JP2017532415A - 発泡体適用のための分岐ポリプロピレン - Google Patents

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Abstract

本発明は、高溶融強度(HMS)を有する分岐ポリプロピレン(b−PP)を含むポリプロピレン組成物に関する。さらに本発明は、分岐ポリプロピレン(b−PP)を含む対応するポリプロピレンを有する組成物を提供するための方法、および分岐ポリプロピレン(b−PP)を含むポリプロピレン組成物による発泡体に関する。この分岐ポリプロピレン(b−PP)は、少量のエチレンを有するランダムコポリマーに基づく。【選択図】なし

Description

本発明は、分岐ポリプロピレン(b−PP:branched polypropylene)を含み、かつ高溶融強度(HMS:high melt strength)を有するポリプロピレン組成物に関する。さらに本発明は、分岐ポリプロピレン(b−PP)を含む対応するポリプロピレンを有する組成物を提供するための方法、および分岐ポリプロピレン(b−PP)を含むポリプロピレン組成物による発泡体に関する。
高溶融強度ポリプロピレン(HMS−PP:high melt strength polypropylene)組成物は、当該技術分野において一般的に公知である。しかし、既存のHMS−PPにおける1つの課題は、特に高い押出し速度および関連する高いダイ圧力におけるそれらの溶融強度が一般的に不満足なものであることである。ポリプロピレン組成物の溶融強度を評価するための関連パラメータ(単数または複数)は、F30およびF200溶融強度(単数または複数)、ならびにv30およびv200溶融延伸性である。HMS−PPの品質を評価するための別のパラメータはLAOS−NLF(大振幅振動剪断非線形要素(Large Amplitude Oscillatory Shear Non−Linear Factor))値であり、これは通常、500%または1000%の歪み振幅において定められる。
発泡体適用に対して好適なHMS−PPについては、一般的に溶融強度値、特にF200溶融強度がなるべく高いことで、高い押出し速度による均一な高品質発泡体の生成を可能にすることが望ましい。HMS−PPの溶融強度は分岐の程度と相関するため、F30およびF200溶融強度値によって、所与のMFR値において分岐度を間接的に表現できる。
HMS−PPのLAOS−NLF値も高くなるが、加えてLAOS−NLFの複数の測定値の偏差が小さいこと、すなわちLAOS−NLF測定値の標準偏差が小さいことも重要であり、これは生成物の均質性が良好であることを示す。
特許文献1は、発泡体適用のための高い溶融強度を有するポリプロピレン組成物に関する。最大約37cNのF30溶融強度を有するポリプロピレン組成物が開示されている。特許文献1のポリプロピレン組成物は、プロピレンホモポリマーに基づく分岐ポリプロピレンを含む。特許文献1は、達成されたF200溶融強度およびLAOS−NLF値について述べていない。
特許文献2は、発泡体のためのHMS−PPを開示しており、ここで分岐ポリプロピレンを作製するための基本材料は、メタロセン触媒によって生成される。達成されるF30およびF200溶融強度はそれぞれ最大36cNおよび22cNであるが、生成されるポリプロピレンおよびそれから作られる発泡体の温度耐性が限られているため、メタロセン触媒によって分岐ポリプロピレンを作製するための基本材料を生成することは望まれない。加えて、分岐ポリプロピレンを作製するために必要とされる低MFR基本材料は、チーグラー・ナッタ触媒ほどの高生産性で作製され得ない。
国際公開第2014/016205 A1号明細書 欧州特許出願公開第2520425 A1号明細書
したがって本発明の目的は、発泡体のために好適な代替的ポリプロピレン組成物を提供することであり、この組成物は高い溶融強度を有する。
驚くべきことに、プロピレンホモポリマーに基づくのではなく、少量のエチレンを有するランダムコポリマーに基づく、高い溶融強度を有するために発泡体に好適な分岐ポリプロピレンを含むポリプロピレン組成物が見出された。
したがって本発明は、分岐ポリプロピレン(b−PP)を含むポリプロピレン組成物に向けられたものであり、このポリプロピレン組成物および/または分岐ポリプロピレン(b−PP)は、
− 0.1wt%から1.0wt%のエチレン含有量を有し、
− 1.0g/10minから5.0g/10minの、ISO 1133に従って測定されたメルトフローレートMFR(230℃/2.16kg)を有し、
− 30cNから60cNのF30溶融強度、および220mm/sから300mm/sのv30溶融伸展性を有し、
− 10cNから40cNのF200溶融強度、および220mm/sから300mm/sのv200溶融伸展性を有し、ここでF30およびF200溶融強度ならびにv30およびv200溶融伸展性は、ISO 16790:2005に従って測定される。
本発明はさらに、分岐ポリプロピレン(b−PP)を含むポリプロピレン組成物を生成するためのプロセスに関し、このポリプロピレン組成物および/または分岐ポリプロピレン(b−PP)は、
− 0.1wt%から1.0wt%のエチレン含有量を有し、
− 1.0g/10minから5.0g/10minの、ISO 1133に従って測定されたメルトフローレートMFR(230℃/2.16kg)を有し、
− 30cNから60cNのF30溶融強度、および220mm/sから300mm/sのv30溶融伸展性を有し、ここでF30溶融強度およびv30溶融伸展性は、ISO 16790:2005に従って測定され、
分岐ポリプロピレン(b−PP)は、0.1wt%から1.0wt%のエチレン含有量および0.5g/10minから4.0g/10minのメルトフローレートMFR(230℃/2.16kg)を有する直鎖ポリプロピレン(l−PP:linear polypropylene)と、
熱分解フリーラジカル形成剤、好ましくは過酸化物と、任意には好ましくはジビニル化合物、アリル化合物もしくはジエンから選択される二官能不飽和モノマー、ならびに/または任意には、1つおよび/もしくはそれ以上の不飽和モノマーから合成された、好ましくは数平均分子量(Mn)≦10000g/molを有する多官能不飽和低分子量ポリマーとを反応させることによって、分岐ポリプロピレン(b−PP)を得ることによって提供される。
本発明はさらに、本発明に従うポリプロピレン組成物を含む押出し発泡体に関する。
分岐ポリプロピレン(b−PP)
本発明に従って提供されるポリプロピレン組成物に対する主要な成分は、分岐ポリプロピレン(b−PP)である。分岐ポリプロピレンが直鎖ポリプロピレンと異なる点は、ポリプロピレン骨格が側鎖を有するのに対し、非分岐ポリプロピレンすなわち直鎖ポリプロピレンは側鎖を有さないことである。側鎖は、ポリプロピレンのレオロジーに顕著に影響する。したがって直鎖ポリプロピレンと分岐ポリプロピレンとは、応力下の流動挙動によって明確に区別できる。
分岐は、特定の触媒すなわち特定の単一部位触媒を用いるか、または化学修飾によって達成できる。特定の触媒の使用によって得られる分岐ポリプロピレンの調製に関しては、欧州特許出願公開第1 892 264号が参照される。化学修飾によって得られる分岐ポリプロピレンに関しては、欧州特許出願公開第0 879 830 A1号が参照される。こうした場合に、分岐ポリプロピレンは高溶融強度ポリプロピレン(HMS−PP)とも呼ばれる。本発明に従う分岐ポリプロピレン(b−PP)は、以下により詳細に説明される化学修飾によって得られ、よって高溶融強度ポリプロピレン(HMS−PP)である。したがって、「分岐ポリプロピレン(b−PP)」および「高溶融強度ポリプロピレン(HMS−PP)」という用語は、本発明においては同義語とみなされる。
ポリプロピレン組成物の主要成分としての分岐ポリプロピレン(b−PP)すなわち高溶融強度ポリプロピレン(HMS−PP)は、30.0cNから60.0cNのF30溶融強度および210mm/sから300mm/sのv30溶融伸展性、好ましくは32.0cNから55.0cNのF30溶融強度および210mm/sより大きく280mm/sまでのv30溶融伸展性を有し、かつ10.0cNから40.0cNのF200溶融強度および210mm/sから300mm/sのv200溶融伸展性、好ましくは15.0cNから35.0cNのF200溶融強度および210mm/sより大きく280mm/sまでのv200溶融伸展性を有する。F30およびF200溶融強度ならびにv30およびv200溶融伸展性は、ISO 16790:2005に従って測定される。
典型的に、本発明に従うポリプロピレン組成物も、30.0cNから60.0cNのF30溶融強度および210mm/sから300mm/sのv30溶融伸展性、好ましくは32.0cNから55.0cNのF30溶融強度および210mm/sより大きく280mm/sまでのv30溶融伸展性を有し、かつ10.0cNから40.0cNのF200溶融強度および210mm/sから300mm/sのv200溶融伸展性、好ましくは15.0cNから35.0cNのF200溶融強度および210mm/sより大きく280mm/sまでのv200溶融伸展性を有する。
好ましい実施形態において、分岐ポリプロピレン(b−PP)すなわち高溶融強度ポリプロピレン(HMS−PP)は、
(a)F30溶融強度が30.0cNから60.0cN、より好ましくは32.0cNから55.0cN、なおより好ましくは34.0cNから50.0cN、さらにより好ましくは36.0cNから47.0cN、なおさらにより好ましくは37.0cNから46.0cN、最も好ましくは38.0cNから45.0cNであり、
(b)v30溶融伸展性が210mm/sから300mm/s、たとえば210mm/sから280mm/sなど、より好ましくは215mm/sから280mm/s、なおより好ましくは220mm/sから280mm/s、さらにより好ましくは225mm/sから270mm/s、最も好ましくは225mm/sから265mm/sであり、
(c)F200溶融強度が10.0cNから40.0cN、より好ましくは15.0cNから35.0cN、なおより好ましくは18.0cNから32.0cN、さらにより好ましくは20.0cNから30.0cN、なおさらにより好ましくは21.0cNから29.0cN、最も好ましくは22.0cNから28.0cNであり、
(d)v200溶融伸展性が210mm/sから300mm/s、たとえば210mm/sから280mm/sなど、より好ましくは215mm/sから280mm/s、なおより好ましくは220mm/sから280mm/s、さらにより好ましくは225mm/sから270mm/s、最も好ましくは225mm/sから265mm/sである。
特に好ましい実施形態において、分岐ポリプロピレン(b−PP)すなわち高溶融強度ポリプロピレン(HMS−PP)のF30溶融強度は30.0cNから60.0cN、v30溶融伸展性は210mm/sから300mm/s、F200溶融強度は10.0cNから40.0cN、v200溶融伸展性は210mm/sから300mm/sであり、たとえばF30溶融強度は32.0cNから55.0cN、v30溶融伸展性は210mm/sから280mm/s、F200溶融強度は15.0cNから35.0cN、v200溶融伸展性は210mm/sから280mm/sなどであり、より好ましくはF30溶融強度は34.0cNから50.0cN、v30溶融伸展性は215mm/sから280mm/s、F200溶融強度は18.0cNから32.0cN、v200溶融伸展性は215mm/sから280mm/sであり、なおより好ましくはF30溶融強度は36.0cNから47.0cN、v30溶融伸展性は220mm/sから280mm/s、F200溶融強度は20.0cNから30.0cN、v200溶融伸展性は220mm/sから280mm/sであり、さらにより好ましくはF30溶融強度は37.0cNから46.0cN、v30溶融伸展性は225mm/sから270mm/s、F200溶融強度は21.0cNから29.0cN、v200溶融伸展性は225mm/sから270mm/sであり、最も好ましくはF30溶融強度は38.0cNから45.0cN、v30溶融伸展性は225mm/sから265mm/s、F200溶融強度は22.0cNから28.0cN、v200溶融伸展性は225mm/sから265mm/sである。
さらに好ましくは、分岐ポリプロピレン(b−PP)すなわち高溶融強度ポリプロピレン(HMS−PP)のISO 1133に従って測定されたメルトフローレートMFR(230℃/2.16kg)は1.0g/10minから5.0g/10min、たとえば1.0g/10minから4.5g/10minなど、より好ましくは1.2g/10minから4.5g/10min、なおより好ましくは1.3g/10minから4.0g/10min、さらにより好ましくは1.4g/10minから3.7g/10min、最も好ましくは1.5g/10minから3.5g/10minである。
したがって特定の実施形態において、分岐ポリプロピレン(b−PP)すなわち高溶融強度ポリプロピレン(HMS−PP)は、
(a)メルトフローレートMFR(230℃/2.16kg)が1.0g/10minから5.0g/10min、たとえば1.0g/10minから4.5g/10minなど、より好ましくは1.2g/10minから4.5g/10min、なおより好ましくは1.3g/10minから4.0g/10min、さらにより好ましくは1.4g/10minから3.7g/10min、最も好ましくは1.5g/10minから3.5g/10minであり、
(b)F30溶融強度が30.0cNから60.0cN、より好ましくは32.0cNから55.0cN、なおより好ましくは34.0cNから50.0cN、さらにより好ましくは36.0cNから47.0cN、なおさらにより好ましくは37.0cNから46.0cN、最も好ましくは38.0cNから45.0cNであり、
(c)v30溶融伸展性が210mm/sから300mm/s、たとえば210mm/sから280mm/sなど、より好ましくは215mm/sから280mm/s、なおより好ましくは220mm/sから280mm/s、さらにより好ましくは225mm/sから270mm/s、最も好ましくは225mm/sから265mm/sであり、
(d)F200溶融強度が10.0cNから40.0cN、より好ましくは15.0cNから35.0cN、なおより好ましくは18.0cNから32.0cN、さらにより好ましくは20.0cNから30.0cN、なおさらにより好ましくは21.0cNから29.0cN、最も好ましくは22.0cNから28.0cNであり、
(e)v200溶融伸展性が210mm/sから300mm/s、たとえば210mm/sから280mm/sなど、より好ましくは215mm/sから280mm/s、なおより好ましくは220mm/sから280mm/s、さらにより好ましくは225mm/sから270mm/s、最も好ましくは225mm/sから265mm/sである。
好ましい実施形態において、分岐ポリプロピレン(b−PP)すなわち高溶融強度ポリプロピレン(HMS−PP)のメルトフローレートMFR(230℃/2.16kg)は1.0g/10minから5.0g/10min、F30溶融強度は30.0cNから60.0cN、v30溶融伸展性は210mm/sから300mm/s、F200溶融強度は10.0cNから40.0cN、v200溶融伸展性は210mm/sから300mm/sであり、たとえばメルトフローレートMFR(230℃/2.16kg)は1.0g/10minから4.5g/10min、F30溶融強度は32.0cNから55.0cN、v30溶融伸展性は210mm/sから280mm/s、F200溶融強度は15.0cNから35.0cN、v200溶融伸展性は210mm/sから280mm/sなどであり、より好ましくはメルトフローレートMFR(230℃/2.16kg)は1.2g/10minから4.5g/10min、F30溶融強度は34.0cNから50.0cN、v30溶融伸展性は215mm/sから280mm/s、F200溶融強度は18.0cNから32.0cN、v200溶融伸展性は215mm/sから280mm/sであり、なおより好ましくはメルトフローレートMFR(230℃/2.16kg)は1.3g/10minから4.0g/10min、F30溶融強度は36.0cNから47.0cN、v30溶融伸展性は220mm/sから280mm/s、F200溶融強度は20.0cNから30.0cN、v200溶融伸展性は220mm/sから280mm/sであり、さらにより好ましくはメルトフローレートMFRは1.4g/10minから3.7g/10min、F30溶融強度は37.0cNから46.0cN、v30溶融伸展性は225mm/sから270mm/s、F200溶融強度は21.0cNから29.0cN、v200溶融伸展性は225mm/sから270mm/sであり、最も好ましくはメルトフローレートMFR(230℃/2.16kg)は1.5g/10minから3.5g/10min、F30溶融強度は38.0cNから45.0cN、v30溶融伸展性は225mm/sから265mm/s、F200溶融強度は22.0cNから28.0cN、v200溶融伸展性は225mm/sから265mm/sである。
好ましくは、分岐ポリプロピレン(b−PP)すなわち高溶融強度ポリプロピレン(HMS−PP)は0.1wt%から1.0wt%という低いエチレン含有量、たとえば0.1wt%から0.8wt%など、好ましくは0.1wt%から0.7wt%、なおより好ましくは0.1wt%から0.6wt%、最も好ましくは0.2wt%から0.5wt%を有する。このエチレン含有量は、好ましくは単一(単離)コモノマー単位としてポリマー鎖に取り込まれており、これは分岐ポリプロピレン(b−PP)すなわち高溶融強度ポリプロピレン(HMS−PP)がエチレンを有するランダムコポリマーであることを意味する。
実施形態に従うと、本発明のポリプロピレン組成物は、少なくとも95wt%の分岐ポリプロピレン(b−PP)を含む。これは好ましくは、ポリプロピレン組成物のポリマー成分の総量に基づく分岐ポリプロピレン(b−PP)の相対量が、総ポリプロピレン組成物に基づく分岐ポリプロピレン(b−PP)の絶対パーセンテージよりも高く、たとえば95wt%より高く、たとえば少なくとも96wt%などであることを意味する。その理由は、たとえば処理安定剤または長期安定剤などの任意の添加剤が、好ましくはたとえば各1wt%から10wt%などの異なる添加剤を含有するたとえば直鎖ポリプロピレンなどのマスターバッチまたは添加剤混合物(AM:additive mixture)の形態で加えられるからである。典型的に、添加剤マスターバッチまたは添加剤混合物(AM)は、ポリプロピレン組成物の総重量に基づいて0.5wt%から5wt%の量で加えられる。
添加剤(A)は、高溶融強度ポリプロピレン(HMS−PP)およびその適用の技術分野において有用な任意の添加剤であってもよい。したがって、添加剤混合物(AM)の形態で本発明のポリプロピレン組成物において用いられる添加剤(A)は、たとえば抗酸化剤(例、立体障害フェノール、亜リン酸塩/ホスホナイト、硫黄含有抗酸化剤、アルキルラジカルスカベンジャー、芳香族アミン、ヒンダードアミン安定剤、またはそれらの混合物)、金属不活性化剤(例、イルガノックス(Irganox)(登録商標)MD1024)、またはUV安定剤(例、ヒンダードアミン光安定剤)などの安定剤を含むが、それらに限定されない。その他の典型的な添加剤は、修飾因子、たとえば静電気防止剤または防曇剤(例、エトキシ化アミンおよびアミド、またはグリセロールエステル)など、酸スカベンジャー(例、Ca−ステアリン酸)、発泡剤、付着剤(例、ポリイソブテン)、潤滑剤および樹脂(イオノマーワックス、PE−およびエチレンコポリマーワックス、フィッシャー−トロプシュワックス、モンタンベースのワックス、フルオロベースの化合物、またはパラフィンワックス)、核形成剤(例、タルク、安息香酸塩、リンベースの化合物、ソルビトール、ノニトールベースの化合物、またはアミドベースの化合物)、ならびに滑剤およびブロッキング防止剤(例、エルカ酸アミド、オレアミド、タルク天然シリカおよび合成シリカ、またはゼオライト)である。好ましくは、添加剤(A)は、抗酸化剤(例、立体障害フェノール、亜リン酸塩/ホスホナイト、硫黄含有抗酸化剤、アルキルラジカルスカベンジャー、芳香族アミン、ヒンダードアミン安定剤、またはそれらの混合物)、金属不活性化剤(例、イルガノックス(登録商標)MD1024)、またはUV安定剤(例、ヒンダードアミン光安定剤)、静電気防止剤または防曇剤(例、エトキシ化アミンおよびアミド、またはグリセロールエステル)、酸スカベンジャー(例、Ca−ステアリン酸)、発泡剤、付着剤(例、ポリイソブテン)、潤滑剤および樹脂(イオノマーワックス、PE−およびエチレンコポリマーワックス、フィッシャー−トロプシュワックス、モンタンベースのワックス、フルオロベースの化合物、またはパラフィンワックス)、核形成剤(例、タルク、安息香酸塩、リンベースの化合物、ソルビトール、ノニトールベースの化合物、またはアミドベースの化合物)、滑剤、ブロッキング防止剤(例、エルカ酸アミド、オレアミド、タルク天然シリカおよび合成シリカ、またはゼオライト)、ならびにそれらの混合物からなる群より選択される。
典型的に、添加剤混合物(AM)中の添加剤(A)の総量は、添加剤混合物(AM)の総重量に基づいて25wt%以下、より好ましくは20wt%以下、たとえば5wt%から20wt%の範囲などである。
分岐ポリプロピレン(b−PP)のさらなる特徴は、ポリマー鎖内のプロピレンの誤挿入の量が少ないことであり、このことは、分岐ポリプロピレン(b−PP)の生成に用いられた直鎖プロピレンポリマー(l−PP)が、チーグラー・ナッタ触媒の存在下で、好ましくは以下により詳細に定義されるチーグラー・ナッタ触媒(ZN−C:Ziegler−Natta catalyst)の存在下で生成されることを示す。さらに好ましくは、たとえば添加剤マスターバッチなどの添加剤混合物に使用される任意のポリプロピレンもチーグラー・ナッタ触媒によって生成され、したがってプロピレンの誤挿入の量が少ない。
したがって、直鎖プロピレンポリマー(l−PP)および/または分岐ポリプロピレン(b−PP)および/またはポリプロピレン組成物は、好ましくは少量の2,1エリトロ部位欠陥、すなわち13C−NMRによって定められた0.4mol%以下、より好ましくは0.2mol%以下、たとえば0.1mol%以下などの2,1エリトロ部位欠陥を特徴とし、最も好ましくは2,1エリトロ部位欠陥がまったく検出され得ない。
ポリプロピレン組成物および/または分岐ポリプロピレン(b−PP)はさらに、その微細構造によって定義される。
好ましくは、分岐ポリプロピレン(b−PP)はアイソタクチックである。したがって好ましくは、分岐ポリプロピレン(b−PP)は13C−NMRによって定められた比較的高いペンタッド濃度(mmmm%)、すなわち93.0%より高く、より好ましくは93.5%より高く、たとえば93.5%より高く97.5%までなど、なおより好ましくは少なくとも95.0%、たとえば95.0%から97.5%の範囲などのペンタッド濃度(mmmm%)を有する。
科学文献において一般的に用いられている非常に高感度であると同時に簡単な特徴付け方法は、大振幅振動剪断(LAOS)である。この方法においては、単一の励起周波数を適用して、トルク応答を分析する。非線形応答は、(3,5,7,...)において機械的高調波を生成する。フーリエ変換分析によって、強度および位相を回復できる。高調波の強度が急速に減少するとき、第5高調波以上の高調波の値が非常に低くなる可能性があり、次の比率がポリマー構造の最も信頼性の高い特徴付けを提供する。
ここで、
であり、どちらの係数も500%歪みにおいて行われた測定から算出される。
好ましくは、本発明に従うポリプロピレン組成物および/または分岐ポリプロピレン(b−PP)は、次のとおりに定義されるLAOS−NLF(500%)を有する。
ここで、
であり、どちらの係数も少なくとも6.0±sの500%歪みにおいて行われた測定から算出され、ここで以下の式(2)に従って算出された標準偏差sは0.5以下である。
一般的な量X(この場合はX=LAOS−NLF)に対する標準偏差sは、次のとおりに算出される。
ここでnは5から10の範囲の側定数であり、Xは個々の測定結果であり、
は次のとおりに定義されるnの測定結果の算術平均である。
より好ましくは、LAOS−NLF(500%)は少なくとも6.5、なおより好ましくは少なくとも6.8、さらにより好ましくは少なくとも7.0、最も好ましくは少なくとも7.2、たとえば少なくとも7.4などである。
標準偏差sは0.5以下となるべきであり、好ましくは0.4以下、より好ましくは0.3以下、なおより好ましくは0.2以下、最も好ましくは0.1以下である。
LAOS−NLF値(500%および1000%)が高いことは、高溶融強度を伴う高分岐ポリプロピレンを示す。標準偏差は、同じ材料の異なるサンプルに対してLAOS−NLF値を繰り返し測定するときに算出され得る。よって、LAOS−NLF値を測定するときに標準偏差が小さいことは、非常に均質な材料であることを示す。
さらなる実施形態に従うと、本発明に従うポリプロピレン組成物および/または分岐ポリプロピレン(b−PP)は、次のとおりに定義されるLAOS−NLF(1000%)を有する。
ここで、
であり、どちらの係数も少なくとも6.0±sの1000%歪みにおいて行われた測定から算出され、ここで上に説明した式(2)に従って算出された標準偏差sは≦0.5である。
より好ましくは、LAOS−NLF(1000%)は少なくとも6.1、なおより好ましくは少なくとも6.2、さらにより好ましくは少なくとも6.3、最も好ましくは少なくとも6.4である。
標準偏差sは0.5以下となるべきであり、好ましくは0.4以下、より好ましくは0.3以下、なおより好ましくは0.2以下、最も好ましくは0.1以下である。
直鎖ポリプロピレン(l−PP)
上述のとおり、分岐ポリプロピレン(b−PP)すなわち高溶融強度ポリプロピレン(HMS−PP)は修飾ポリプロピレンであり、これは直鎖ポリプロピレン(l−PP)と、熱分解フリーラジカル形成剤と、任意には二官能不飽和モノマー(類)および/または多官能不飽和低分子量ポリマー(類)とを反応させることによって得られる。
本発明の必須の局面の1つは、本発明において分岐ポリプロピレン(b−PP)すなわち高溶融強度ポリプロピレン(HMS−PP)を製造するため、および分岐ポリプロピレン(b−PP)を含む、すなわち高溶融強度ポリプロピレン(HMS−PP)を含むポリプロピレン組成物を製造するために、特定の非修飾ポリプロピレンを使用する必要があることである。特に、直鎖ポリプロピレン(l−PP)が比較的低い分子量および比較的高いメルトフローレートを有する必要があることが見出された。したがって、好ましくは直鎖ポリプロピレン(l−PP)のISO 1133に従って測定されたメルトフローレートMFR2(230℃)は少なくとも0.5g/10min、好ましくは0.5g/10minから4.0g/10minの範囲、たとえば0.5g/10minから3.5g/10minまたは0.6g/10minから3.5g/10minなど、より好ましくは0.7g/10minから3.0g/10min、なおより好ましくは0.7g/10minから2.5g/10min、さらにより好ましくは0.8g/10minから2.0g/10minである。
直鎖ポリプロピレン(l−PP)の比較的高い出発MFRを選択することによって、2つのことが達成される。すなわち、(1)ポリプロピレン組成物および/または分岐ポリプロピレン(b−PP)のMFRと、直鎖ポリプロピレン(l−PP)のMFRとの比率が小さくなることによって、ゲル形成の危険性が低減すること、および(2)MFRが高い方が触媒の生産性(g(触媒)当りのkg(PP))が高くなることによって、プロセスの経済的実行可能性が高くなることである。
本発明のさらなる必須の局面は、特定の非修飾ポリプロピレンすなわち直鎖ポリプロピレン(l−PP)が、特定の低いエチレン含有量を有する必要があることである。したがって好ましくは、直鎖ポリプロピレン(l−PP)のエチレン含有量は0.1wt%から1.0wt%、たとえば0.1wt%から0.8wt%など、好ましくは0.1wt%から0.7wt%、なおより好ましくは0.1wt%から0.6wt%、最も好ましくは0.2wt%から0.5wt%である。
分岐ポリプロピレン(b−PP)すなわち高溶融強度ポリプロピレン(HMS−PP)が、その製造に用いられる直鎖ポリプロピレン(l−PP)と異なる点は、分岐ポリプロピレン(b−PP)すなわち高溶融強度ポリプロピレン(HMS−PP)の骨格が側鎖を含むのに対し、出発生成物すなわち直鎖ポリプロピレン(l−PP)は側鎖を含まないか、またはほぼ含まないことである。側鎖は、ポリプロピレンのレオロジーに顕著に影響する。したがって出発生成物すなわち直鎖ポリプロピレン(l−PP)と、得られる分岐ポリプロピレン(b−PP)すなわち高溶融強度ポリプロピレン(HMS−PP)とは、応力下のそれぞれの流動挙動によって明確に区別できる。
したがって本発明全体にわたり、「直鎖ポリプロピレン」という用語は、その直鎖ポリプロピレンが分岐構造を示さないか、またはほぼ示さないことを示す。分岐がないため、直鎖ポリプロピレン(l−PP)は好ましくは低いv30溶融伸展性および/または低いF30溶融強度を特徴とする。
よって好ましくは、直鎖ポリプロピレン(l−PP)は、
(a)F30溶融強度が1.0cNより高く、好ましくは2.0cNより高く、より好ましくは1.0cNから70.0cNの範囲、なおより好ましくは1.5cNから65.0cNの範囲、さらにより好ましくは2.0cNから60.0cNの範囲、なおさらにより好ましくは3.0cNから50.0cNの範囲、たとえば4.0cNから45.0cNの範囲など、最も好ましくは5.0cNから40.0cNの範囲であり、
かつ
(b)v30溶融伸展性が200mm/s未満、好ましくは190mm/s未満、より好ましくは100mm/sから200mm/s未満の範囲、なおより好ましくは120mm/sから190mm/sの範囲、さらにより好ましくは120mm/sから175mm/sの範囲、たとえば125mm/sから170mm/sの範囲など、最も好ましくは130mm/sから165mm/sの範囲である。
したがって1つの特定の実施形態において、直鎖ポリプロピレン(l−PP)のメルトフローレートMFR2(230℃/2.16kg)は少なくとも0.5g/10min、F30溶融強度は1.0cNより高く、v30溶融伸展性は200mm/s未満であり、好ましくはメルトフローレートMFR2(230℃/2.16kg)は0.5g/10minから4.0g/10minの範囲、F30溶融強度は2.0cNより高く、v30溶融伸展性は190mm/s未満であり、より好ましくはメルトフローレートMFR2(230℃/2.16kg)は0.5g/10minから3.5g/10minの範囲、F30溶融強度は1.0cNから70.0cNの範囲、v30溶融伸展性は100mm/sから200mm/s未満の範囲であり、さらにより好ましくはメルトフローレートMFR2(230℃/2.16kg)は0.6g/10minから3.5g/10minの範囲、F30溶融強度は2.0cNから60.0cNの範囲、120mm/sから190mm/sの範囲であり、なおさらにより好ましくはメルトフローレートMFR2(230℃/2.16kg)は0.7g/10minから3.0g/10minの範囲、F30溶融強度は3.0cNから50.0cNの範囲、v30溶融伸展性は120mm/sから190mm/sの範囲であり、たとえばメルトフローレートMFR2(230℃/2.16kg)は0.8g/10minから2.0g/10minの範囲、F30溶融強度は5.0cNから40.0cNの範囲、v30溶融伸展性は120mm/sから175mm/sの範囲などである。
したがって、本発明は本明細書にすでに記載されたとおりのポリプロピレン組成物に向けられたものであり、ここで分岐ポリプロピレン(b−PP)は、0.1wt%から1.0wt%のエチレン含有量および0.5g/10minから4.0g/10minのメルトフローレートMFR(230℃/2.16kg)を有する直鎖ポリプロピレン(l−PP)と、熱分解フリーラジカル形成剤、好ましくは過酸化物と、任意には好ましくはジビニル化合物、アリル化合物もしくはジエンから選択される二官能不飽和モノマー、ならびに/または任意には、1つおよび/もしくはそれ以上の不飽和モノマーから合成された、好ましくは数平均分子量(Mn)≦10000g/molを有する多官能不飽和低分子量ポリマーとを反応させることによって、分岐ポリプロピレン(b−PP)を得ることによって提供される。
好ましくは、直鎖ポリプロピレン(l−PP)は少なくとも145℃、より好ましくは少なくとも150℃、なおより好ましくは少なくとも158℃の融点を有する。
さらに好ましくは、分岐ポリプロピレン(b−PP)は少なくとも145℃、より好ましくは少なくとも150℃、なおより好ましくは少なくとも158℃の融点を有する。
二官能不飽和モノマー
高溶融強度ポリプロピレン(HMS−PP)は付加的に、エチレンとは異なる不飽和モノマーを含んでもよい。言い換えると、高溶融強度ポリプロピレン(HMS−PP)は、プロピレンまたはエチレンとは異なる、以下に詳細に定義されるたとえば二官能不飽和モノマー(類)および/または多官能不飽和低分子量ポリマー(類)などの不飽和単位を含んでもよい。
したがって、1つの好ましい実施形態において、分岐ポリプロピレン(b−PP)すなわち高溶融強度ポリプロピレン(HMS−PP)は以下を含む。
(i)プロピレン、
(ii)エチレン、ならびに
(iii)二官能不飽和モノマー(類)および/または多官能不飽和低分子量ポリマー(類)。
上記で用いられる「二官能不飽和」または「多官能不飽和」とは、好ましくはたとえばジビニルベンゼンまたはシクロペンタジエンまたはポリブタジエンなどにおける、2つまたはそれ以上の非芳香族二重結合の存在を意味する。好ましくはフリーラジカルの助けによって重合され得る、こうした二官能または多官能不飽和化合物のみが使用される(下記を参照)。二官能または多官能不飽和化合物における不飽和部位は、それらが化学結合している状態においては実際に「不飽和」ではない。なぜなら各々の二重結合は、非修飾ポリプロピレンすなわち直鎖ポリプロピレン(l−PP)のポリマー鎖との共有結合に用いられるためである。
二官能不飽和モノマー(類)ならびに/または、1つおよび/もしくはそれ以上の不飽和モノマーから合成された、好ましくは数平均分子量(Mn)≦10000g/molを有する多官能不飽和低分子量ポリマー(類)と、非修飾ポリプロピレンすなわち直鎖ポリプロピレン(l−PP)との反応は、たとえば熱分解可能な過酸化物などの熱分解フリーラジカル形成剤などのフリーラジカル形成剤の存在下で行われる。
二官能不飽和モノマーは、次のものであってもよい。
− ジビニル化合物、たとえばジビニルアニリン、m−ジビニルベンゼン、p−ジビニルベンゼン、ジビニルペンタン、およびジビニルプロパンなど、
− アリル化合物、たとえばアクリル酸アリル、メタクリル酸アリル、マレイン酸アリルメチル、およびアリルビニルエーテルなど、
− ジエン、たとえば1,3−ブタジエン、クロロプレン、シクロヘキサジエン、シクロペンタジエン、2,3−ジメチルブタジエン、ヘプタジエン、ヘキサジエン、イソプレン、および1,4−ペンタジエンなど、
− 芳香族および/または脂肪族ビス(マレイミド)ビス(シトラコンイミド)、ならびにこれらの不飽和モノマーの混合物。
特に好ましい二官能不飽和モノマーは、1,3−ブタジエン、イソプレン、ジメチルブタジエン、およびジビニルベンゼンである。
多官能不飽和ポリマー
好ましくは数平均分子量(Mn)≦10000g/molを有する多官能不飽和低分子量ポリマーは、1つまたはそれ以上の不飽和モノマーから合成されてもよい。
こうした低分子量ポリマーの例は、次のとおりである。
− ポリブタジエン、特にポリマー鎖中の異なる微細構造、すなわち1,4−シス、1,4−トランスおよび1,2−(ビニル)が主に1,2−(ビニル)構成であるもの。
− ポリマー鎖中に1,2−(ビニル)を有する、ブタジエンおよびスチレンのコポリマー。
好ましい低分子量ポリマーはポリブタジエン、特にブタジエンの50.0wt%より多くが1,2−(ビニル)構成であるポリブタジエンである。
分岐ポリプロピレンすなわち高溶融強度ポリプロピレン(HMS−PP)は、2つ以上の二官能不飽和モノマー(類)および/または多官能不飽和低分子量ポリマー(類)を含有してもよい。さらにより好ましくは、分岐ポリプロピレンすなわち高溶融強度ポリプロピレン(HMS−PP)中の二官能不飽和モノマーおよび多官能不飽和低分子量ポリマーを一緒にした量は、前記分岐ポリプロピレンに基づいて、すなわち前記高溶融強度ポリプロピレン(HMS−PP)に基づいて0.01wt%から10.0wt%である。
熱分解フリーラジカル形成剤
上述のとおり、二官能不飽和モノマー(類)および/または多官能不飽和低分子量ポリマー(類)は、熱分解フリーラジカル形成剤の存在下で用いられることが好ましい。
過酸化物は、好ましい熱分解フリーラジカル形成剤である。より好ましくは、熱分解フリーラジカル形成剤は、アシルペルオキシド、アルキルペルオキシド、ヒドロペルオキシド、ペルエステル、およびペルオキシカルボネートからなる群より選択される。
以下に挙げた過酸化物が特に好ましい。
アシルペルオキシド:ベンゾイルペルオキシド、4−クロロベンゾイルペルオキシド、3−メトキシベンゾイルペルオキシド、および/またはメチルベンゾイルペルオキシド。
アルキルペルオキシド:アリルt−ブチルペルオキシド、2,2−ビス(t−ブチルペルオキシブタン)、1,1−ビス(t−ブチルペルオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、n−ブチル−4,4−ビス(t−ブチルペルオキシ)吉草酸、ジイソプロピルアミノメチル−t−アミルペルオキシド、ジメチルアミノメチル−t−アミルペルオキシド、ジエチルアミノメチル−t−ブチルペルオキシド、ジメチルアミノメチル−t−ブチルペルオキシド、1,1−ジ−(t−アミルペルオキシ)シクロヘキサン、t−アミルペルオキシド、t−ブチルクミルペルオキシド、t−ブチルペルオキシド、および/または1−ヒドロキシブチルn−ブチルペルオキシド。
ペルエステルおよびペルオキシカルボネート:ブチルペルアセテート、クミルペルアセテート、クミルペルプロピオネート、シクロヘキシルペルアセテート、ジ−t−ブチルペルアジペート、ジ−t−ブチルペルアゼレート、ジ−t−ブチルペルグルタレート、ジ−t−ブチルペルタレート、ジ−t−ブチルペルセバケート、4−ニトロクミルペルプロピオネート、1−フェニルエチルペルベンゾエート、フェニルエチルニトロ−ペルベンゾエート、t−ブチルビシクロ−(2,2,1)ヘプタンペルカルボキシレート、t−ブチル−4−カルボメトキシペルブチレート、t−ブチルシクロブタンペルカルボキシレート、t−ブチルシクロヘキシルペルオキシカルボキシレート、t−ブチルシクロペンチルペルカルボキシレート、t−ブチルシクロプロパンペルカルボキシレート、t−ブチルジメチルペルシンナメート、t−ブチル−2−(2,2−ジフェニルビニル)ペルベンゾエート、t−ブチル−4−メトキシペルベンゾエート、t−ブチルペルベンゾエート、t−ブチルペルナフトエート、t−ブチルペルオキシイソプロピルカルボネート、t−ブチルペルトルエート、t−ブチル−1−フェニルシクロプロピルペルカルボキシレート、t−ブチル−2−プロピルペルペンテン−2−オエート、t−ブチル−1−メチルシクロプロピルペルカルボキシレート、t−ブチル−4−ニトロフェニルペルアセテート、t−ブチルニトロフェニルペルオキシカルバメート、t−ブチル−N−スクシイミドペルカルボキシレート、t−ブチルペルクロトネート、t−ブチルペルマレイン酸、t−ブチルペルメタクリレート、t−ブチルペルオクトエート、t−ブチルペルオキシイソプロピルカルボネート、t−ブチルペルイソブチレート、t−ブチルペルアクリレート、および/またはt−ブチルペルプロピオネート。
これらの上に挙げたフリーラジカル形成剤の混合物も予期される。
加えて、直鎖ポリプロピレン(l−PP)は、特定のサイズおよび形状の粒子の形態で用いられることが好ましい。したがって好ましくは、直鎖ポリプロピレン(l−PP)は、
(a)粒径分布d95が1500μm未満、より好ましくは1400μm未満、なおより好ましくは50μmから1350μm未満の範囲、さらにより好ましくは100μmから1300μm未満の範囲、たとえば150μmから1250μm未満の範囲などであるか、
かつ/または
(b)粒径分布d50が1000μm未満、より好ましくは800μm未満、なおより好ましくは30μmから1000μm未満の範囲、さらにより好ましくは50μmから850μmの範囲、たとえば100μmから750μmの範囲などであるか、
かつ/または
(c)d95/d50比率が2.50未満、より好ましくは2.30未満、なおより好ましくは2.10未満、さらにより好ましくは1.00から2.00の範囲、なおさらにより好ましくは1.10から1.90の範囲である。
本発明のプロピレン組成物のさらなる実施形態に従うと、直鎖ポリプロピレン(l−PP)は、
− 空隙率が10%以下であるか、かつ/または
− 比孔容量が0.20cm/g以下である。
本発明のさらなる目的は、分岐ポリプロピレン(b−PP)を含むポリプロピレン組成物を生成するためのプロセスであり、このポリプロピレン組成物および/または分岐ポリプロピレン(b−PP)は、
− 0.1wt%から1.0wt%のエチレン含有量を有し、
− 1.0g/10minから5.0g/10minの、ISO 1133に従って測定されたメルトフローレートMFR(230℃/2.16kg)を有し、
− 30cNから60cNのF30溶融強度、および220mm/sから300mm/sのv30溶融伸展性を有し、ここでF30溶融強度およびv30溶融伸展性はISO 16790:2005に従って測定され、
分岐ポリプロピレン(b−PP)は、0.1wt%から1.0wt%のエチレン含有量および0.5g/10minから4.0g/10minのメルトフローレートMFR(230℃/2.16kg)を有する直鎖ポリプロピレン(l−PP)と、
熱分解フリーラジカル形成剤、好ましくは過酸化物と、任意には好ましくはジビニル化合物、アリル化合物もしくはジエンから選択される二官能不飽和モノマー、ならびに/または任意には、1つおよび/もしくはそれ以上の不飽和モノマーから合成された、好ましくは数平均分子量(Mn)≦10000g/molを有する多官能不飽和低分子量ポリマーとを反応させることによって、分岐ポリプロピレン(b−PP)を得ることによって提供される。
前述のプロセスの特定の実施形態に従うと、ポリプロピレン組成物および/または分岐ポリプロピレン(b−PP)のMFRと、直鎖ポリプロピレン(l−PP)のMFRとの比率は、1.25超から6である。
分岐ポリプロピレンを生成するためのプロセスは、好ましくは直鎖ポリプロピレン(l−PP)の出発MFRの増加を比較的少なくする。このことは、ゲル形成の危険性を低減させる。
このことは、直鎖ポリプロピレンのすでに比較的高い出発MFRを選択することによって達成される。これに関しては、「直鎖ポリプロピレン(l−PP)」のセクションが参照される。
好ましくは、ポリプロピレン組成物および/または分岐ポリプロピレン(b−PP)のMFRと、直鎖ポリプロピレン(l−PP)のMFRとの比率は1.3から5、より好ましくは1.5から4.5、なおより好ましくは1.7から4.0、たとえば2.0から3.0などである。
分岐ポリプロピレン(b−PP)を生成するためのプロセス
本発明の必須の局面の1つは、直鎖ポリプロピレン(l−PP)を用いて分岐ポリプロピレン(b−PP)を含むポリプロピレン組成物を製造することである。言い換えると、本発明は、分岐ポリプロピレン(b−PP)を含むポリプロピレン組成物を提供するためのプロセスに関し、このプロセスは、直鎖ポリプロピレン(l−PP)と、熱分解フリーラジカル形成剤と、任意には二官能不飽和モノマー(類)および/または多官能不飽和低分子量ポリマー(類)とを反応させることによって、分岐ポリプロピレン(b−PP)を得るステップを含む。
任意には、このプロセスは前述のステップの後に、添加剤を含有するマスターバッチの形態の添加剤混合物(AM)を分岐ポリプロピレン(b−PP)に加えるさらなるステップを含む。
その後、こうして生成されたポリプロピレン組成物が発泡プロセスを受けることによって、このポリプロピレン組成物を含む発泡体が得られる。
発泡体と、ポリプロピレン組成物と、分岐ポリプロピレン(b−PP)と、直鎖ポリプロピレン(l−PP)と、添加剤(A)と、添加剤混合物(AM)との定義および好ましい実施形態に関しては、上記に提供される情報が参照される。
上述のとおり、ポリプロピレン組成物の製造のためのプロセスにおいて、分岐ポリプロピレン(b−PP)は、直鎖ポリプロピレン(l−PP)を熱分解ラジカル形成剤で処理することによって得られる。しかしこうした場合には、直鎖ポリプロピレン(l−PP)が有害になるほど高程度に分解される危険性が存在する。よってこの化学修飾は、化学結合された架橋単位(単数または複数)としての二官能不飽和モノマー(類)および/または多官能不飽和低分子量ポリマー(類)を付加的に使用することによって達成されることが好ましい。分岐ポリプロピレン(b−PP)すなわち高溶融強度ポリプロピレン(HMS−PP)を得るために好適な方法は、たとえば欧州特許出願公開第0 787 750号、欧州特許出願公開第0 879 830 A1号、および欧州特許出願公開第0 890 612 A2号などに開示されている。すべての文書は、引用によって本明細書に含まれる。それにより、熱分解ラジカル形成剤、好ましくは過酸化物の量は、好ましくは直鎖ポリプロピレン(l−PP)の量に基づいて0.05wt%から3.00wt%の範囲である。典型的に、熱分解ラジカル形成剤は、二官能不飽和モノマー(類)および/または多官能不飽和低分子量ポリマー(類)とともに直鎖ポリプロピレン(l−PP)に加えられる。しかし、あまり好ましくはないが、最初に二官能不飽和モノマー(類)および/または多官能不飽和低分子量ポリマー(類)を直鎖ポリプロピレン(l−PP)に加えて、その後に熱分解ラジカル形成剤を加えるか、または逆に、最初に熱分解ラジカル形成剤を直鎖ポリプロピレン(l−PP)に加えて、その後に二官能不飽和モノマー(類)および/または多官能不飽和低分子量ポリマー(類)を加えることも可能である。
分岐ポリプロピレン(b−PP)の製造に用いられる二官能不飽和モノマー(類)および/または多官能不飽和低分子量ポリマー(類)に関しては、「分岐ポリプロピレン」のセクションが参照される。
上述のとおり、二官能不飽和モノマー(類)および/または多官能不飽和低分子量ポリマー(類)は、熱分解フリーラジカル形成剤の存在下で使用されることが好ましい。
熱分解フリーラジカル形成剤に関しては、「熱分解フリーラジカル形成剤」のセクションが参照される。
好ましくは、添加剤マスターバッチを加える任意のステップは、分岐ポリプロピレン(b−PP)すなわち高溶融強度ポリプロピレン(HMS−PP)を得るための、直鎖ポリプロピレン(l−PP)と、熱分解フリーラジカル形成剤と、任意には二官能不飽和モノマーおよび/または任意には多官能不飽和低分子量ポリマーとの反応の少なくとも70%、好ましくは少なくとも80%、さらにより好ましくは少なくとも90%、たとえば少なくとも95%または99%などが行われたときに開始される。
好ましい実施形態においては、両方のステップに対して、たとえばツインスクリュー押出し機などの押出し機が用いられる。
押出し機は、分岐ポリプロピレン(b−PP)の調製と、その後に前記分岐ポリプロピレン(b−PP)に添加剤混合物(AM)を加えることとのために併用できることから、押出し機の使用は特に有利である。好ましい実施形態においては、第1のステップにおいて、分岐ポリプロピレン(b−PP)すなわち高溶融強度ポリプロピレン(HMS−PP)を提供するために、直鎖ポリプロピレン(l−PP)は、上に詳述したとおり、熱分解フリーラジカル形成剤、好ましくは過酸化物と、任意には二官能不飽和モノマー(類)および/または多官能不飽和低分子量ポリマー(類)、好ましくはジビニル化合物、アリル化合物、またはジエンから選択された二官能不飽和モノマー(類)とともに押出し機に加えられる。予備混合デバイスの下流の押出し機の組み合わせを用いることも可能であり、ここでは二官能不飽和モノマー(類)および/または多官能不飽和低分子量ポリマー(類)と、熱分解フリーラジカル形成剤とが予備混合デバイス内でポリプロピレンに加えられる。
その後、任意の第2のステップにおいて、上述の分岐ポリプロピレン(b−PP)すなわち高溶融強度ポリプロピレン(HMS−PP)を提供するための修飾反応を妨げないために、好ましくは添加剤混合物(AM)は押出し機スクリューの下流端部において加えられる。これに関して、「押出し機スクリューの下流端部」という用語は、押出し機スクリューの長さの最後の60%以内、好ましくは押出し機スクリューの長さの最後の65%以内、より好ましくは押出し機スクリューの長さの少なくとも70%、たとえば押出し機スクリューの少なくとも75%などであることが理解される。
したがって、このプロセスに使用される押出し機(E:extruder)は、好ましくは動作方向に供給スロート(FT:feed−throat)と、第1の混合ゾーン(MZ1:first mixing zone)と、第2の混合ゾーン(MZ2:second mixing zone)と、ダイ(D:die)とを含み、第1の混合ゾーン(MZ1)と第2の混合ゾーン(MZ2)との間にはサイド供給スロート(SFT:side feed−throat)が位置する。好ましくは、押出し機はたとえばツインスクリュー押出し機などのスクリュー押出し機である。したがって、添加剤混合物(AM)以外の、直鎖ポリプロピレン(l−PP)と、熱分解フリーラジカル形成剤、好ましくは過酸化物と、任意には好ましくはジビニル化合物、アリル化合物もしくはジエンから選択される二官能不飽和モノマーおよび/または多官能不飽和低分子量ポリマーモノマーとが、供給スロート(FT)を介して、好ましくはフィーダを用いて押出し機に供給された後、第1の混合ゾーン(MZ1)を通って下流に送られる。好ましくは、前記第1の混合ゾーン(MZ1)内の剪断応力によって、直鎖ポリプロピレン(l−PP)は融解し、ラジカル形成剤と、任意の二官能不飽和モノマーおよび/または多官能不飽和低分子量ポリマーとの化学反応が開始される。第1の混合ゾーン(MZ1)の後、すなわち第1の混合ゾーン(MZ1)と第2の混合ゾーン(MZ2)との間で、添加剤混合物(AM)が加えられ、すなわち押出し機に供給される。好ましくは、添加剤混合物(AM)はサイド供給スロート(SFT)を介することにより、好ましくはサイドフィーダを用いて加えられる。その後、添加剤混合物(AM)を含むポリプロピレン組成物のすべての構成要素が、第2の混合ゾーン(MZ2)を通って下流に送られる。最後に、ポリプロピレン組成物はダイ(D)を介して排出される。
好ましくは、第1の混合ゾーン(MZ1)は第2の混合ゾーン(MZ2)よりも長い。好ましくは、第1の混合ゾーン(MZ1)と第2の混合ゾーン(MZ2)との長さの比率[mm(MZ1)/mm(MZ2)]は少なくとも2/1、より好ましくは3/1、さらにより好ましくは2/1から15/1の範囲、なおより好ましくは3/1から10/1である。
本発明において用いられる直鎖ポリプロピレン(l−PP)は、たとえばチーグラー・ナッタ触媒の使用などの公知の態様で生成され得る。
プロピレン重合に典型的に用いられるチーグラー・ナッタ型の触媒は、立体特異的な固体高収率チーグラー・ナッタ触媒成分であり、必須成分としてMg、TiおよびClを含んでいる。重合プロセスにおいては、固体触媒に加えて、典型的に共触媒(類)および外部供与体(単数または複数)が用いられる。
一般的に、チーグラー・ナッタ型触媒に対して、触媒の成分は、たとえばシリカまたはアルミナなどの無機酸化物などの粒子状支持体に支持されてもよく、またはしばしば、マグネシウムハライドが固体支持体を形成してもよい。
しかし本発明に対しては、触媒成分は外部支持体に支持されずに、エマルション−凝固法または沈降法によって触媒が調製されることが好ましい。
したがって本発明は、上記に定義される分岐ポリプロピレン(b−PP)を作製するためのプロセスに向けられたものであり、ここでは直鎖ポリプロピレン(l−PP)が、エマルション−凝固法または沈降法によって調製された触媒の存在下で重合される。
加えて、固体触媒は通常、電子供与体(内部電子供与体)および任意にはアルミニウムを含む。好適な内部電子供与体はとりわけ、カルボン酸またはジカルボン酸のエステル、たとえばフタル酸塩、マレイン酸塩、安息香酸塩、シトラコン酸塩、およびコハク酸塩など、1,3−ジエーテルまたは酸素もしくは窒素を含有するシリコン化合物である。加えて、供与体の混合物が用いられてもよい。
共触媒は、典型的にアルミニウムアルキル化合物を含む。アルミニウムアルキル化合物は、好ましくはトリアルキルアルミニウム、たとえばトリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリ−イソブチルアルミニウムまたはトリ−n−オクチルアルミニウムなどである。しかし、アルミニウムアルキル化合物はアルキルアルミニウムハライド、たとえばジエチルアルミニウムクロリド、ジメチルアルミニウムクロリド、およびエチルアルミニウムセスキクロリドなどであってもよい。
重合に用いられる好適な外部電子供与体は当該技術分野において周知であり、エーテル、エステル、ケトン、アミン、アルコール、フェノール、ホスフィン、およびシランを含む。シラン型の外部供与体は典型的に、Si−OCOR、Si−OR、またはSi−NR結合を含む有機シラン化合物であり、中心原子としてケイ素を有し、Rは1〜20の炭素原子を有するアルキル、アルケニル、アリール、アリールアルキル、またはシクロアルキルであるものが当該技術分野において公知である。
好適な触媒および触媒中の化合物の例は、とりわけ国際公開第87/07620号、国際公開第92/21705号、国際公開第93/11165号、国際公開第93/11166号、国際公開第93/19100号、国際公開第97/36939号、国際公開第98/12234号、国際公開第99/33842号、国際公開第03/000756号、国際公開第03/000757号、国際公開第03/000754号、国際公開第03/000755号、国際公開第2004/029112号、欧州特許出願公開第2610271号、国際公開第2012/007430号、国際公開第92/19659号、国際公開第92/19653号、国際公開第92/19658号、米国特許第4382019号、米国特許第4435550号、米国特許第4465782号、米国特許第4473660号、米国特許第4560671号、米国特許第5539067号、米国特許第5618771号、欧州特許第45975号、欧州特許第45976号、欧州特許第45977号、国際公開第95/32994号、米国特許第4107414号、米国特許第4186107号、米国特許第4226963号、米国特許第4347160号、米国特許第4472524号、米国特許第4522930号、米国特許第4530912号、米国特許第4532313号、米国特許第4657882号、米国特許第4581342号、米国特許第4657882号に示されている。
好ましいZN触媒の詳細な説明
本発明の好ましい実施形態に従うと、特定のタイプのチーグラー・ナッタ触媒が用いられる。
本発明において用いられる好ましい触媒は固体チーグラー・ナッタ触媒であり、これはIUPACの第4族から第6族の遷移金属の化合物、たとえばチタンなど、第2族金属化合物、たとえばマグネシウムなど、および内部供与体(ID:internal donor)を含む。さらに、固体触媒はたとえばシリカまたはMgClなどの任意の外部支持材料を含まず、触媒は自立している。
したがって本発明は、上記に定義される分岐ポリプロピレン(b−PP)を作製するためのプロセスに向けられたものであり、ここでは直鎖ポリプロピレン(l−PP)が上記に定義される触媒の存在下で重合され、触媒は粒子状の形態であり、かつ次の一般的手順によって得られる。
a)次の溶液、
)第2族金属化合物と、ヒドロキシル部分に加えて少なくとも1つのエーテル部分を含むアルコール(A)との反応生成物であり、任意には有機液体反応媒体中の、少なくとも第2族金属アルコキシ化合物(Ax)の溶液、または
)第2族金属化合物と、アルコール(A)および式ROHの一価アルコール(B)のアルコール混合物との反応生成物であり、任意には有機液体反応媒体中の、少なくとも第2族金属アルコキシ化合物(Ax’)の溶液、または
)任意には有機液体反応媒体中の、第2族金属アルコキシ化合物(Ax)と、第2族金属化合物および一価アルコール(B)の反応生成物である第2族金属アルコキシ化合物(Bx)との混合物の溶液、または
)式M(OR(OR2−n−mの第2族金属アルコキシ化合物、もしくは第2族アルコキシドM(ORn’2−n’およびM(ORm’2−m’の混合物であり、ここでMは第2族金属であり、Xはハロゲンであり、RおよびRはCからC16炭素原子の異なるアルキル基であり、0≦n≦2、0≦m≦2かつn+m+(2−n−m)=2であり、ただしnおよびm≠0、0<n’≦2かつ0<m’≦2であるものの溶液
を提供するステップ、および
b)ステップa)からの前記溶液を、第4族から第6族の遷移金属の少なくとも1つの化合物に加えるステップ、および
c)固体触媒成分粒子を得るステップ、および
ステップc)の前の任意のステップにおいて、内部電子供与体(ID)を加えるステップ。
よって、内部供与体(ID)またはその前駆物質は、好ましくはステップa)の溶液に加えられるか、またはステップa)の溶液を加える前の遷移金属化合物に加えられる。
上記の手順に従って、物理的条件、特にステップb)およびc)において用いられる温度に依存して、沈降法またはエマルション−凝固法によって固体触媒を得ることができる。エマルションは、液体/液体2相系とも呼ばれる。
どちらの方法(沈降またはエマルション−凝固)においても、触媒化学は同じである。
沈降法においては、ステップa)の溶液と、ステップb)における少なくとも1つの遷移金属化合物との組み合わせを行い、全体の反応混合物を少なくとも50℃、より好ましくは55℃から110℃の温度範囲、より好ましくは70℃から100℃の範囲内に保って、固体粒子の形態の触媒成分の完全な沈降を確実にする(ステップc)。
エマルション−凝固法においては、ステップb)でステップa)の溶液を、典型的にはたとえば−10℃から50℃未満、好ましくは−5℃から30℃などのより低い温度にて、少なくとも1つの遷移金属化合物に加える。エマルションの撹拌中の温度は、典型的に−10℃から40℃未満、好ましくは−5℃から30℃に保たれる。エマルションの分散相の小滴が、活性触媒組成物を形成する。小滴の凝固(ステップc)は、好適にはエマルションを70℃から150℃、好ましくは80℃から110℃の温度に加熱することによって行われる。
本発明においては、好ましくはエマルション−凝固法によって調製された触媒が用いられる。
好ましい実施形態において、ステップa)ではa)またはa)の溶液、すなわち(Ax’)の溶液または(Ax)と(Bx)との混合物の溶液が用いられる。
好ましくは、第2族金属はマグネシウムである。
マグネシウムアルコキシ化合物(Ax)、(Ax’)および(Bx)は、触媒調製プロセスの第1のステップであるステップa)において、マグネシウム化合物と上述のアルコール(類)とを反応させることによってインサイチュで調製されてもよいし、前記マグネシウムアルコキシ化合物は別に調製されたマグネシウムアルコキシ化合物であってもよいし、さらにそれらはすぐに使用できるマグネシウムアルコキシ化合物として商業的に入手可能であって、こうして本発明の触媒調製プロセスに使用されてもよい。
アルコール(A)の実例はグリコールモノエーテルである。好ましいアルコール(A)はCからCグリコールモノエーテルであり、ここでエーテル部分は2から18の炭素原子、好ましくは4から12の炭素原子を含む。好ましい例は、2−(2−エチルヘキシルオキシ)エタノール、2−ブチルオキシエタノール、2−ヘキシルオキシエタノール、および1,3−プロピレン−グリコール−モノブチルエーテル、3−ブトキシ−2−プロパノールであり、2−(2−エチルヘキシルオキシ)エタノール、および1,3−プロピレン−グリコール−モノブチルエーテル、3−ブトキシ−2−プロパノールが特に好ましい。
例示的な一価アルコール(B)は式ROHのものであり、Rは直鎖または分岐C〜C16アルキル残基、好ましくはCからC10、より好ましくはCからCアルキル残基である。最も好ましい一価アルコールは、2−エチル−1−ヘキサノールまたはオクタノールである。
好ましくは、Mgアルコキシ化合物(Ax)および(Bx)の混合物、またはアルコール(A)および(B)の混合物はそれぞれ、Bx:AxまたはB:Aのモル比が10:1から1:10、より好ましくは6:1から1:6、なおより好ましくは5:1から1:3、最も好ましくは5:1から3:1にて使用および利用される。
マグネシウムアルコキシ化合物は、上記に定義されたとおりのアルコール(類)と、ジアルキルマグネシウム、アルキルマグネシウムアルコキシド、マグネシウムジアルコキシド、アルコキシマグネシウムハライド、およびアルキルマグネシウムハライドから選択されるマグネシウム化合物との反応生成物であってもよい。さらに、マグネシウムジアルコキシド、マグネシウムジアリールオキシド、マグネシウムアリールオキシハライド、マグネシウムアリールオキシド、およびマグネシウムアルキルアリールオキシドが用いられ得る。アルキル基は類似または異なるC〜C20アルキル、好ましくはC〜C10アルキルであってもよい。使用されるときの典型的なアルキル−アルコキシマグネシウム化合物は、エチルマグネシウムブトキシド、ブチルマグネシウムペントキシド、オクチルマグネシウムブトキシド、およびオクチルマグネシウムオクトキシドである。好ましくは、ジアルキルマグネシウムが用いられる。最も好ましいジアルキルマグネシウムは、ブチルオクチルマグネシウムまたはブチルエチルマグネシウムである。
加えて、前記マグネシウムアルコキシド化合物を得るために、マグネシウム化合物がアルコール(A)およびアルコール(B)に加えて、式R”(OH)の多価アルコール(C)とも反応し得ることが可能である。使用されるとき、好ましい多価アルコールは、R”が直鎖、環式または分岐のCからC10炭化水素残基であり、mが2から6の整数であるアルコールである。
よって、ステップa)のマグネシウムアルコキシ化合物は、マグネシウムジアルコキシド、ジアリールオキシマグネシウム、アルキルオキシマグネシウムハライド、アリールオキシマグネシウムハライド、アルキルマグネシウムアルコキシド、アリールマグネシウムアルコキシド、およびアルキルマグネシウムアリールオキシドからなる群より選択される。加えて、マグネシウムジハライドとマグネシウムジアルコキシドとの混合物が用いられてもよい。
本触媒の調製のために使用される溶剤は、5から20の炭素原子、より好ましくは5から12の炭素原子を有する、芳香族および脂肪族の直鎖、分岐および環式炭化水素、またはそれらの混合物から選択されてもよい。好適な溶剤は、ベンゼン、トルエン、クメン、キシロール、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、およびノナンを含む。ヘキサンおよびペンタンが特に好ましい。
マグネシウムアルコキシ化合物の調製のための反応は、40℃から70℃の温度にて行われてもよい。最も好適な温度は、使用されるMg化合物およびアルコール(類)に依存して選択される。
第4族から第6族の遷移金属化合物は、好ましくはチタン化合物、最も好ましくはチタンハライド、たとえばTiClなどである。
本発明において用いられる触媒の調製に用いられる内部供与体(ID)は、好ましくはフタル酸または非フタル酸のカルボン(二)酸の(ジ)エステル、1,3−ジエーテル、それらの誘導体および混合物から選択される。特に好ましい供与体は、芳香族またはモノ不飽和ジカルボン酸のジエステル、特にフタル酸塩、マロン酸塩、マレイン酸塩、コハク酸塩、シトラコン酸塩、グルタル酸塩、シクロヘキセン−1,2−ジカルボキシレート、および安息香酸塩、ならびにそれらの任意の誘導体および/または混合物を含む群に属するエステルである。好ましい例は、たとえば置換フタル酸塩、マレイン酸塩、およびシトラコン酸塩などであり、最も好ましいのはフタル酸塩およびシトラコン酸塩である。
エマルション法において、2相液体−液体系は、単純な撹拌ならびに任意の(さらなる)溶剤(類)および添加剤の添加によって形成されてもよく、添加剤はたとえば乱流最小化剤(TMA:turbulence minimizing agent)および/または乳化剤および/またはエマルション安定剤、たとえば界面活性剤などであり、それらはエマルションの形成促進および/または安定化のために当該技術分野において公知の態様で用いられる。好ましくは、界面活性剤はアクリルまたはメタクリルポリマーである。特に好ましいのは、非分岐C12からC20(メト)アクリレート、たとえばポリ(ヘキサデシル)−メタクリレートおよびポリ(オクタデシル)−メタクリレートなど、ならびにそれらの混合物である。使用されるとき、乱流最小化剤(TMA)は好ましくは6から20の炭素原子を有するα−オレフィンモノマーのα−オレフィンポリマー、たとえばポリオクテン、ポリノネン、ポリデセン、ポリウンデセン、もしくはポリドデセンなど、またはそれらの混合物から選択される。最も好ましいのはポリデセンである。
沈降またはエマルション−凝固法によって得られた固体粒子状生成物は、芳香族および/または脂肪族炭化水素、好ましくはトルエン、ヘプタンもしくはペンタン、および/またはTiClによって、少なくとも1回、好ましくは少なくとも2回、最も好ましくは少なくとも3回洗浄されてもよい。加えて、洗浄溶液は供与体および/または第13族の化合物、たとえばトリアルキルアルミニウム、ハロゲン化アルキルアルミニウム化合物、またはアルコキシアルミニウム化合物などを含有してもよい。アルミニウム化合物は、触媒合成の際に加えられてもよい。
触媒は、蒸発または窒素による洗浄などによってさらに乾燥されてもよいし、任意の乾燥ステップを伴わずに油性液体のスラリーにされてもよい。
最終的に得られるチーグラー・ナッタ触媒は、望ましくは一般的に5μmから200μm、好ましくは10μmから100μmの平均粒径範囲を有する粒子の形態である。粒子はコンパクトで空隙率が低く、20g/m未満、より好ましくは10g/m未満の表面積を有する。典型的に、Tiの量は触媒組成物の1〜6wt%、Mgは10wt%から20wt%、供与体は10wt%から40wt%である。
触媒の調製の詳細な説明は、本明細書において引用により援用される国際公開第2010009827号、国際公開第2012/007430号、欧州特許出願公開第2610271号、欧州特許出願公開第2610270号、および欧州特許出願公開第2610272号に開示されている。
この重合プロセスにおけるさらなる構成要素として、好ましくは外部供与体(ED:external donor)が存在する。好適な外部供与体(ED)は、特定のシラン、エーテル、エステル、アミン、ケトン、複素環化合物、およびそれらの混合物を含む。シランを用いることが特に好ましい。次の一般式のシランを用いることが最も好ましく、
Si(OR(4−p−q)
ここでR、RおよびRは炭化水素ラジカル、特にアルキルまたはシクロアルキル基を示し、pおよびqは0から3までの数であって、それらの合計p+qは3以下である。R、RおよびRは、互いに独立して選択されてもよく、同じであっても異なっていてもよい。こうしたシランの特定の例は、(tert−ブチル)Si(OCH、(シクロヘキシル)(メチル)Si(OCH、(フェニル)Si(OCH、および(シクロペンチル)Si(OCHであるか、
または
次の一般式のシランであり、
Si(OCHCH(NR
ここでRおよびRは同じであっても異なっていてもよく、1から12の炭素原子を有する直鎖、分岐または環式の炭化水素基を表す。
特に好ましくは、RおよびRはメチル、エチル、n−プロピル、n−ブチル、オクチル、デカニル、イソ−プロピル、イソ−ブチル、イソ−ペンチル、tert.−ブチル、tert.−アミル、ネオペンチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、メチルシクロペンチル、およびシクロヘプチルからなる群より独立に選択される。最も好ましいのはエチルである。
チーグラー・ナッタ触媒および任意の外部供与体(ED)に加えて、共触媒が用いられてもよい。共触媒は、好ましくは周期表(IUPAC)の第13族の化合物、たとえば有機アルミニウム、たとえばアルミニウム化合物など、たとえばアルミニウムアルキル、アルミニウムハライド、またはアルミニウムアルキルハライド化合物などである。したがって、1つの特定の実施形態において、共触媒(Co:co−catalyst)はトリアルキルアルミニウム、たとえばトリエチルアルミニウム(TEAL:triethylaluminium)など、ジアルキルアルミニウムクロリド、もしくはアルキルアルミニウムジクロリド、またはそれらの混合物である。1つの特定の実施形態において、共触媒(Co)はトリエチルアルミニウム(TEAL)である。
好ましくは、共触媒(Co)と外部供与体(ED)との比率[Co/ED]、および/または共触媒(Co)と遷移金属(TM:transition metal)との比率[Co/TM]は、各プロセスに対して注意深く選択されるべきである。
本発明はさらに、本発明に従うポリプロピレン組成物を含む押出し発泡体に関する。
押出し発泡体を生成するためのプロセスは、当業者の知識の範囲内である。こうしたプロセスにおいて、たとえばブタン、HFCまたはCOなどの気体発泡剤を含むこのポリプロピレン組成物の溶融物が、連続発泡プロセスの圧力降下によって突然膨張される。連続発泡プロセスにおいて、ポリプロピレン組成物は押出し機内で典型的に20バールを超える圧力下で融解されて気体を含まされ、その後ダイを通って押出されるときに、圧力降下によって発泡体が形成する。発泡押出しにおけるポリプロピレンの発泡の機構は、たとえばH.E.Naguib,C.B.Park,N.Reichelt,Fundamental foaming mechanisms governing the volume expansion of extruded polypropylene foams,Journal of Applied Polymer Science,91,2661−2668(2004)などに説明されている。発泡のためのプロセスは、S.T.Lee,Foam Extrusion,Technomic Publishing(2000)に概説されている。
別様に定義されない限り、以下の用語の定義および判定方法は、上記の本発明の一般的説明および以下の実施例にも適用される。
1.測定方法
コモノマー含有量
ポリマーのコモノマー含有量およびコモノマー配列分布を定量化するために、定量的核磁気共鳴(NMR:nuclear−magnetic resonance)分光法を用いた。Hおよび13Cに対してそれぞれ400.15MHzおよび100.62MHzにて動作するBruker Advance III(登録商標)400 NMR分光計を用いて、溶液状態で定量的13C{H}NMRスペクトルを記録した。すべての空気圧に対して窒素ガスを用いた125℃における13C最適化10mm拡張温度プローブヘッドを用いて、すべてのスペクトルを記録した。約200mgの材料を3mlの1,2−テトラクロロエタン−d(TCE−d:tetrachloroethane−d)にクロム−(III)−アセチルアセトネート(acetylacetonate)(Cr(acac))とともに溶解することによって、溶剤中の緩和剤の65mM溶液を得た(Singh,G.,Kothari,A.,Gupta,V.,Polymer Testing 28 5(2009),475)。均質な溶液を確実にするために、ヒートブロックにおける最初のサンプル調製の後に、回転オーブン中でNMRチューブを少なくとも1時間さらに加熱した。磁石への挿入の際に、チューブを10Hzで回転させた。このセットアップは主に高分解能のために選択されたものであり、正確なエチレン含有量の定量のために定量的に必要であった。核オーバーハウザー効果(NOE:Nuclear Overhauser Effect)を伴わない標準的なシングルパルス励起を使用し、最適化した先端角度、1sリサイクル遅延、およびバイレベルWALTZ16デカップリングスキームを用いた(Zhou,Z.,Kuemmerle,R.,Qiu,X.,Redwine,D.,Cong,R.,Taha,A.,Baugh,D.Winniford,B.,J.Mag.Reson.187(2007)225;Busico,V.,Carbonniere,P.,Cipullo,R.,Pellecchia,R.,Severn,J.,Talarico,G.,Macromol.Rapid Commun.2007,28,1128)。スペクトル当り合計6144(6k)のトランジェントを取得した。
コンピュータプログラムを用いて、定量的13C{H}NMRスペクトルを処理し、積分し、その積分値から関連する定量的特性を定めた。溶剤の化学シフトを用いて、30.00ppmにおけるエチレンブロック(EEE)の中心メチレン基に対して、すべての化学シフトを間接的に参照した。このアプローチは、たとえこの構造単位が存在しないときにも同等の参照を可能にした。Cheng,H.N.,Macromolecules 17(1984),1950)に記載されるとおりに、エチレンの取り込みに対応する特徴信号を観察した。2,1エリトロ部位欠陥に対応する特徴信号を観察したため(L.Resconi,L.Cavallo,A.Fait,F.Piemontesi,Chem.Rev.2000,100(4),1253、Cheng,H.N.,Macromolecules 1984,17,1950、およびW−J.Wang and S.Zhu,Macromolecules 2000,33,1157に記載されるとおり)、決定した特性に対する部位欠陥の影響に対する補正が必要であった。他のタイプの部位欠陥に対応する特徴信号は観察しなかった。
ワン(Wang)ら(Wang,W−J.,Zhu,S.,Macromolecules 33(2000),1157)の方法を用い、13C{H}スペクトルのスペクトル領域全体にわたる複数の信号の積分によって、コモノマーフラクションを定量化した。この方法を選択したのは、その頑健な性質および必要なときに部位欠陥の存在を考慮できることのためである。遭遇したコモノマー含有量の全範囲にわたる適用性を増加させるために、積分領域をわずかに調整した。PPEPP配列内の単離エチレンしか観察されない系に対しては、存在が既知である部位の非ゼロ積分の影響を低減させるようにワンらの方法を修正した。このアプローチは、こうした系に対するエチレン含有量の過大評価を低減するものであり、絶対エチレン含有量を定めるために用いる部位の数を低減させることによって達成した。
E=0.5(Sββ+Sβγ+Sβδ+0.5(Sαβ+Sαγ))
この部位の組を用いることによって、対応する積分方程式は次のとおりになる。
E=0.5(I+I+0.5(I+I))
ここではワンらの論文(Wang,W−J.,Zhu,S.,Macromolecules 33(2000),1157)で用いているものと同じ表記法を用いている。絶対プロピレン含有量に対して使用した等式は修正しなかった。モル分率から、モルパーセントコモノマー取り込みを算出した。
E[mol%]=100*fE
モル分率から、重量パーセントコモノマー取り込みを算出した。
E[wt%]=100*(fE*28.06)/((fE*28.06)+((1−fE)*42.08))
NMR分光法による微細構造の定量化
プロピレンホモポリマーのアイソタクチック性および位置規則性を定量化するために、定量的核磁気共鳴(NMR)分光法を用いた。
Hおよび13Cに対してそれぞれ400.15MHzおよび100.62MHzにて動作するBruker Advance III(登録商標)400 NMR分光計を用いて、溶液状態で定量的13C{H}NMRスペクトルを記録した。すべての空気圧に対して窒素ガスを用いた125℃における13C最適化10mm拡張温度プローブヘッドを用いて、すべてのスペクトルを記録した。
プロピレンホモポリマーに対して、約200mgの材料を1,2−テトラクロロエタン−d(TCE−d)に溶解した。均質な溶液を確実にするために、ヒートブロックにおける最初のサンプル調製の後に、回転オーブン中でNMRチューブを少なくとも1時間さらに加熱した。磁石への挿入の際に、チューブを10Hzで回転させた。このセットアップは主に、立体規則性分布定量化のために必要な高分解能のために選択した(Busico,V.,Cipullo,R.,Prog.Polym.Sci.26(2001)443;Busico,V.;Cipullo,R.,Monaco,G.,Vacatello,M.,Segre,A.L.,Macromolecules 30(1997)6251)。NOEおよびバイレベルWALTZ16デカップリングスキームを用いて、標準的なシングルパルス励起を使用した(Zhou,Z.,Kuemmerle,R.,Qiu,X.,Redwine,D.,Cong,R.,Taha,A.,Baugh,D.Winniford,B.,J.Mag.Reson.187(2007)225;Busico,V.,Carbonniere,P.,Cipullo,R.,Pellecchia,R.,Severn,J.,Talarico,G.,Macromol.Rapid Commun.2007,28,11289)。スペクトル当り合計8192(8k)のトランジェントを取得した。
所有権のあるコンピュータプログラムを用いて、定量的13C{H}NMRスペクトルを処理し、積分し、その積分値から関連する定量的特性を定めた。
プロピレンホモポリマーに対して、21.85ppmにおけるメチルアイソタクチックペンタッド(mmmm)に対してすべての化学シフトを内部参照する。
部位欠陥(Resconi,L.,Cavallo,L.,Fait,A.,Piemontesi,F.,Chem.Rev.2000,100,1253;;Wang,W−J.,Zhu,S.,Macromolecules 33(2000),1157;Cheng,H.N.,Macromolecules 17(1984),1950)またはコモノマーに対応する特徴信号を観察した。
目的の立体配列に関係しない任意の部位を補正した23.6〜19.7ppmの間のメチル領域の積分によって、立体規則性分布を定量化した(Busico,V.,Cipullo,R.,Prog.Polym.Sci.26(2001)443;Busico,V.,Cipullo,R.,Monaco,G.,Vacatello,M.,Segre,A.L.,Macromolecules 30(1997)6251)。
特定的に、立体規則性分布の定量化に対する部位欠陥およびコモノマーの影響は、立体配列の特定の積分領域から代表的な部位欠陥およびコモノマー積分値を減算することによって補正した。
ペンタッドレベルでアイソタクチック性を定め、全ペンタッド配列に対するアイソタクチックペンタッド(mmmm)配列のパーセンテージとして報告した。
[mmmm]%=100*(mmmm/全ペンタッドの合計)
2,1エリトロ部位欠陥の存在を、17.7ppmおよび17.2ppmにおける2つのメチル部位の存在によって示し、他の特徴部位によって確認した。他のタイプの部位欠陥に対応する特徴信号は観察しなかった(Resconi,L.,Cavallo,L.,Fait,A.,Piemontesi,F.,Chem.Rev.2000,100,1253)。
17.7ppmおよび17.2ppmにおける2つの特徴的メチル部位の平均積分値を用いて、2,1エリトロ部位欠陥の量を定量化した。
21e=(Ie6+Ie8)/2
1,2一次挿入プロペンの量を、メチル領域に基づいて定量化し、この領域に含まれる一次挿入に関係しない部位と、この領域から除外される一次挿入部位とに対する補正を行った。
12=CH3+P12e
一次挿入プロペンおよびその他すべての存在する部位欠陥の合計として、プロペンの総量を定量化した。
total=P12+P21e
全プロペンに対して、2,1エリトロ部位欠陥のモルパーセントを定量化した。
[21e]mol%=100*(P21e/Ptotal
MFR(230℃/2.16kg)は、ISO 1133(230℃、2.16kg荷重)に従って測定する。
F30およびF200溶融強度ならびにv30およびv200溶融伸展性
本明細書に記載するテストは、ISO 16790:2005に従う。ISO 16790:2005の図1に従う装置を使用する。
論文「Rheotens−Mastercurves and Drawability of Polymer Melts」、M.H.Wagner,Polymer Engineering and Sience,Vol.36,925頁から935頁に記載される方法によって、歪み硬化挙動を定める。この文書の内容は引用によって含まれる。ポリマーの歪み硬化挙動をレオテンス(Rheotens)装置(ゴットフェルト(Goettfert),ジーメンス通り(Siemensstr.)2,74711 ブーヘン(Buchen),ドイツ(Germany)の製品)によって分析し、この装置においては、定められた加速で引き下げることによって溶融ストランドを伸長させる。
レオテンスの実験は、工業的紡績および押出しプロセスをシミュレートするものである。原則として、円形ダイを通じて溶融物を押圧または押出しし、得られたストランドを引き出す。押出し物における応力を、溶融特性および測定パラメータ(特に出力と引き出し速度との比率、実際には伸展速度の尺度)の関数として記録する。以下に示す結果については、実験用押出し機HAAKEポリラブ(Polylab)システムと、円筒形ダイ(L/D=6.0/2.0mm)を有するギヤポンプとによって材料を押出した。F30溶融強度およびv30溶融伸展性を測定するために、押出しポリマーの一部をバイパスさせることによって、押出し機出口(=ギヤポンプ入口)における圧力を30バールに設定する。F200溶融強度およびv200溶融伸展性を測定するために、押出しポリマーの一部をバイパスさせることによって、押出し機出口(=ギヤポンプ入口)における圧力を200バールに設定する。
5mm/sのストランド押出し速度に対してギヤポンプを予め調整し、融解温度を200℃に設定した。ダイとレオテンスホイールとの間のスピンラインの長さは80mmであった。実験の初めに、レオテンスホイールの巻取り速度を押出しポリマーストランドの速度に調整した(張力0)。次いで実験を開始し、ポリマーフィラメントが切れるまでレオテンスホイールの巻取り速度をゆっくりと増加させた。張力を準定常条件下で測定するように、ホイールの加速を十分に小さくした。引き下げられた溶融ストランドの加速は、120mm/sec2である。レオテンスを、PCプログラムEXTENSと組み合わせて動作させた。これはリアルタイムデータ取得プログラムであり、張力および引き下げ速度の測定データを表示および保存する。ポリマーストランドが破断するレオテンス曲線(力対プーリー回転速度)の終点を、それぞれF30溶融強度およびv30溶融伸展性の値、またはF200溶融強度およびv200溶融伸展性の値として取る。
室温におけるキシレン可溶性成分フラクション(XS:xylene soluble fraction、wt%):ISO16152;第1版;2005−07−01に従って、25℃にてキシレンに可溶性のポリマーの量を定める。
DSC分析、融解温度(T)および融解熱(H)、結晶化温度(T)および結晶化熱(H):5mgから7mgのサンプルに対して、TAインスツルメント(Instrument)Q200示差走査熱量測定(DSC:differential scanning calorimetry)によって測定する。DSCを、ISO11357/パート3/方法C2に従い、−30℃から+225℃の温度範囲で10℃/minの走査速度を伴う加熱/冷却/加熱サイクルで実行する。結晶化温度および結晶化熱(H)は冷却ステップから定め、融解温度および融解熱(H)は第2の加熱ステップpから定める。
粒径/粒径分布
ポリマーサンプルに対して、ISO 3310に従うふるい分析を行った。ふるい分析は、以下のサイズを有するワイヤメッシュスクリーンを有するふるいの入れ子カラムを伴う。20μm超、32μm超、63μm超、100μm超、125μm超、160μm超、200μm超、250μm超、315μm超、400μm超、500μm超、710μm超、1mm超、1.4mm超、2mm超、2.8mm超。最大のスクリーン開口部を有する頂部のふるいにサンプルを注ぎ入れた。カラムの下側のふるいの各々は、上のものよりも小さい開口部を有する(上に示すサイズを参照)。底部には受器がある。カラムを機械式振とう機に入れた。振とう機はカラムを振とうした。振とうが完了した後、各ふるい上の材料を計量した。次いで、各ふるいのサンプルの重量を総重量で割って、各ふるいに保持されたパーセンテージを与えた。ISO 9276−2に従って、ふるい分析の結果から粒径分布および特徴的中央粒径d50、ならびにトップカット粒径d95を定めた。
空隙率および比孔容量
DIN 66133に従う水銀ポロシメトリーと、DIN 66137−2に従うヘリウム密度測定との組み合わせによって、ポリマーの空隙率および比孔容量を測定する。最初に加熱キャビネット内でサンプルを70℃にて3時間乾燥し、次いで測定までデシケータ中で保存した。サンプルの純粋密度を、カンタクローム・ウルトラピクノメータ(Quantachrome Ultrapyknometer)1000−T(DIN 66137−2)において、25℃にてヘリウムとともに粉砕粉末に対して定めた。DIN 66133に従うカンタクローム・ポアマスタ(Quantachrome Poremaster)60−GTにおいて、非粉砕粉末に対して水銀ポロシメトリーを行った。
空隙率は、次の等式(II)などによって算出される。
2.実施例
直鎖ポリプロピレン(l−PP)の重合
(l−PP3を除く)すべての本発明の実施例および比較実施例は、予備重合リアクタと、1つのスラリーループリアクタと、1つの気相リアクタとを有するBorstar(登録商標)パイロットプラントにおいて生成した。直鎖ポリプロピレンl−PP1aおよびl−PP1bの重合プロセスに対しては、内部供与体としてのビス(2−エチルヘキシル)フタレートとともに共触媒としてのトリエチル−アルミニウム(TEAL)および外部供与体としてのジシクロペンチルジメトキシシラン(D−供与体)を含む、国際公開第2010009827 A1号の実施例セクション(30頁および31頁を参照)の触媒を用いた。アルミニウム対供与体の比率、アルミニウム対チタンの比率、および重合条件を表1に示す。
直鎖ポリプロピレンl−PP2aおよびl−PP2bの重合に対しては、内部供与体としてジエチルフタレートを含む、トランスエステル化した高収率MgCl支持チーグラー・ナッタポリプロピレン触媒成分を用いた。共触媒としてトリエチル−アルミニウム(TEAL)を用い、外部供与体としてジシクロペンチルジメトキシシラン(D−供与体)を用いた。触媒成分およびその調製概念は一般的に、たとえば特許公報の欧州特許第491566号、欧州特許第591224号、および欧州特許第586390号などに記載されている。
したがって、触媒成分は次のとおりに調製される。最初に大気圧のリアクタ中で、0.1molのMgClx3EtOHを不活性条件下で250mlのデカンに懸濁した。溶液を−15℃に冷却し、温度を前記温度に維持しながら300mlの冷TiClを加えた。次いで、スラリーの温度をゆっくりと20℃まで上げた。この温度にて、0.02molのジオクチルフタレート(DOP:dioctylphthalate)をスラリーに加えた。フタレートの添加後、温度を90分間で135℃まで上昇させて、スラリーを60分間置いた。次いで、再び300mlのTiClを加え、120分間にわたり温度を135℃に保った。この後、液体から触媒をろ過し、80℃にて300mlヘプタンで6回洗浄した。次いで、固体触媒成分をろ過して乾燥した。
直鎖ポリプロピレンl−PP3の重合に対しては、BASFより入手可能な商業的に入手可能な触媒Lynx900を用いた。Lynx900は第2世代チーグラー・ナッタ触媒であり、外部供与体としてのメチルメタクリレートおよび共触媒としてのジエチルアルミニウムクロリドと組み合わせて用いた。重合のために、70℃にてn−ヘプタンスラリーにおいて動作する、連続する4つの撹拌タンクリアクタを有するハーキュリーズ(Hercules)タイプのスラリープラントを適用した。
添加剤混合物
分岐ポリプロピレンの基本ポリマーに取り込むための添加剤マスターバッチ(AM:additive masterbatch)を提供するために、2.8g/10minのMFR2(230℃/2.16kg)と、165℃の融解温度と、4.5cNのF30溶融強度と、75mm/sのv30溶融伸展性とを有する直鎖プロピレンホモポリマーを、10.0wt%のIrganox(登録商標)B225 FFおよび2.5wt%のヒドロタルサイト(Hydrotalcit)とともに配合した。
本発明の実施例IE1および比較実施例CE1からCE4
以下に記載するとおり、表1に記載した直鎖ポリプロピレンに、ブタジエンおよび過酸化物の存在下で反応性押出しを受けさせた。ブタジエンおよび過酸化物(量は表3に示す)はどちらも、65℃の温度にてパドルスターラを有する水平ミキサ内で、融解−混合ステップの前にl−PP粉末と予備混合して、15分から20分間の平均滞留時間だけ維持した。予備混合物を不活性雰囲気下で、3つのニーディングゾーンおよび2ステップ脱気セットアップを有する高強度混合スクリューを備えたバレル直径60mmおよびL/D比率48を有するゼイソン(Theyson)TSK60のタイプの共回転ツインスクリュー押し出し機に移した。融解温度プロファイルを表2に与える。スクリュー速度およびスループットを表3に示す。押出し機の長さの最初の3/4において、分岐ポリプロピレンを生成する(b−PP)。その後、サイドフィーダを介して、すなわち押出し機の長さの最後の1/4において、上記で定義した添加剤混合物(AM)を押出し機の中の生成分岐ポリプロピレン(b−PP)に供給する。押出されたポリプロピレン組成物を排出してペレット状にした。最終的な特性を表4に示す。

Claims (13)

  1. 分岐ポリプロピレン(b−PP)を含むポリプロピレン組成物であって、前記ポリプロピレン組成物および/または前記分岐ポリプロピレン(b−PP)は、
    − 0.1wt%から1.0wt%のエチレン含有量を有し、
    − 1.0g/10minから5.0g/10minの、ISO 1133に従って測定されたメルトフローレートMFR(230℃/2.16kg)を有し、
    − 30cNから60cNのF30溶融強度、および220mm/sから300mm/sのv30溶融伸展性を有し、
    − 10cNから40cNのF200溶融強度、および220mm/sから300mm/sのv200溶融伸展性を有し、ここで前記F30およびF200溶融強度ならびに前記v30およびv200溶融伸展性はISO 16790:2005に従って測定される、ポリプロピレン組成物。
  2. 前記分岐ポリプロピレン(b−PP)は、前記ポリプロピレン組成物の少なくとも95wt%を構成する、請求項1または2に記載のポリプロピレン組成物。
  3. 前記分岐ポリプロピレン(b−PP)および/または前記ポリプロピレン組成物は、13C−NMR分光法によって定められた0.4mol%以下の2,1エリトロ部位欠陥を有する、請求項1〜2のいずれか一項に記載のポリプロピレン組成物。
  4. 前記ポリプロピレン組成物および/または前記分岐ポリプロピレン(b−PP)は、次のとおりに定義されるLAOS−NLF(500%)を有し、
    ここで、
    であり、どちらの係数も少なくとも6.0±sの500%歪みにおいて行われた測定から算出され、ここで標準偏差sは0.5以下である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のポリプロピレン組成物。
  5. 前記ポリプロピレン組成物および/または前記分岐ポリプロピレン(b−PP)は、次のとおりに定義されるLAOS−NLF(1000%)を有し、
    ここで、
    であり、どちらの係数も少なくとも6.0±sの1000%歪みにおいて行われた測定から算出され、ここで標準偏差sは0.5以下である、請求項1〜4のいずれか一項に記載のポリプロピレン組成物。
  6. 前記分岐ポリプロピレン(b−PP)は、0.1wt%から1.0wt%のエチレン含有量および0.5g/10minから4.0g/10minのメルトフローレートMFR(230℃/2.16kg)を有する直鎖ポリプロピレン(l−PP)と、
    熱分解フリーラジカル形成剤、好ましくは過酸化物と、任意には好ましくはジビニル化合物、アリル化合物もしくはジエンから選択される二官能不飽和モノマー、ならびに/または任意には、1つおよび/もしくはそれ以上の不飽和モノマーから合成された、好ましくは数平均分子量(Mn)≦10000g/molを有する多官能不飽和低分子量ポリマーとを反応させることによって、前記分岐ポリプロピレン(b−PP)を得ることによって提供される、請求項1〜5のいずれか一項に記載のポリプロピレン組成物。
  7. 前記直鎖ポリプロピレン(l−PP)は、
    − 1500μm未満の粒径分布d95、および/または
    − 1000μm未満の粒径分布d50、および/または
    − 2.50未満のd95/d50比率
    を有する、請求項6に記載のポリプロピレン組成物。
  8. 前記直鎖ポリプロピレン(l−PP)は、
    − 10%以下の空隙率、および/または
    − 0.20cm/g以下の比孔容量
    を有する、請求項6または7に記載のポリプロピレン組成物。
  9. 分岐ポリプロピレン(b−PP)を含むポリプロピレン組成物を生成するためのプロセスであって、前記ポリプロピレン組成物および/または前記分岐ポリプロピレン(b−PP)は、
    − 0.1wt%から1.0wt%のエチレン含有量を有し、
    − 1.0g/10minから5.0g/10minの、ISO 1133に従って測定されたメルトフローレートMFR(230℃/2.16kg)を有し、
    − 30cNから60cNのF30溶融強度、および220mm/sから300mm/sのv30溶融伸展性を有し、ここで前記F30溶融強度および前記v30溶融伸展性はISO 16790:2005に従って測定され、
    前記分岐ポリプロピレン(b−PP)は、0.1wt%から1.0wt%のエチレン含有量および0.5g/10minから4.0g/10minのメルトフローレートMFR(230℃/2.16kg)を有する直鎖ポリプロピレン(l−PP)と、
    熱分解フリーラジカル形成剤、好ましくは過酸化物と、任意には好ましくはジビニル化合物、アリル化合物もしくはジエンから選択される二官能不飽和モノマー、ならびに/または任意には、1つおよび/もしくはそれ以上の不飽和モノマーから合成された、好ましくは数平均分子量(Mn)≦10000g/molを有する多官能不飽和低分子量ポリマーとを反応させるステップによって、前記分岐ポリプロピレン(b−PP)を得ることによって提供される、プロセス。
  10. 前記ポリプロピレン組成物および/または前記分岐ポリプロピレン(b−PP)の前記MFRと、前記直鎖ポリプロピレン(l−PP)の前記MFRとの比率は、1.25超から6である、請求項8に記載のプロセス。
  11. 前記直鎖ポリプロピレン(l−PP)は、エマルション−凝固法または沈降法によって調製された固体チーグラー・ナッタ触媒の存在下で重合される、請求項9または10のいずれか一項に記載のプロセス。
  12. 前記触媒は粒子状の形態であり、
    a)次の溶液、
    a1)第2族金属化合物と、ヒドロキシル部分に加えて少なくとも1つのエーテル部分を含むアルコール(A)との反応生成物であり、任意には有機液体反応媒体中の、少なくとも第2族金属アルコキシ化合物(Ax)の溶液、または
    a2)第2族金属化合物と、前記アルコール(A)および式ROHの一価アルコール(B)のアルコール混合物との反応生成物であり、任意には有機液体反応媒体中の、少なくとも第2族金属アルコキシ化合物(Ax’)の溶液、または
    a3)任意には有機液体反応媒体中の、第2族金属アルコキシ化合物(Ax)と、第2族金属化合物および前記一価アルコール(B)の反応生成物である第2族金属アルコキシ化合物(Bx)との混合物の溶液、または
    a4)式M(OR1)n(OR2)mX2−n−mの第2族金属アルコキシ化合物、もしくは第2族アルコキシドM(OR1)n’X2−n’およびM(OR2)m’X2−m’の混合物であり、ここでMは第2族金属であり、Xはハロゲンであり、R1およびR2はC2からC16炭素原子の異なるアルキル基であり、0≦n≦2、0≦m≦2かつn+m+(2−n−m)=2であり、ただしnおよびm≠0、0<n’≦2かつ0<m’≦2であるものの溶液
    を提供するステップと、
    b)ステップa)からの前記溶液を、第4族から第6族の遷移金属の少なくとも1つの化合物に加えるステップと、
    c)前記固体触媒成分粒子を得るステップと、
    ステップc)の前の任意のステップにおいて、内部電子供与体(ID)を加えるステップと
    によって得られる、請求項11に記載のプロセス。
  13. 請求項1〜8のいずれか一項に記載のポリプロピレン組成物を含む、押出し発泡体。

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