16mol%としたこと以外は、前記(実施例1)の(XA)と同様に重合を行い、エチレン系重合体(XB)を得た。得られたエチレン系重合体(XB)の粘度平均分子量は900,000であった。また、第一段目の重合反応器における重合活性は、触媒1g当たり13,000gであった。
<(4)エチレン系重合体(YB)の重合>
撹拌速度を550rpm、水素の供給量を2mol%としたこと以外は、前記(実施例1)の(YA)と同様に重合を行い、エチレン系重合体(YB)を得た。
得られたエチレン系重合体(YB)の粘度平均分子量は900,000であった。また、第二段目の重合反応器における重合活性は、触媒1g当たり15,900gであった。
重合反応器内の重合スラリーは、前記(実施例1)と同様の分離・乾燥操作を行い、ポリエチレンパウダー(B)を得た。
<(5)ポリエチレンパウダー(C)の重合>
3枚後退翼の撹拌翼と3枚の邪魔板とが付いたベッセル型300L重合反応器を使用して、ポリエチレンパウダーの重合を行った。溶媒としてノルマルヘキサンを40L/時間の流量で供給し、スラリー濃度が40質量%になるよう総液量を調整し、撹拌速度は550rpmとした。重合触媒としてはチーグラー・ナッタ触媒(B)を使用し、ポリエチレンパウダーの生産速度が13kg/時間になるように供給した。重合触媒には、ポリエチレンパウダーの生産速度に対して20質量ppmの量で、ノルマルヘキサンで希釈したSTATSAFE3000(90g/L)を添加した。助触媒成分としてはトリイソブチルアルミニウムとジイソブチルアルミニウムハイドライド(9:1混合物)を使用し、10mmol/時間で供給した。水素は2.9mol%(モル比:水素/(エチレン+水素))供給した。重合温度は78℃とし、重合圧力は0.3MPaGとし、平均滞留時間は3.0時間とした。重合反応器内の重合スラリーは、重合反応器内のレベルが一定に保たれるように、圧力0.05MPaG、温度70℃のフラッシュタンクに導き、前記フラッシュタンクで未反応のエチレン、水素を分離した。次に、重合スラリーをフラッシュタンクからポンプにより連続的に遠心分離機に送り、ポリマーと溶媒とを分離した後、分離されたポリエチレンパウダーを90℃に制御されたロータリーキルン型乾燥機に送り、窒素ブローしながら乾燥させた。なお、この乾燥工程で、ポリエチレンパウダーに対してスチームを噴霧し、触媒及び助触媒の失活を実施した。
こうして得られたポリエチレンパウダー(C)の粘度平均分子量は900,000であり、メディアン径は110μmであった。また、重合反応器における重合活性は、触媒1g当たり20,000gであった。
ポリエチレンパウダー(C)、及び上述の〔微多孔膜の製造方法〕により製造したポリエチレンパウダー(C)の微多孔膜について、上述の各種評価を実施した結果を表1に示す。
次に示すように、第一段目の重合反応器でエチレン系重合体(XD)を重合し、第二段目の重合反応器でエチレン系重合体(YD)を重合することで、ポリエチレンパウダー(D)を得た。ポリエチレンパウダー(D)の粘度平均分子量は300,000であり、メディアン径は105μmであった。
ポリエチレンパウダー(D)、及び上述の〔微多孔膜の製造方法〕により製造したポリエチレンパウダー(D)の微多孔膜について、上述の各種評価を実施した結果を表1に示す。
<(6)エチレン系重合体(XD)の重合>
重合触媒をチーグラー・ナッタ触媒(C)としたこと以外は、前記(実施例1)の(XA)と同様に重合を行い、エチレン系重合体(XD)を得た。得られたエチレン系重合体(XD)の粘度平均分子量は300,000であった。また、第一段目の重合反応器における重合活性は、触媒1g当たり11,500gであった。
<(7)エチレン系重合体(YD)の重合>
前記(実施例1)の(YA)と同様に重合を行い、エチレン系重合体(YD)を得た。得られたエチレン系重合体(YD)の粘度平均分子量は300,000であった。また、第二段目の重合反応器における重合活性は、触媒1g当たり14,000gであった。
重合反応器内の重合スラリーは、前記(実施例1)と同様の分離・乾燥操作を行い、ポリエチレンパウダー(D)を得た。
<(8)ポリエチレンパウダー(E)の重合>
ノルマルヘキサンの流量を80L/時間、生産速度を10kg/時間、スラリー濃度を16質量%、平均滞留時間を1.75時間としたこと以外は、前記(実施例3)と同様に重合を行い、ポリエチレンパウダー(E)を得た。
こうして得られたポリエチレンパウダー(E)の粘度平均分子量は900,000であり、メディアン径は108μmであった。また、重合反応器における重合活性は、触媒1g当たり19,000gであった。
ポリエチレンパウダー(E)、及び上述の〔微多孔膜の製造方法〕により製造したポリエチレンパウダー(E)の微多孔膜について、上述の各種評価を実施した結果を表1に示す。
次に示すように、第一段目の重合反応器でエチレン系重合体(XF)を重合し、第二段目の重合反応器でエチレン系重合体(YF)を重合することで、ポリエチレンパウダー(F)を得た。
ポリエチレンパウダー(F)の粘度平均分子量は300,000であり、メディアン径は95μmであった。
ポリエチレンパウダー(F)、及び上述の〔微多孔膜の製造方法〕により製造したポリエチレンパウダー(F)の微多孔膜について、上述の各種評価を実施した結果を表1に示す。
<(9)エチレン系重合体(XF)の重合>
前記(実施例1)の(XA)と同様に重合を行い、エチレン系重合体(XF)を得た。得られたエチレン系重合体(XF)の粘度平均分子量は300,000であった。また、第一段目の重合反応器における重合活性は、触媒1g当たり12,000gであった。
<(10)エチレン系重合体(YF)の重合>
スラリー濃度を30質量%、撹拌速度を230rpmとしたこと以外は、前記(実施例1)の(YA)と同様に重合を行い、エチレン系重合体(YF)を得た。得られたエチレン系重合体(YF)の粘度平均分子量は300,000であった。また、第二段目の重合反応器における重合活性は、触媒1g当たり14,500gであった。
重合反応器内の重合スラリーは、前記(実施例1)と同様の分離・乾燥操作を行い、ポリエチレンパウダー(F)を得た。
<(11)ポリエチレンパウダー(G)の重合>
生産速度を9kg/時間、スラリー濃度を30質量%、水素の供給量を1mol%としたこと以外は、前記(実施例3)と同様に重合を行い、ポリエチレンパウダー(G)を得た。
こうして得られたポリエチレンパウダー(G)の粘度平均分子量は2,000,000であり、メディアン径は103μmであった。また、重合反応器における重合活性は、触媒1g当たり18,000gであった。
ポリエチレンパウダー(G)、及び上述の〔微多孔膜の製造方法〕により製造したポリエチレンパウダー(G)の微多孔膜について、上述の各種評価を実施した結果を表1に示す。
次に示すように、第一段目の重合反応器でエチレン系重合体(XH)を重合し、第二段目の重合反応器でエチレン系重合体(YH)を重合することで、ポリエチレンパウダー(H)を得た。ポリエチレンパウダー(H)の粘度平均分子量は900,000であり、メディアン径は99μmであった。ポリエチレンパウダー(H)、及び上述の〔微多孔膜の製造方法〕により製造したポリエチレンパウダー(H)の微多孔膜について、上述の各種評価を実施した結果を表1に示す。
<(12)エチレン系重合体(XH)の重合>
撹拌速度を300rpm、スラリー濃度を30質量%としたこと以外は、前記(実施例2)の(XB)と同様に重合を行い、エチレン系重合体(XH)を得た。得られたエチレン系重合体(XH)の粘度平均分子量は900,000であった。また、第一段目の重合反応器における重合活性は、触媒1g当たり13,000gであった。
<(13)エチレン系重合体(YH)の重合>
撹拌速度を450rpmとしたこと以外は、前記(実施例2)の(YB)と同様に重合を行い、エチレン系重合体(YH)を得た。得られたエチレン系重合体(YH)の粘度平均分子量は900,000であった。また、第二段目の重合反応器における重合活性は、触媒1g当たり15,900gであった。
重合反応器内の重合スラリーは、前記(実施例1)と同様の分離・乾燥操作を行い、ポリエチレンパウダー(H)を得た。
<(14)ポリエチレンパウダー(I)の重合>
撹拌速度を230rpm、重合触媒をチーグラー・ナッタ触媒(E)としたこと以外は、前記(実施例5)と同様に重合を行い、ポリエチレンパウダー(I)を得た。
こうして得られたポリエチレンパウダー(I)の粘度平均分子量は900,000であり、メディアン径は111μmであった。
また、重合反応器における重合活性は、触媒1g当たり18,000gであった。
ポリエチレンパウダー(I)、及び上述の〔微多孔膜の製造方法〕により製造したポリエチレンパウダー(I)の微多孔膜について、上述の各種評価を実施した結果を表2に示す。
<(15)ポリエチレンパウダー(J)の重合>
重合触媒をチーグラー・ナッタ触媒(D)としたこと以外は、前記(実施例3)と同様に重合を行い、ポリエチレンパウダー(J)を得た。
こうして得られたポリエチレンパウダー(J)の粘度平均分子量は900,000であり、メディアン径は113μmであった。また、重合反応器における重合活性は、触媒1g当たり18,500gであった。
ポリエチレンパウダー(J)、及び上述の〔微多孔膜の製造方法〕により製造したポリエチレンパウダー(J)の微多孔膜について、上述の各種評価を実施した結果を表2に示す。
次に示すように、第一段目の重合反応器でエチレン系重合体(XK)を重合し、第二段目の重合反応器でエチレン系重合体(YK)を重合することで、ポリエチレンパウダー(K)を得た。
ポリエチレンパウダー(K)の粘度平均分子量は900,000であり、メディアン径は94μmであった。
ポリエチレンパウダー(K)、及び上述の〔微多孔膜の製造方法〕により製造したポリエチレンパウダー(K)の微多孔膜について、上述の各種評価を実施した結果を表2に示す。
<(16)エチレン系重合体(XK)の重合>
撹拌速度を450rpm、スラリー濃度を30質量%としたこと以外は、前記(実施例2)の(XB)と同様に重合を行い、エチレン系重合体(XK)を得た。
得られたエチレン系重合体(XK)の粘度平均分子量は900,000であった。また、第一段目の重合反応器における重合活性は、触媒1g当たり12,500gであった。
<(17)エチレン系重合体(YK)の重合>
撹拌速度を230rpm、スラリー濃度を20質量%としたこと以外は、前記(実施例2)の(YB)と同様に重合を行い、エチレン系重合体(YK)を得た。得られたエチレン系重合体(YK)の粘度平均分子量は900,000であった。また、第二段目の重合反応器における重合活性は、触媒1g当たり15,400gであった。
重合反応器内の重合スラリーは、前記(実施例1)と同様の分離・乾燥操作を行い、ポリエチレンパウダー(K)を得た。
<(18)ポリエチレンパウダー(L)の重合>
撹拌速度を230rpm、重合触媒をチーグラー・ナッタ触媒(D)としたこと以外は、前記(実施例5)と同様に重合を行い、ポリエチレンパウダー(L)を得た。
こうして得られたポリエチレンパウダー(L)の粘度平均分子量は900,000であり、メディアン径は99μmであった。また、重合反応器における重合活性は、触媒1g当たり19,000gであった。
ポリエチレンパウダー(L)、及び上述の〔微多孔膜の製造方法〕により製造したポリエチレンパウダー(L)の微多孔膜について、上述の各種評価を実施した結果を表2に示す。
次に示すように、第一段目の重合反応器でエチレン系重合体(XM)を重合し、第二段目の重合反応器でエチレン系重合体(YM)を重合することで、ポリエチレンパウダー(M)を得た。
ポリエチレンパウダー(M)の粘度平均分子量は600,000であり、メディアン径は87μmであった。
ポリエチレンパウダー(M)、及び上述の〔微多孔膜の製造方法〕により製造したポリエチレンパウダー(M)の微多孔膜について、上述の各種評価を実施した結果を表2に示す。
<(16)エチレン系重合体(XM)の重合>
ノルマルヘキサンの流量を20L/時間、スラリー濃度を40質量%、重合触媒をチーグラー・ナッタ触媒(F)、生産速度を13kg/時間、水素の供給量を6mol%、重合温度を80℃、重合圧力を0.5MPaGとしたこと以外は、前記(実施例2)の(XB)と同様に重合を行い、エチレン系重合体(XM)を得た。
得られたエチレン系重合体(XM)の粘度平均分子量は800,000であった。また、第一段目の重合反応器における重合活性は、触媒1g当たり70,000gであった。
<(17)エチレン系重合体(YM)の重合>
撹拌速度を230rpm、生産速度を7kg/時間、水素の供給量を25mol%、重合温度を80℃、重合圧力を0.5MPaGとしたこと以外は、前記(実施例2)の(YB)と同様に重合を行い、エチレン系重合体(YM)を得た。得られたエチレン系重合体(YM)の粘度平均分子量は150,000であった。また、第二段目の重合反応器における重合活性は、触媒1g当たり38,000gであった。
重合反応器内の重合スラリーは、前記(実施例1)と同様の分離・乾燥操作を行い、ポリエチレンパウダー(M)を得た。
次に示すように、第一段目の重合反応器でエチレン系重合体(XN)を重合し、第二段目の重合反応器でエチレン系重合体(YN)を重合することで、ポリエチレンパウダー(N)を得た。
ポリエチレンパウダー(N)の粘度平均分子量は600,000であり、メディアン径は89μmであった。
ポリエチレンパウダー(N)、及び上述の〔微多孔膜の製造方法〕により製造したポリエチレンパウダー(N)の微多孔膜について、上述の各種評価を実施した結果を表2に示す。
<(16)エチレン系重合体(XN)の重合>
重合触媒をチーグラー・ナッタ触媒(G)としたこと以外は、前記(比較例5)の(XM)と同様に重合を行い、エチレン系重合体(XN)を得た。
得られたエチレン系重合体(XN)の粘度平均分子量は800,000であった。また、第一段目の重合反応器における重合活性は、触媒1g当たり70,000gであった。
<(17)エチレン系重合体(YN)の重合>
前記(比較例5)の(YM)と同様に重合を行い、エチレン系重合体(YN)を得た。得られたエチレン系重合体(YN)の粘度平均分子量は150,000であった。また、第二段目の重合反応器における重合活性は、触媒1g当たり38,000gであった。
重合反応器内の重合スラリーは、前記(実施例1)と同様の分離・乾燥操作を行い、ポリエチレンパウダー(N)を得た。
Claims (11)
- パルスNMRにおいて、Carr Purcell Meiboom Gill法で得られる自由誘導減衰曲線を3成分近似したときの、各成分の緩和時間Tと各成分の存在割合Rが、下記の<要件(1)>及び<要件(2)>を満たす、
ポリエチレンパウダー。
<要件(1)>
180℃において、下記(式I)で求められる絡み合い指数が、
12ms以上25ms以下である。
(絡み合い指数)=Tα×Rα/(Rα+Rβ)+Tβ×Rβ/(Rα+Rβ)・・・(式I)
Tα:低運動性成分αの緩和時間(ms)
Rα:低運動性成分αの存在割合(%)
Tβ:中間成分βの緩和時間(ms)
Rβ:中間成分βの存在割合(%)
<要件(2)>
180℃において、下記(式II)で求められる中間成分割合が、
0.25以上0.5以下である。
(中間成分割合)=Rβ/(Rα+Rβ)・・・(式II) - パルスNMRにおいて、Carr Purcell Meiboom Gill法で得られる自由誘導減衰曲線を3成分近似して求められる成分の存在割合Rについて、
180℃における低運動性成分の存在割合の変化率が、-5%以上10%以下である、
請求項1に記載のポリエチレンパウダー。 - パルスNMRにおいて、Carr Purcell Meiboom Gill法で得られる自由誘導減衰曲線を3成分近似して求められる成分の存在割合Rについて、
180℃における高運動性成分の存在割合の変化率が50%以下である、
請求項1又は2に記載のポリエチレンパウダー。 - 125℃における等温結晶化時間が5分以下である、
請求項1乃至3のいずれか一項に記載のポリエチレンパウダー。 - 粘度平均分子量が200,000以上10,000,000以下である、
請求項1乃至4のいずれか一項に記載のポリエチレンパウダー。 - メディアン径が50μm以上250μm以下である、
請求項1乃至5のいずれか一項に記載のポリエチレンパウダー。 - 電池用セパレータ用である、請求項1乃至6のいずれか一項に記載のポリエチレンパウダー。
- 請求項1乃至7のいずれか一項に記載のポリエチレンパウダーの成形体。
- 微多孔膜である請求項8に記載の成形体。
- 繊維である請求項8に記載の成形体。
- 電池用セパレータである請求項8に記載の成形体。
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