JP7732266B2 - プロピレン系重合体組成物及び成形品 - Google Patents
プロピレン系重合体組成物及び成形品Info
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Description
(1)割れ目(裂け目、クラック)ができずに、いくつかの部分に分かれない。
(2)割れ目(裂け目、クラック)ができるが、いくつかの部分に分かれない。
一方、近年、プラスチックの環境汚染が問題となっており、その対応は課題となっている。その対応の1つとして、カーボンニュートラルとなる植物由来のプラスチック(バイオマスプラスチック)を使用することが挙げられる。植物由来のポリプロピレンも検討されているが、現在、上市されておらず、ポリプロピレンにバイオマスポリエチレンを添加する検討が実施されている(例えば、特許文献1、2参照。)。
すなわち、本発明は、以下のバイオマス度が8.4~49%であるプロピレン系重合体組成物及びその成形品を提供するものである。
(A-i)プロピレン-α-オレフィンランダム共重合体である。
(A-ii)α-オレフィン含有量が1~5重量%の範囲である。
(A-iii)JIS K7210(230℃、2.16kg荷重)に準拠したメルトフローレート(以下、MFRと略称することがある。)が0.5~100g/10分の範囲である。
(A-iv)融解ピーク温度(Tm)が126~152℃の範囲である。
[2][1]に記載のプロピレン系重合体組成物100重量部に対し、造核剤を0.01~0.6重量部含有するプロピレン系重合体組成物。
[3][1]又は[2]に記載のプロピレン系重合体組成物を用いて得られた成形品。
(A-i)プロピレン-α-オレフィンランダム共重合体である。
(A-ii)α-オレフィン含有量が1~5重量%の範囲である。
(A-iii)JIS K7210(230℃、2.16kg荷重)に準拠したメルトフローレート(MFR)が0.5~100g/10分の範囲である。
(A-iv)融解ピーク温度(Tm)が126~152℃の範囲である。
以下、本発明のプロピレン系重合体組成物及び成形品について、詳細に説明する。
(1)プロピレン系共重合体(a)
本発明で用いられるプロピレン系共重合体(b)のα-オレフィン含有量は、1~5重量%の範囲であり、好ましくは1.9~4.9重量%、より好ましくは3.4~4.9重量%の範囲であり、1重量%以上であると割れへの耐性が十分となる。また、α-オレフィンの含有量が5重量%以下であると剛性の観点から好ましい。共重合に用いられるα-オレフィンは、プロピレンを除く炭素数2~20のα-オレフィンが挙げられ、例えばエチレン、1-ブテン、1-ヘキセン、1-オクテン等を例示できる。プロピレンと共重合されるα-オレフィンは一種類でも二種類以上用いてもよい。このうちエチレン、1-ブテンが好適である。より好ましくはエチレンが好適である。また、これらプロピレン系共重合体は、二種以上混合して使用してもよい。
プロピレン系共重合体の具体的な例としては、プロピレン-エチレンランダム共重合体、プロピレン-1-ブテンランダム共重合体、プロピレン-1-ヘキセンランダム共重合体、プロピレン-1-オクテンランダム共重合体、プロピレン-エチレン-1-ブテンランダム共重合体、プロピレン-エチレン-1-ヘキセンランダム共重合体、プロピレン-1-ブテン-1-オクテンランダム共重合体などのような、共単量体を任意の量組み合わせた二元又は三元ランダム共重合体が例示できる。ここで、プロピレン及びα-オレフィンの各含有量は、下記の条件の13C-NMR法によって計測される値である。
装置:日本電子(株)製 JEOL-GSX270
濃度:300mg/2mL
溶媒:オルソジクロロベンゼン
本発明で用いられるプロピレン系共重合体(a)は、JIS K7210(230℃、2.16kg荷重)に準拠したメルトフローレート(MFR)が0.5~100g/10分の範囲のものであり、5~60g/10分が好ましく、10~40g/10分がさらに好ましい。メルトフローレート(MFR)が0.5g/10分以上では、成形加工性の向上をもたらし製品として満足できるものが得られる。また、100g/10分以下であると、機械的強度の向上がもたらされる。
メルトフローレート(MFR)は、プロピレン系共重合体(a)の重合条件である温度や圧力を調節したり、水素等の連鎖移動剤を重合時に添加する方法における水素添加量の制御により、容易に調整を行なうことができる。
本発明に用いるプロピレン系共重合体(a)は、用いる触媒としては、特に限定されないが、立体規則性触媒を使用する方が好ましい。立体規則性触媒としては、チーグラー触媒やメタロセン触媒などが挙げられる。
担持型メタロセン触媒の特に好ましい例としては、担体が助触媒の機能を兼ねたイオン交換性層状ケイ酸塩が挙げられる。具体的には、以下に述べる成分[A]、成分[B]及び必要に応じて添加される成分[C]を組み合わせて得られる。
共役五員環配位子を少なくとも一個有する周期表第4~6族の遷移金属化合物
・成分[B]助触媒
イオン交換性層状ケイ酸塩
・成分[C]有機アルミニウム化合物
上記の成分[A]としては、具体的には、次の式[I]で表される化合物を使用することができる。
Q(C5H4-aR1 a)(C5H4-bR2 b)MXY ・・・[I]
式[I]において、Qは、二つの共役五員環配位子を架橋する結合性基を表す。
Mは、周期表第4~6族遷移金属を表し、中でもチタン、ジルコニウム、ハフニウムが好ましい。
X及びYは、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、炭素数1~20の炭化水素基、炭素数1~20の酸素含有炭化水素基、炭素数1~20の窒素含有炭化水素基、炭素数1~20のリン含有炭化水素基又は炭素数1~20の珪素含有炭化水素基を示す。
a及びbは、0≦a≦4、0≦b≦4を満足する整数である。
2個の共役五員環配位子の間を架橋する結合性基Qは、例として、アルキレン基、アルキリデン基、シリレン基、ゲルミレン基等が挙げられる。これらは水素原子がアルキル基、ハロゲン等で置換されたものであってもよい。特には、シリレン基が好ましい。
(1)メチレンビス(シクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド
(2)メチレン(シクロペンタジエニル)(3,4-ジメチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド
(3)イソプロピリデン(シクロペンタジエニル)(3,4-ジメチルシクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド
(4)エチレン(シクロペンタジエニル)(3,5-ジメチルペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド
(5)メチレンビス(インデニル)ジルコニウムジクロリド
(6)エチレンビス(2-メチルインデニル)ジルコニウムジクロリド
(7)エチレン1,2-ビス(4-フェニルインデニル)ジルコニウムジクロリド
(8)エチレン(シクロペンタジエニル)(フルオレニル)ジルコニウムジクロリド
(10)ジメチルシリレンビス(インデニル)ジルコニウムジクロリド
(11)ジメチルシリレンビス(4,5,6,7-テトラヒドロインデニル)ジルコニウムジクロリド
(12)ジメチルシリレン(シクロペンタジエニル)(フルオレニル)ジルコニウムジクロリド
(13)ジメチルシリレン(シクロペンタジエニル)(オクタヒドロフルオレニル)ジルコニウムジクロリド
(14)メチルフェニルシリレンビス[1-(2-メチル-4,5-ベンゾ(インデニル)]ジルコニウムジクロリド
(15)ジメチルシリレンビス[1-(2-メチル-4,5-ベンゾインデニル)]ジルコニウムジクロリド
(16)ジメチルシリレンビス[1-(2-メチル-4H-アズレニル)]ジルコニウムジクロリド
(17)ジメチルシリレンビス[1-(2-メチル-4-(4-クロロフェニル)-4H-アズレニル)]ジルコニウムジクロリド
(18)ジメチルシリレンビス[1-(2-エチル-4-(4-クロロフェニル)-4H-アズレニル)]ジルコニウムジクロリド
(19)ジメチルシリレンビス[1-(2-エチル-4-ナフチル-4H-アズレニル)]ジルコニウムジクロリド
(21)ジメチルシリレンビス[1-(2-メチル-4-(フェニルインデニル))]ジルコニウムジクロリド
(22)ジメチルシリレンビス[1-(2-エチル-4-(フェニルインデニル))]ジルコニウムジクロリド
(23)ジメチルシリレンビス[1-(2-エチル-4-ナフチル-4H-アズレニル)]ジルコニウムジクロリド
(24)ジメチルゲルミレンビス(インデニル)ジルコニウムジクロリド
(25)ジメチルゲルミレン(シクロペンタジエニル)(フルオレニル)ジルコニウムジクロリド
また、チタニウム化合物、ハフニウム化合物などの他の第4、5、6族遷移金属化合物についても上記と同様の化合物が好ましく挙げられる。本発明の触媒成分及び触媒については、これらの化合物を併用してもよい。
イオン交換性層状ケイ酸塩は、天然産のものに限らず、人工合成物であってもよい。イオン交換性層状ケイ酸塩として粘土化合物を使用することができ、粘土化合物の具体例としては、例えば、白水春雄著「粘土鉱物学」朝倉書店(1995年)に記載されている次のような層状珪酸塩が挙げられる。
(ア)1:1型構造が主要な構成層であるディッカイト、ナクライト、カオリナイト、アノーキサイト、メタハロイサイト、ハロイサイト等のカオリン族、クリソタイル、リザルダイト、アンチゴライト等の蛇紋石族
(イ)2:1型構造が主要な構成層であるモンモリロナイト、ザウコナイト、バイデライト、ノントロナイト、サポナイト、ヘクトライト、スチーブンサイト等のスメクタイト族、バーミキュライト等のバーミキュライト族、雲母、イライト、セリサイト、海緑石等の雲母族、アタパルジャイト、セピオライト、パリゴルスカイト、ベントナイト、パイロフィライト、タルク、緑泥石群
本発明においては、主成分の珪酸塩が2:1型構造を有する珪酸塩であることが好ましく、スメクタイト族であることがさらに好ましく、モンモリロナイトであることが特に好ましい。
酸処理は、イオン交換性層状珪酸塩粒子の表面の不純物を除く、又は層間陽イオンの交換を行うほか、結晶構造のAl、Fe、Mg等の陽イオンの一部又は全部を溶出させることができる。
酸処理で用いられる酸としては、塩酸、硝酸、硫酸などが挙げられるが、好ましくは無機酸、特に好ましくは硫酸である。
酸処理条件に特に制限はないが、好ましくは5~50重量%の酸の水溶液を60~100℃の温度で1~24時間反応させるような条件であり、その途中で酸の濃度を変化させてもよい。酸処理した後、通常洗浄が行われる。洗浄とは処理系内に含まれる酸をイオン交換性層状珪酸塩から分離除去する操作である。
具体的な塩類としては、次のものを例示することができる。
陽イオンがLiのものとしては、LiCl、LiBr、Li2SO4、Li3(PO4)、Li(ClO4)、Li2(C2O4)、LiNO3、Li(OOCCH3)、Li2(C4H4O4)等を挙げることができる。
陽イオンがNiのものとしては、NiCO3、Ni(NO3)2、NiC2O4、Ni(ClO4)2、NiSO4、NiCl2、NiBr2等を挙げることができる。
陽イオンがZnのものとしては、Zn(OOCH3)2、Zn(CH3COCHCOCH3)2、ZnCO3、Zn(NO3)2、Zn(ClO4)2、Zn3(PO4)2、ZnSO4、ZnF2、ZnCl2、ZnBr2、ZnI2等を挙げることができる。
陽イオンがHfのものとしては、Hf(OOCCH3)4、Hf(CO3)2、Hf(NO3)4、Hf(SO4)2、HfOCl2、HfF4、HfCl4、HfBr4、HfI4等を挙げることができる。
成分[C]の有機アルミニウム化合物は、必要に応じて任意的に使用される成分であり、下記式[II]で示される化合物が最適である。
(AlR4 pX3-p)q・・・[II]
式[II]中、R4は、炭素数1~20の炭化水素基を示し、Xは、ハロゲン、水素、アルコキシ基、アミノ基を示す。pは1~3の、qは1~2の整数である。
R4としては、アルキル基が好ましく、またXは、それがアルコキシ基の場合には炭素数1~8のアルコキシ基が、アミノ基の場合には炭素数1~8のアミノ基が好ましい。
これらのうち、好ましくは、p=3、q=1のトリアルキルアルミニウム及びp=2、q=1のジアルキルアルミニウムヒドリドである。さらに好ましくは、R4が炭素数1~8であるトリアルキルアルミニウムである。
プロピレン系共重合体(a)の製造方法としては、上記触媒の存在下に、不活性溶媒を用いたスラリー重合法、溶液重合法、実質的に溶媒を用いない気相重合法又は重合モノマーを溶媒とするバルク重合法等が挙げられる。
例えば、スラリー重合法の場合には、n-ブタン、イソブタン、n-ペンタン、イソペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレン等の不活性炭化水素又は液状モノマー中で行うことができる。重合温度は、通常-80~150℃であり、好ましくは40~120℃である。重合圧力は、1~60気圧(0.10~6.08MPa)が好ましく、また得られるプロピレン系共重合体(a)の分子量の調節は、水素又は他の公知の分子量調整剤で行うことができる。重合は連続式又はバッチ式反応で行い、その条件は通常用いられている条件でよい。さらに重合反応は一段で行ってもよく、多段で行ってもよい。
メタロセン触媒を用いる場合は、本重合が行われる前に予備重合処理することが望ましい。予備重合に供されるモノマーとしては、エチレン、プロピレン、1-ブテン、1-ヘキセン等のα-オレフィン、1,3-ブタジエン等のジエン化合物、スチレン、ジビニルベンゼン等のビニル化合物を用いることができる。
この予備重合は、不活性溶媒中で穏和な条件で行うことが好ましく、固体触媒(成分[A]と成分[B]の合計)1g当たり、0.01~1,000g、好ましくは0.1~100gの重合体が生成するように行うことが望ましい。
さらに、固体触媒の滞留時間を長くすることによっても、固体触媒当たりのポリマー生産量を上げることが可能であるが、あまり長くし過ぎると生産性に影響を与える。好ましい滞留時間は、1~8時間、さらに好ましくは1~6時間である。担体を含めた固体触媒1g当たりのポリマー生産量は20kg以上、好ましくは25kg以上、さらに好ましくは30kg以上となるように、重合条件を設定することが望ましい。
また、重合系内に分子量調節剤として水素を存在させてもよい。さらに、重合温度、分子量調節剤の濃度等を変えて多段階で重合させてもよい。
洗浄方法としては、特に制限はなく、撹拌槽での接触処理後上澄みのデカンテーション、向流洗浄、サイクロンによる洗浄液との分離など、公知の方法を用いることができる。
また、洗浄前又は洗浄と同時に、失活剤を添加してもよい。失活剤に関しては、特に制限はなく、水、メタノール、エタノール、イソプロパノールなどのアルコール類、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン類など、又はこれらの混合物を用いることができる。
このようなプロピレン系共重合体(a)としては、市販のものを用いることができ、例えば、日本ポリプロ(株)製の商品名:ウィンテック(WINTEC)、ノバテック PP(NOVATEC PP)などを挙げることができる。
本発明に用いるプロピレン系共重合体(a)のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定により得られる分子量分布〔重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)〕は1.5~7.0が好ましい。
分子量分布の下限はより好ましくは2.0以上、さらに好ましくは3.0以上であり、上限はより好ましくは6.0以下、さらに好ましくは5.0以下である。
分子量分布の下限が一定以上であると、プロピレン系共重合体(a)の製造や精製の条件範囲が広がるため生産効率が向上し好ましい。また、上限が一定以下であると、分子鎖の長さが非常に揃っていることを示し、揮発性成分の発生の原因になると考えられる未反応モノマー、ダイマー、低分子量化合物、非晶質成分、オリゴマーなどの、比較的低分子量の成分の含有量が少なくなるため好ましい。
メタロセン触媒を用いる場合は、本発明に用いるプロピレン系共重合体(a)の平均溶出温度(T50)は90~105℃が好ましく、溶出分散度(σ)は9℃以下が好ましい。
ここで、平均溶出温度は、o-ジクロロベンゼンを溶媒とする温度上昇溶離分別法による重合体の溶出曲線に基づく値であり、溶出重合体の積算質量が50質量%となるときの温度を表す。溶出分散度は、温度上昇溶離分別法による溶出量が溶出温度に対して正規確率分布に従うと仮定し、質量積算溶出量I(t)が下記の数式(1)で表されると定義した際のσの値である。
溶出分散度は具体的には、σ=T50-T15.9である。なお、T15.9は積算質量が15.9質量%となるときの温度を示す。
平均溶出温度が90~105℃であることにより、プロピレン系共重合体(a)の分子量及び融点を成形のために適切なものとすることができ、寸法精度を向上させることができる。平均溶出温度が90℃以上のときにはプロピレン系共重合体(a)の分子量及び融点が低くなり過ぎることはなく、成形品の寸法精度が良好となり、105℃以下のときにはプロピレン系樹脂の分子量及び融点が高くなり過ぎることはなく好ましい。
また、溶出分散度(σ)が9℃以下であることにより、温度上昇に伴う成分の溶出を抑えることができると共に、寸法精度を高めることができる。溶出分散度(σ)はより好ましくは7℃以下、さらに好ましくは6℃以下である。
このようなメタロセン触媒を用いるプロピレン系共重合体(a)としては、市販のものを用いることができ、例えば、日本ポリプロ(株)製の商品名:ウィンテック(WINTEC)などを挙げることができる。
本発明で用いられるプロピレン系共重合体(a)の融解ピーク温度(Tm)は、126℃~152℃、好ましくは126~148℃の範囲であり、融解ピーク温度(Tm)が126℃以上であると剛性や成形性が良好となり、152℃以下であると衝撃強度が良好となる。
融解ピーク温度(Tm)の具体的測定方法は、示差走査熱量計(DSC)を用い、サンプル量5.0mgを採り、200℃で5分間保持した後、40℃まで10℃/分の降温速度で結晶化させ、さらに10℃/分の昇温速度で融解させたときに描かれる曲線のピーク位置を、融解ピーク温度Tm(℃)とする。
本発明で用いられるバイオマスポリエチレン(b)の原料モノマーである植物由来エチレンは、サトウキビ等の植物原料に微生物を作用させて発酵させることにより生成したエタノールを、触媒存在下で加熱して分子内脱水反応を行うことにより得ることができる。
バイオマスポリエチレン(b)は、植物由来エチレンを主成分として含むモノマーを重合させて得られたポリマーである。バイオマスポリエチレン(b)の原料モノマーは、植物由来エチレンを100%含むものでなくてもよい。モノマーの一部を植物由来エチレンとすることによっても環境負荷を低減することができるためである。
バイオマスポリエチレン(b)としては、植物由来エチレンを単独重合させて得られたホモポリマーや、植物由来エチレンとα-オレフィンとを共重合させて得られたコポリマーを使用することもできる。α-オレフィンの炭素数は特に限定されないが、1-ブテン、1-ヘキセン又は1-オクテンであることが好ましい。さらに、石油由来エチレンを含んでいてもよい。
高密度ポリエチレンの密度としては、好ましくは0.940~0.965g/cm3であり、この範囲であると、剛性が向上し好ましい。また、中密度ポリエチレンの密度としては、好ましくは0.925~0.940g/cm3であり、この範囲であると剛性が向上し好ましい。
上記ポリエチレンの中でも低密度ポリエチレン及び直鎖状低密度ポリエチレンの内、少なくとも1種を用いるのが好ましい。これにより、透明性改良効果が十分となる。
低密度ポリエチレンの密度としては、好ましくは0.910~0.920g/cm3であり、より好ましくは0.913~0.917g/cm3である。密度が0.910g/cm3以上であると剛性が向上し好ましく、密度が0.920g/cm3以下であると透明性改良効果が十分となり好ましい。
また、直鎖状低密度ポリエチレンの密度としては、好ましくは0.895~0.925g/cm3であり、より好ましくは0.900~0.917g/cm3である。密度が0.895g/cm3以上であると剛性が向上し好ましく、密度が0.925g/cm3以下であると透明性改良効果が十分となり好ましい。
バイオマスポリエチレン(b)は、ASTM D1238(190℃、2.16kg荷重)に準拠したメルトフローレートが0.21~72g/10分の範囲のものが好ましく用いられる。
このようなバイオマスポリエチレン(b)としては、例えば「Green PE」(Braskem社製商品名)が挙げられる。
本発明におけるバイオマス度(%)は、下記の数式により算出される数値である。
バイオマス度(%)=[{A×(B÷100)}/C]×100 ・・・数式(2)
A:バイオマスポリエチレン(b)の重量
B:使用するバイオポリエチレンのバイオ度数(%)
C:プロピレン系重合体組成物の重量
なお、バイオマスポリエチレン(b)のバイオ度数(%)は、ASTM D6866にて測定し算出できる。
本発明のプロピレン系重合体組成物は、プロピレン系重合体組成物100重量部に対して、造核剤を好ましくは0.01~0.6重量部含有することができる。
一般的な各種の公知の造核剤が使用可能であり、例えば、立体障害性アミド化合物、有機ジカルボン酸金属塩、有機モノカルボン酸金属塩、ソルビトール系若しくはその誘導体、ノニトール系若しくはその誘導体、ジテルペン酸類の金属塩又はポリマー核剤等が挙げられる。
その中でも特に下記式(1)で表される造核剤を含有することは透明性の発現において好ましい。
(式中、nは、0~2の整数であり、R1~R5は、それぞれ独立して、同一又は異なって、水素、ハロゲン、炭素数1~20のアルキル、炭素数2~20のアルケニル、炭素数1~20のアルコキシ、炭素数1~20のアルコキシカルボニル又はフェニルであり、R6は、炭素数1~20のアルキルである。)
式(1)で表される造核剤のうち、市販品として入手できる代表的なものは、ミラッドNX8000J(ミリケン・アンド・カンパニー社製)などが挙げられる。その化学構造式は、下記式(1-1)のとおりである。この造核剤の分子量は484である。この物質は、熱的・化学的にきわめて安定であるため、成形温度においてもほとんど熱分解しないという非常に優れた特徴がある。分解物が成形品の表面にブリードアウトして外観を悪化させるという問題が生じないため、非常に好ましい。
本発明のプロピレン系重合体組成物においては、上述した成分に加えて、プロピレン系重合体の安定剤などとして使用されている各種酸化防止剤や、紫外線吸収剤、光安定剤、中和剤等の添加剤を配合することができる。
具体的には、酸化防止剤としては、ビス(2,6-ジ-t-ブチル-4-メチルフェニル)ペンタエリスリトール-ジ-フォスファイト、ジ-ステアリル-ペンタエリスリトール-ジ-フォスファイト、ビス(2,4-ジ-t-ブチルフェニル)ペンタエリスリトール-ジ-フォスファイト、トリス(2,4-ジ-t-ブチルフェニル)フォスファイト、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-フォスフォナイト、テトラキス(2,4-ジ-t-ブチル-5-メチルフェニル)-4,4’-ビフェニレン-ジ-フォスフォナイト等のリン系酸化防止剤、2,6-ジ-t-ブチル-p-クレゾール、テトラキス[メチレン(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシヒドロシンナメート)]メタン、1,3,5-トリメチル-2,4,6-トリス(3,5-ジ-t-ブチル-4-ハイドロキシベンジル)ベンゼン、トリス(3,5-ジ-t-ブチル-4-ハイドロキシベンジル)イソシアヌレート等のフェノール系酸化防止剤、ジ-ステアリル-β,β’-チオ-ジ-プロピオネート、ジ-ミリスチル-β,β’-チオ-ジ-プロピオネート、ジ-ラウリル-β,β’-チオ-ジ-プロピオネート等のチオ系酸化防止剤等が挙げられる。
Mg1-xAlx(OH)2(CO3)x/2・mH2O …(5)
[式中、xは、0<x≦0.5であり、mは3以下の数である。]
[Al2Li(OH)6]nX・mH2O …(6)
[式中、Xは、無機又は有機のアニオンであり、nはアニオン(X)の価数であり、mは3以下である。]
本発明のプロピレン系重合体組成物の曲げ弾性率は、好ましくは500MPa以上であり、曲げ弾性率が500MPa以上であると、成形品としての強度が十分となる。より好ましくは800MPa以上であり、更に好ましくは1000MPa以上である。
本発明のプロピレン系重合体組成物のシャルピー衝撃強度は、好ましくは3.0kJ/m2以上の範囲であり、シャルピー衝撃強度が3.0kJ/m2以上であると成形品の輸送時の破損が抑制される。より好ましくは3.5kJ/m2以上であり、さらに好ましくは4.8kJ/m2以上である。
本発明のプロピレン系重合体組成物の製品肉厚2mmtにおけるヘイズは、好ましくは50%以下の範囲であり、ヘイズが50%以下であると内容物の視認性が向上し、更に意匠性が良好となる。より好ましくは45%以下であり、さらに好ましくは35%以下である。
本発明のプロピレン系重合体組成物は、プロピレン系共重合体(a)及びバイオマスポリエチレン(b)、並びに、必要に応じて他の添加剤の各所定量を、ヘンシェルミキサー(商品名)、スーパーミキサー、リボンブレンダー等に投入して混合した後、通常の単軸押出機、二軸押出機、バンバリーミキサー、プラベンダー、ロール等で190~260℃の温度範囲で溶融混練することにより得ることができる。
本発明のプロピレン系重合体組成物を用いた成形品を製造するには、プロピレン系重合体組成物を射出成形法等により所望形状の成形品に成形する。
成形品の用途としては、特に限定されないが、各種工業材料、自動車関連部品、医療向けや化粧品向けなどの各種容器、日用品、フィルム及び繊維など様々な用途に幅広く使用できる。
なお、以下の実施例、比較例において、プロピレン系共重合体(a)及びプロピレン系重合体組成物の物性測定は下記の方法に従ったものである。
<1.測定の方法>
JIS K7210(230℃、2.16kg荷重)に準拠して測定した。
13C-NMRにより組成を検定したエチレン・プロピレンランダムコポリマーを基準物質として733cm-1の特性吸収帯を用いる赤外分光法により、ランダムコポリマー中のエチレン含有量を測定した。ペレットをプレス成形により約500μmの厚さのフィルムとしたものを用いた。
プロピレン系共重合体(a)の分子量分布Mw/Mnは、重量平均分子量Mw及び数平均分子量Mnをゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)法で測定し、算出した。測定条件は以下のとおりである。
装置:WATERS社製GPC(ALC/GPC 150C)
検出器:FOXBORO社製MIRAN 1A IR検出器(測定波長:3.42μm)
カラム:昭和電工(株)製AD806M/S(3本直列)
移動相溶媒:ο-ジクロロベンゼン
測定温度:140℃
流速:1.0ml/分
注入量:0.2ml
示差走査熱量計(DSC)を用い、サンプル量5.0mgを採り、一旦200℃まで温度を上げて、熱履歴を消去した後、200℃で5分間保持した後、10℃/分の降温速度で40℃まで温度を降下させて結晶化させ、再び昇温速度10℃/分にて測定して融解させた際の、吸熱ピークトップの温度を融解ピーク温度(融点)(Tm)とした
JIS K7171に準拠して測定した。
JIS K7111に準拠して23℃のシャルピー衝撃強度を測定した。
(7)ヘイズ値
厚さ2mmのシート片を用いて、JIS K7136に準拠して測定した。
120mm×120mm×2mmの試験片を射出成形(成形温度:200℃、金型温度:40℃)し、図1の様に剪定ばさみで幅1.5cmとなる様に長さ3cmほどの切り込みをそれぞれ入れ、その部分を手で折り曲げて、以下の基準で割れを評価した。
◎:90度以上折り曲げても割れ目(裂け目、クラック)ができずに、いくつかの部分に分かれない。(割れない)
○:90度以上折り曲げても割れ目(裂け目、クラック)ができるが、いくつかの部分に分かれない。(割れない)
×:90度以上折り曲げるといくつかの部分に分かれる。(割れる)
2-1.プロピレン系共重合体(a)の製造
(1)製造例1
<固体チタン触媒成分の調製>
撹拌装置を備えた容量10Lのオートクレーブを十分に窒素で置換し、精製したトルエン2Lを導入した。ここに、室温で、Mg(OEt)2を200g、TiCl4を1L添加した。90℃に昇温して、フタル酸ジ-n-ブチルを50ml導入した。その後、110℃に昇温して3時間反応を行った。反応生成物を精製したトルエンで十分に洗浄した。次いで、精製したトルエンを導入して全体の液量を2Lに調整した。室温でTiCl4を1L添加し、110℃に昇温して2時間反応を行った。反応生成物を精製したトルエンで十分に洗浄した。次いで、精製したトルエンを導入して全体の液量を2Lに調整した。室温でTiCl4を1L添加し、110℃に昇温して2時間反応を行った。反応生成物を精製したトルエンで十分に洗浄した。更に、精製したn-ヘプタンを用いて、トルエンをn-ヘプタンで置換し、固体成分のスラリーを得た。このスラリーの一部をサンプリングし分析したところ、固体成分のTi含有量は2.7重量%であった。
次に、撹拌装置を備えた容量20Lのオートクレーブを十分に窒素で置換し、上記固体成分のスラリーを固体成分として100g導入した。精製したn-ヘプタンを導入して、固体成分の濃度が25g/Lとなる様に調整した。SiCl4を50ml加え、90℃で1時間反応を行った。反応生成物を精製したn-ヘプタンで十分に洗浄した。
その後、精製したn-ヘプタンを導入して液レベルを4Lに調整した。ここに、ジメチルジビニルシランを30ml、(i-Pr)2Si(OMe)2を30ml、Et3Alのn-ヘプタン希釈液をEt3Alとして80g添加し、40℃で2時間反応を行った。反応生成物を精製したn-ヘプタンで十分に洗浄し、得られたスラリーの一部をサンプリングして乾燥、分析したところ、固体成分にはTiが1.2重量%、(i-Pr)2Si(OMe)2が8.8重量%含まれていた。
更に、上記で得られた固体成分を用いて、以下の手順により予備重合を行った。上記のスラリーに精製したn-ヘプタンを導入して、固体成分の濃度が20g/Lとなる様に調整した。次にスラリーを10℃に冷却した後、Et3Alのn-ヘプタン希釈液をEt3Alとして10g添加し、280gのプロピレンを4時間かけて供給した。プロピレンの供給が終わった後、更に30分間反応を継続した。次いで、気相部を窒素で十分に置換し、反応生成物を精製したn-ヘプタンで十分に洗浄した。得られたスラリーをオートクレーブから抜き出し、真空乾燥を行って固体触媒成分(c)を得た。この固体触媒成分は、固体成分1gあたり2.5gのポリプロピレンを含んでいた。また、分析したところ、この固体触媒成分(c)のポリプロピレンを除いた部分には、Tiが1.0重量%、(i-Pr)2Si(OMe)2が8.2重量%含まれていた。
図2に示したフローシートを用いてプロピレン-エチレンランダム共重合体の製造について説明する。2台の重合槽を用いる気相重合反応器を用いた。2台の重合器1及び10は、内径D:2100mm、長さL:11000mm、内容積:40m3の攪拌機を備えた連続式横型気相重合器(長さ/直径=5.2)である。
重合器1内を窒素で十分に置換後、粒径500μm以下の重合体粒子を除去したポリプロピレン粉末を仕込み、固体触媒成分(c)として120g/時間、またトリエチルアルミニウムの15重量%ヘキサン溶液を触媒成分(c)中のTi原子1モルに対し、モル比が350となるように連続的に供給した。また、重合器1内の水素濃度のプロピレン濃度に対する比が0.095となるように水素を、エチレン濃度のプロピレン濃度に対する比が0.020となるようにエチレンを、重合器1内の圧力が2.10MPa、温度が61℃を保つようにプロピレンモノマーをそれぞれ重合器1内に供給した。反応熱は、原料混合ガス供給配管3から供給する原料液化プロピレンの気化熱により除去した。重合器1から排出される未反応ガスは、未反応ガス抜出配管4を通り反応器系外に抜出、冷却・凝縮させてリサイクルガス配管2を通して重合器1に還流した。
重合器1内で生成したプロピレン-エチレンランダム共重合体(1段目)は、重合体の保有レベルが反応容積の45容量%となるように重合体抜出配管5を通して重合器1から連続的に抜出、第2重合工程の重合器10に供給した。
重合器10内に、第1重合工程からの重合体、また、重合器10内の水素濃度のプロピレン濃度に対する比が0.021となるように水素を、エチレン濃度のプロピレン濃度に対する比が0.068となるようにエチレンを、重合器10内の圧力が2.05MPa、温度が70℃を保つようにプロピレンモノマーをそれぞれ重合器10内に供給した。またプロピレン-エチレンランダム共重合体(2段目)の重合量を調整するための重合活性抑制剤を重合活性抑制剤添加用配管11より供給した。反応熱は原料混合ガス供給配管6から供給される原料液化プロピレンの気化熱で除去した。重合器10から排出される未反応ガスは、未反応ガス抜出配管8を通して反応器系外に抜出、冷却・凝縮させて、リサイクルガス配管7を通して重合器10に還流させた。第2重合工程で生成したプロピレン系共重合体は、重合体の保有レベルが反応容積の50容量%となるように重合体抜出配管9を通して重合器10から連続的に抜き出した。抜き出したパウダーは、ガス回収機12でガス類を分離し、パウダー部は回収系に抜出、造粒系で造粒した。
プロピレン系共重合体の生産レートは、9.6T/時間、重合器1内の平均滞留時間は1.9時間、重合器10内の平均滞留時間は1.3時間であった。生産レートを固体触媒成分(c)の供給速度で割った値として触媒効率を求めたところ、88900g-PP/g-触媒であった。
また得られた2段重合体であるプロピレン系共重合体を分析したところ、MFRは38.9g/10分、エチレン含有量は5.0重量%、Tmは148℃であった。PP成分(1段目)は、MFRは71.9g/10分、エチレン含有量は2.5重量%であった。PP成分(2段目)についてのインデックスを計算したところ、MFR=8.0g/10分、エチレン含有量は11.3重量%であった。
ここで、PP成分(2段目)のMFRは、PP成分(1段目)のMFRとプロピレン系共重合体のMFRと、PP成分(1段目)と(2段目)の重量比から粘度の対数加成則と呼ばれる経験式に従って算出した。また、エチレン含有量は、PP成分(1段目)のエチレン含有量とプロピレン系共重合体のエチレン含有量と、PP成分(1段目)と(2段目)の重量比から算出した。ここで、PP成分(1段目)と(2段目)の重量比は、重合槽に供給する液化プロピレン量から各段の生産量を算出し、PP成分(2段目)の生産量は全体の重量に対し28重量%であった。
(1)製造例2
(i)固体触媒の調製
攪拌翼、温度計、ジャケット、冷却コイルを備えた100リッターの反応器に、Mg(OEt)2:30molを仕込み、次いで、Ti(OBu)4を、仕込んだMg(OEt)2中のマグネシウムに対して、Ti(OBu)4/Mg=0.60(m.r.(モル比))となるように仕込んだ。さらに、トルエン(TOL)を19.2kg仕込み、攪拌しながら昇温した。139℃で3時間反応させた後、130℃に降温して、MeSi(OPh)3のトルエン溶液を、先に仕込んだMg(OEt)2中のマグネシウムに対して、MeSi(OPh)3/Mg=0.67(m.r.)になるように添加した。なお、ここで用いたトルエン量は、7.8kgであった。添加終了後、130℃で2時間反応させ、その後、室温に降温し、Si(OEt)4を添加した。Si(OEt)4の添加量は、先に仕込んだMg(OEt)2中のマグネシウムに対して、Si(OEt)4/Mg=0.056(m.r.)となるようにした。
(i)で得られた固体成分のうち、400gを、攪拌翼、温度計、冷却ジャケットを有する別の反応器に移送し、ノルマルヘキサンを加えて、固体成分の濃度として5.0(g/l)になるように希釈した。得られたスラリーを攪拌しながら、15℃で、トリメチルビニルシラン、TEA及びTBMDESを添加した。TEAはトリエチルアルミニウムを示し、TBMDESはt-ブチルメチルジエトキシシランを示し、t-ブチルは、ターシャリーブチル基を示す。なお、TEA、トリメチルビニルシラン、TBMDESの添加量は、それぞれ、固体触媒成分(A)中の固体成分1gに対して、0.475g、0.137g、0.167gとなるようにした。添加終了後、引き続き攪拌しながら、15℃で1時間保持し、さらに、30℃に昇温して、同温度で2時間攪拌した。次に、再び15℃に降温し、同温度を保持しながら、反応器の気相部に、4.8kgのプロピレンガスを8時間かけて定速でフィードして予備重合を行った。フィード終了後、攪拌を停止して上澄み液を除去した後、ノルマルヘキサンを用いてデカンテーションで洗浄を行い、固体触媒成分(A)のスラリーを得た。なお、残液率は、1/12(ノルマルヘキサン/固体触媒成分(A)の体積比)とした。得られた固体触媒成分(A)は、固体触媒成分(A):1g当たり、12.0gのプロピレン重合体を有していた。
内容積0.4m3の攪拌装置付き液相重合槽の後流に二重管式熱交換器と流動フラッシュ槽からなる脱ガスシステムを組み込んだプロセスにより、プロピレン-エチレン共重合体の連続製造を実施した。液相重合槽には、液化プロピレン、エチレン、水素、TEA、TBEDMSを連続的にフィードした。TBEDMSはt-ブチルエチルジメトキシシランを示し、t-ブチルは、ターシャリーブチル基を示す。なお、液化プロピレン、TEA、TBEDMSのフィード量は、それぞれ、163kg/hr、8.86g/hr、1.37g/hrであり、水素は気相の濃度が6.15mol%に、エチレンは気相の濃度が0.74mol%にそれぞれなるようにフィードした。さらに、上記(ii)で得られた固体触媒成分(A)を、(A)中に含まれる固体成分として、0.13g/hrとなるようにフィードした。また、重合温度が70℃となるように、液相重合槽を冷却した。この液相重合槽で重合したスラリーは、2重管式熱交換器により加熱され、流動フラッシュ槽に抜き出した。スラリーの抜き出しレートは、該スラリーに含まれるポリプロピレン粒子として、約24kg/hrになるように調節した。該ポリプロピレン粒子の液相重合槽における平均滞留時間は1.4時間であった。抜き出したポリプロピレンを分析したところ、MFRは25.0g/10分、エチレンの含有量は0.7重量%、分子量分布(Mw/Mn)は5.6、Tmは156℃であった。
エチレンの気相の濃度が0.85mol%になるようにフィード量を変更した以外は、製造例2に準じて行いプロピレン-エチレン共重合体を製造した。得られたポリプロピレンを分析したところ、MFRは21.0g/10分、エチレンの含有量は0.8重量%、分子量分布(Mw/Mn)は5.7、Tmは159℃であった。
(PP-1)日本ポリプロ(株)製商品名「WINTEC WFW4M」、MFR=7.0g/10分、エチレン含有量=1.9重量%、Tm=133℃
(PP-2)日本ポリプロ(株)製商品名「WINTEC WSX03」、MFR=25g/10分、エチレン含有量=3.4重量%、Tm=126℃
(PP-3)日本ポリプロ(株)製商品名「NOVATEC-PP MG03BD」、MFR=30g/10分、エチレン含有量=2.2重量%、Tm=152℃
(PP-4)製造例1で重合して得られたプロピレン系樹脂
2-4.プロピレン系共重合体(a)以外のプロピレン系共重合体
(PP-5)製造例2で重合して得られたプロピレン系樹脂
(PP-6)製造例3で重合して得られたプロピレン系樹脂
低密度ポリエチレン(LDPE)
(PE-1)Braskem社製商品名「Green PE SPB608」
密度:0.915g/cm3、ASTM D1238(190℃、2.16kg荷重)に準拠したメルトフローレートが30g/10分、バイオ度数:95%。(いずれの特性もメーカーカタログ値を示す。)
直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)
(PE-2)Braskem社製商品名「Green PE SLL118」
密度:0.916g/cm3、ASTM D1238(190℃、2.16kg荷重)に準拠したメルトフローレートが1g/10分、バイオ度数:87%。(いずれの特性もメーカーカタログ値を示す。)
高密度ポリエチレン(HDPE)
(PE-3)Braskem社製商品名「Green PE SGM9450F」
密度:0.952g/cm3、ASTM D1238(190℃、5kg荷重)に準拠したメルトフローレートが0.33g/10分、バイオ度数:96%。(いずれの特性もメーカーカタログ値を示す。)
(A-1)ヒンダードフェノール系酸化防止剤「IR1010」テトラキス[メチレン-3-(3’,5’-ジ-t-ブチル-4’-ヒドロキシルフェニル)プロピオネート]メタン。BASFジャパン(株)製、商品名「IRGANOX1010」。
(A-2)リン系酸化防止剤「IF168」トリス(2,4-ジ-t-ブチルフェニル)フォスファイト。BASFジャパン(株)製、商品名「IRGAFOS168」。
(B-1)中和剤「CAST」ステアリン酸カルシウム。日油(株)製。
(N-1)造核剤「NX8000J」1,2,3-トリデオキシ-4,6:5,7-ビス-[(4-プロルフェニル)メチレン]-ノニトール。ミリケン・アンド・カンパニー社製、商品名「ミラッドNX8000J」。
各重合体及び添加剤を表1に記載の配合割合(重量部)で準備し、スーパーミキサーでドライブレンドした後、東芝機械(株)製TEM-35B二軸押出機を用いて、窒素雰囲気下ダイ出口部温度220℃で溶融混練し、ペレット化した。得られたペレットを用いて、物性を測定した。それらの評価結果を表1に示す。
一方、比較例1は、剛性や透明性は実施例1よりも若干優れるものの、TD方向の割れ試験によって割れることが判る。比較例2及び3は剛性及び耐衝撃性ともに優れ十分な耐割れ性を有するもののバイオマスポリエチレン(b)LDPEの含有量が少なく、十分なバイオマス度を有していない。比較例4は、剛性及び耐衝撃性ともに実施例1と同程度で優れるものの、TD方向の割れ試験によって割れることが判る。
1.重合器(第1重合工程)
2.リサイクルガス配管
3.原料混合ガス供給配管
4.未反応ガス抜出配管
5.重合体抜出配管
6.原料混合ガス供給配管
7.リサイクルガス配管
8.未反応ガス抜出配管
9.重合体抜出配管
10.重合器(第2重合工程)
11.重合活性抑制剤添加用配管
12.ガス回収機
Claims (3)
- 下記条件(A-i)~(A-iv)を満たすプロピレン系共重合体(a)51~90重量部及びバイオマスポリエチレン(b)10~49重量部を含有する合計100重量部であり、バイオマス度が8.4~49%である射出成形用プロピレン系重合体組成物。
(A-i)プロピレン-α-オレフィンランダム共重合体である。
(A-ii)α-オレフィン含有量が1~5重量%の範囲である。
(A-iii)JIS K7210(230℃、2.16kg荷重)に準拠したメルトフローレートが0.5~100g/10分の範囲である。
(A-iv)融解ピーク温度(Tm)が126~152℃の範囲である。 - 請求項1に記載の射出成形用プロピレン系重合体組成物100重量部に対して、造核剤を0.01~0.6重量部含有する射出成形用プロピレン系重合体組成物。
- 請求項1又は請求項2に記載の射出成形用プロピレン系重合体組成物を用いて得られた成形品。
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