JP2022012572A - バイオマスコンパウンド用樹脂材料及びそれを用いたバイオマスコンパウンド - Google Patents
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Abstract
【課題】バイオマス材料を高充填に配合することが可能であり、なおかつ、強度等の物性を担保することができるバイオマスコンパウンドを提供する。【解決手段】 バイオマス材料(P)を10重量%以上と、樹脂材料を含むバイオマスコンパウンドにおいて、樹脂材料の少なくとも一部に、特定の(1)~(7)のポリエチレン系樹脂のいずれか又はそれらのいくつかの組み合わせを含み、特にメタロセン系低密度ポリエチレン樹脂、更に好ましくはメタロセン系エチレンプラストマー(A)を含むことを特徴とする、バイオマスコンパウンド。【選択図】なし
Description
本発明は、天然資源フィラーなどのバイオマス材料を高濃度に充填可能なバイオマスコンパウンド、それを製造するための樹脂材料に関する。
近年、持続可能性のある社会の実現と及び環境維持に対する関心とニーズの高まりにより、いわゆる従来の、化石燃料由来の原料100%からなるプラスチック製品に対して、米粉、澱粉などの天然素材であるバイオマス材料(再生可能な生物に由来する有機質又は無機質の材料)を利用した、バイオマス材料を含むプラスチック製品の開発研究が求められている。
こうしたプラスチック製品を製造するためのコンパウンドの研究の一つとして、澱粉などの天然素材であるバイオマス材料を、ポリオレフィン樹脂などに混合した、バイオマスコンパウンドの成形が挙げられる。
バイオマス材料(生物資源)は、もともと大気からの二酸化炭素を取り込んで生成したものであるため、燃焼させた場合でも、化石燃料を燃やした場合と異なり、大気中の二酸化炭素濃度を増減させないカーボンニュートラルな資源である。
また、植物そのもの又はその未利用部分、食物そのものまたはその余剰分や未利用部分、食物廃棄物を利用することにより、容易に入手することができ、比較的安価であるという点で魅力がある。
例えば食用として生産された農産物のうち余剰分は、一定期間、備蓄することが可能であるが、賞味期限を経過したものについては廃棄せざるを得ない。
このような、廃棄または備蓄の在庫を減らすために、食用の用途以外にも有効利用する用途が模索されている。
バイオマス材料(生物資源)は、もともと大気からの二酸化炭素を取り込んで生成したものであるため、燃焼させた場合でも、化石燃料を燃やした場合と異なり、大気中の二酸化炭素濃度を増減させないカーボンニュートラルな資源である。
また、植物そのもの又はその未利用部分、食物そのものまたはその余剰分や未利用部分、食物廃棄物を利用することにより、容易に入手することができ、比較的安価であるという点で魅力がある。
例えば食用として生産された農産物のうち余剰分は、一定期間、備蓄することが可能であるが、賞味期限を経過したものについては廃棄せざるを得ない。
このような、廃棄または備蓄の在庫を減らすために、食用の用途以外にも有効利用する用途が模索されている。
例えば、余剰米の有効利用としては、従来から、ポリオレフィン樹脂に配合したポリオレフィン樹脂組成物の成形が行われている(例えば、特許文献1、2参照。)。
これらは、このようなバイオマス原料物質を配合することにより、化石燃料から製造される熱可塑性樹脂の使用量を低減させ、燃焼時の二酸化炭素発生量を減少(オレフィン樹脂との比較:約20%)させることができるので、地球環境に配慮する観点からも好ましい。
これらは、このようなバイオマス原料物質を配合することにより、化石燃料から製造される熱可塑性樹脂の使用量を低減させ、燃焼時の二酸化炭素発生量を減少(オレフィン樹脂との比較:約20%)させることができるので、地球環境に配慮する観点からも好ましい。
近年、バイオマス材料を含有するバイオマスコンパウンドとしては、バイオマス材料の濃度を高めることが推奨されており、たとえばその認証規格として、バイオマス質量含有率が10%以上、20%以上、40%以上、50%以上などの規格が設けられており、高濃度で含有することが求められている。
しかしながら、バイオマス材料(生物資源)には、特にその表面に、極性基、例えば他の化合物の水酸基、フェノール基、メルカプト基、アミノ基、カルボキシル基などの二重結合等の官能基と連結するのに適切な官能基が含まれていることが多い。一方、通常のポリオレフィン系樹脂は無極性である。
このため、実際に、バイオマス材料を、普通のポリオレフィン系樹脂に高い充填率で混合してバイオマスコンパウンドを作成しようとすると、バイオマス材料とポリオレフィン系樹脂の混ざりが悪く、良好な性状のバイオマスコンパウンドが得られない問題があった。
しかしながら、バイオマス材料(生物資源)には、特にその表面に、極性基、例えば他の化合物の水酸基、フェノール基、メルカプト基、アミノ基、カルボキシル基などの二重結合等の官能基と連結するのに適切な官能基が含まれていることが多い。一方、通常のポリオレフィン系樹脂は無極性である。
このため、実際に、バイオマス材料を、普通のポリオレフィン系樹脂に高い充填率で混合してバイオマスコンパウンドを作成しようとすると、バイオマス材料とポリオレフィン系樹脂の混ざりが悪く、良好な性状のバイオマスコンパウンドが得られない問題があった。
そこで、バイオマスを素材に用いる製品を製造する場合、各種試薬と反応させたり複合化させたりする過程又はその前段階において、バイオマスの凝集構造を解消する微細化処理を行うことにより、反応性や分散性の向上が図られている。
しかし、バイオマス材料を高充填に配合し、なおかつ、強度等の物性を担保するという面では更に改良が必要である。
本発明は、以上の問題点を解決することを目的としてなされたものであり、バイオマス材料を高充填に含有可能で、大量にバイオマス材料を混入しても、強度等が担保できる、バイオマスコンパウンドに用いる樹脂材料、それを用いたバイオマスコンパウンド及びその用途を提供することを目的とするものである。
しかし、バイオマス材料を高充填に配合し、なおかつ、強度等の物性を担保するという面では更に改良が必要である。
本発明は、以上の問題点を解決することを目的としてなされたものであり、バイオマス材料を高充填に含有可能で、大量にバイオマス材料を混入しても、強度等が担保できる、バイオマスコンパウンドに用いる樹脂材料、それを用いたバイオマスコンパウンド及びその用途を提供することを目的とするものである。
本発明者らは、上記問題点の解決のために鋭意検討した結果、バイオマス材料を10重量%以上含有するバイオマスコンパウンドにおいて、バイオマス材料と混合する樹脂材料として、少なくともその一部に、特定のポリエチレン系樹脂を用いること、特に好ましくは、特定のエチレン・α-オレフィン共重合体であるメタロセン系ポリエチレン樹脂、更に好ましくは特定物性のメタロセン系エチレンプラストマーを用いると、良好な混合が可能となり、結果として、良好なバイオマスコンパウンドが得られることを見出し、本発明に至った。
すなわち、本願の第1の発明によれば、
バイオマス材料(P)と、樹脂材料を含むバイオマスコンパウンドにおいて、樹脂材料の少なくとも一部に、下記(1)~(7)に記載するポリエチレン系樹脂のいずれか又はそれらのいくつかの組み合わせを含むことを特徴とする、バイオマスコンパウンドが提供される。
(1)高密度ポリエチレン樹脂
(2)中密度ポリエチレン樹脂
(3)直鎖状低密度ポリエチレン樹脂
(4)メタロセン系低密度ポリエチレン樹脂
(5)高圧ラジカル重合法低密度ポリエチレン樹脂
(6)エチレン・酢酸ビニル共重合樹脂
(7)エチレン・不飽和カルボン酸エステル共重合樹脂
バイオマス材料(P)と、樹脂材料を含むバイオマスコンパウンドにおいて、樹脂材料の少なくとも一部に、下記(1)~(7)に記載するポリエチレン系樹脂のいずれか又はそれらのいくつかの組み合わせを含むことを特徴とする、バイオマスコンパウンドが提供される。
(1)高密度ポリエチレン樹脂
(2)中密度ポリエチレン樹脂
(3)直鎖状低密度ポリエチレン樹脂
(4)メタロセン系低密度ポリエチレン樹脂
(5)高圧ラジカル重合法低密度ポリエチレン樹脂
(6)エチレン・酢酸ビニル共重合樹脂
(7)エチレン・不飽和カルボン酸エステル共重合樹脂
本願の第2の発明によれば、第1の発明に記載のバイオマスコンパウンドにおいて、該ポリエチレン系樹脂が、(4)メタロセン系低密度ポリエチレン樹脂であることを特徴とする、バイオマスコンパウンドが提供される。
本願の第3の発明によれば、該(4)メタロセン系低密度ポリエチレン樹脂が、メタロセン系エチレンプラストマー(4A)であることを特徴とする、第1又は第2の発明に請求に記載のバイオマスコンパウンドが提供される。
本願の第4の発明によれば、該メタロセン系エチレンプラストマー(4A)が、下記性状(a-1)~(a-3)を満たす、メタロセン触媒によって得られたエチレン・α-オレフィン共重合体であることを特徴とする、第3の発明記載のバイオマスコンパウンドが提供される。
(a-1)密度が0.880~0.920g/cm3
(a-2)MFRが0.5~8.0 g/10分
(a-3)Mw/Mnが1.5~3.5
(a-1)密度が0.880~0.920g/cm3
(a-2)MFRが0.5~8.0 g/10分
(a-3)Mw/Mnが1.5~3.5
本願の第5の発明によれば、該バイオマスコンパウンド中の該バイオマス材料の含有量が、コンパウンド全体に対して10重量%以上であることを特徴とする、第1~4発明のいずれかに記載のバイオマスコンパウンドが提供される。
本願の第6の発明によれば、該バイオマス材料がフィラー又はパウダー形状であることを特徴とする、第1~5発明のいずれかに記載のバイオマスコンパウンド。
本願の第7の発明によれば、該バイオマス材料が、資源作物、未利用バイオマス、又は産廃物系バイオマス由来のバイオマス材料であることを特徴とする、第1~6発明のいずれかの項に記載のバイオマスコンパウンドが提供される。
本願の第8の発明によれば、該メタロセン系エチレンプラストマー(4A)が、下記の性状(a-4)を満たすことを特徴とするエチレン・α-オレフィン共重合体であることを特徴とする、第1~7発明のいずれかに記載のバイオマスコンパウンドが提供される。
(a-4)共重合体に含まれるビニル、ビニリデンの二重結合の合計数が0.10(個/total 1000C)以上である(ただし、ビニル、ビニリデンの個数は、NMRで測定した主鎖、側鎖の合計1000個の炭素数あたりの数である。)
(a-4)共重合体に含まれるビニル、ビニリデンの二重結合の合計数が0.10(個/total 1000C)以上である(ただし、ビニル、ビニリデンの個数は、NMRで測定した主鎖、側鎖の合計1000個の炭素数あたりの数である。)
本願の第9の発明によれば、第1~8発明のいずれか1項に記載のバイオマスコンパウンドを用いて得られる成形品が提供される。。
本願の第10の発明によれば、バイオマス材料と混合して、バイオマス材料を10重量%以上含むバイオマスコンパウンドを作成するための、樹脂材料であって、
下記の物性(a-1)~(a-3)を満たすメタロセン系エチレンプラストマー(4A)を少なくとも含むことを特徴とする、バイオマスコンパウンド用樹脂材料が提供される。。
(a-1)密度が0.880~0.920g/cm3
(a-2)MFRが0.5~8.0 g/10分
(a-3)Mw/Mnが1.5~3.5
下記の物性(a-1)~(a-3)を満たすメタロセン系エチレンプラストマー(4A)を少なくとも含むことを特徴とする、バイオマスコンパウンド用樹脂材料が提供される。。
(a-1)密度が0.880~0.920g/cm3
(a-2)MFRが0.5~8.0 g/10分
(a-3)Mw/Mnが1.5~3.5
本発明のバイオマスコンパウンドは、バイオマス材料と混合するのに最適な樹脂材料を選択的に用いることにより、バイオマス材料を高濃度で充填可能なバイオマスコンパウンド、それに用いる材料を得ることができる。
また、バイオマス材料が溶融状態の樹脂中で、分子レベルで解けて微細にかつ均一に分散しやすいので、バイオマスコンパウンドの強度等の物性を向上させることができる。
また、バイオマス材料が溶融状態の樹脂中で、分子レベルで解けて微細にかつ均一に分散しやすいので、バイオマスコンパウンドの強度等の物性を向上させることができる。
本発明は、バイオマス材料(P)を10重量%以上含む、好ましくは10~90重量%と、樹脂材料を10重量%~90重量%を含むバイオマスコンパウンドにおいて、樹脂材料の少なくとも一部に、特定のポリエチレン樹脂、好ましくはメタロセン系ポリエチレン樹脂、更に好ましくはメタロセン系エチレンプラストマー(A)を含むことを特徴とするバイオマスコンパウンド、それに用いる樹脂材料、それから得られる成形品である。以下に、本発明について詳細に説明する。
1.バイオマス材料(P)
バイオマス材料とは、再生可能な生物由来の有機性資源、又は無機性資源で化石資源を除いたものを意味し、例えば、さとうきび、てんさい等の糖質資源、米、いも類、とうもろこし等のでんぶん資源、なたね、大豆、落花生等の油脂資源などから選ばれる資源作物、林地残材などの林産資源や、稲わら、もみがら、麦わら等の農産資源などから選ばれる未利用バイオマス、畜産資源、加工残さ等の食品資源、パルプ廃液等の産業資源、製材工場残材、建築廃材等の林産資源、下水汚泥などから選ばれる廃棄物系バイオマスが挙げられる(日本有機資源協会作成資料の定義より)。
特にこの中でも、植物そのもの、植物の未利用部分、植物残渣、食物そのもの、食物の未利用部分や加工残渣等が、バイオマスコンパウンドの原料として使用しやすい。具体的には、米、イモ類、とうもろこし等のでんぷん資源が好ましい。
これらのバイオマス材料は、そのままの形状で用いてもよいが、好ましくは樹脂材料と混合する前に、粉砕加工等をされてフィラー状又はパウダー状の形状にして、又は、それらフィラー状又はパウダー状の材料を他の液体や他のマスターバッチ用樹脂に予備混合した状態で用いることができる。
また、熱可塑化処理などの加工処理を行った熱可塑化澱粉なども使用することができる。
バイオマス材料とは、再生可能な生物由来の有機性資源、又は無機性資源で化石資源を除いたものを意味し、例えば、さとうきび、てんさい等の糖質資源、米、いも類、とうもろこし等のでんぶん資源、なたね、大豆、落花生等の油脂資源などから選ばれる資源作物、林地残材などの林産資源や、稲わら、もみがら、麦わら等の農産資源などから選ばれる未利用バイオマス、畜産資源、加工残さ等の食品資源、パルプ廃液等の産業資源、製材工場残材、建築廃材等の林産資源、下水汚泥などから選ばれる廃棄物系バイオマスが挙げられる(日本有機資源協会作成資料の定義より)。
特にこの中でも、植物そのもの、植物の未利用部分、植物残渣、食物そのもの、食物の未利用部分や加工残渣等が、バイオマスコンパウンドの原料として使用しやすい。具体的には、米、イモ類、とうもろこし等のでんぷん資源が好ましい。
これらのバイオマス材料は、そのままの形状で用いてもよいが、好ましくは樹脂材料と混合する前に、粉砕加工等をされてフィラー状又はパウダー状の形状にして、又は、それらフィラー状又はパウダー状の材料を他の液体や他のマスターバッチ用樹脂に予備混合した状態で用いることができる。
また、熱可塑化処理などの加工処理を行った熱可塑化澱粉なども使用することができる。
2.樹脂材料の構成成分
本発明のバイオマスコンパウンドにおいて、バイオマス材料と混合する、樹脂材料には、少なくとも一部に、下記(1)~(7)に記載するポリエチレン系樹脂のいずれか又はそれらのいくつかの組み合わせを含むことを特徴とする。
(1)高密度ポリエチレン樹脂
(2)中密度ポリエチレン樹脂
(3)直鎖状低密度ポリエチレン樹脂
(4)メタロセン系低密度ポリエチレン樹脂
(5)高圧ラジカル重合法低密度ポリエチレン樹脂
(6)エチレン・酢酸ビニル共重合体樹脂
(7)エチレン・不飽和カルボン酸エステル共重合体樹脂
その中でも好ましくは(4)メタロセン系低密度ポリエチレン樹脂、更に好ましくは、その中でもメタロセン系エチレンプラストマー(4A)を含むことを特徴とする。
本発明のバイオマスコンパウンドにおいて、バイオマス材料と混合する、樹脂材料には、少なくとも一部に、下記(1)~(7)に記載するポリエチレン系樹脂のいずれか又はそれらのいくつかの組み合わせを含むことを特徴とする。
(1)高密度ポリエチレン樹脂
(2)中密度ポリエチレン樹脂
(3)直鎖状低密度ポリエチレン樹脂
(4)メタロセン系低密度ポリエチレン樹脂
(5)高圧ラジカル重合法低密度ポリエチレン樹脂
(6)エチレン・酢酸ビニル共重合体樹脂
(7)エチレン・不飽和カルボン酸エステル共重合体樹脂
その中でも好ましくは(4)メタロセン系低密度ポリエチレン樹脂、更に好ましくは、その中でもメタロセン系エチレンプラストマー(4A)を含むことを特徴とする。
(1)高密度ポリエチレン樹脂
高密度ポリエチレン樹脂とは、触媒重合法により重合される、エチレンのホモ重合体又はエチレンとα-オレフィンの共重合体であって、密度が0.950g/cm3以上0.970g/cm3以下の分子構造が直鎖状のポリエチレン(以下、「HDPE」ともいう。)をいう。重合触媒は、メタロセン触媒、Ziegler触媒、Phillips触媒等により重合されたもののいずれであってもよいが、重合法も、イオン重合法、スラリー重合法、溶液重合法、気相重合法いずれであってもよい。密度は、0.950~0.970g/cm3、好ましくは0.950~0.966g/cm3で、更に好ましくは0.950~0.960g/cm3ある。
なお、本発明において、重合体の密度は、JIS-K-6922-2に基づいて測定する値である。
高密度ポリエチレンのメルトフローレート(MFR)は、190℃において0.1~30g/10分であることが好ましい。より好ましくは0.5~4.0g/10分である。
なお、本発明において、メルトフローレート(MFR)は、JIS-K-7210により測定したメルトフローレート値である。
高密度ポリエチレンは、具体的にはエチレン単独重合体、又は、エチレン-α-オレフィン共重合体である。後者においてエチレンと共重合するα-オレフィン単位の割合は、通常0.05~2モル%、好ましくは0.05~1モル%、特に好ましくは0.1~1モル%である。α-オレフィンの種類としては、通常は炭素数3~8のα-オレフィンであり、具体的にはプロピレン、ブテン-1、ペンテン-1、ヘキセン-1、ヘプテン-1、オクテン-1、4-メチルペンテン-1を挙げることができる。
代表的な高密度ポリエチレンとしては、日本ポリエチレン株式会社製の、「ノバテックTMHD」シリーズの「HF562」「HY443」等が挙げられる。
高密度ポリエチレン樹脂とは、触媒重合法により重合される、エチレンのホモ重合体又はエチレンとα-オレフィンの共重合体であって、密度が0.950g/cm3以上0.970g/cm3以下の分子構造が直鎖状のポリエチレン(以下、「HDPE」ともいう。)をいう。重合触媒は、メタロセン触媒、Ziegler触媒、Phillips触媒等により重合されたもののいずれであってもよいが、重合法も、イオン重合法、スラリー重合法、溶液重合法、気相重合法いずれであってもよい。密度は、0.950~0.970g/cm3、好ましくは0.950~0.966g/cm3で、更に好ましくは0.950~0.960g/cm3ある。
なお、本発明において、重合体の密度は、JIS-K-6922-2に基づいて測定する値である。
高密度ポリエチレンのメルトフローレート(MFR)は、190℃において0.1~30g/10分であることが好ましい。より好ましくは0.5~4.0g/10分である。
なお、本発明において、メルトフローレート(MFR)は、JIS-K-7210により測定したメルトフローレート値である。
高密度ポリエチレンは、具体的にはエチレン単独重合体、又は、エチレン-α-オレフィン共重合体である。後者においてエチレンと共重合するα-オレフィン単位の割合は、通常0.05~2モル%、好ましくは0.05~1モル%、特に好ましくは0.1~1モル%である。α-オレフィンの種類としては、通常は炭素数3~8のα-オレフィンであり、具体的にはプロピレン、ブテン-1、ペンテン-1、ヘキセン-1、ヘプテン-1、オクテン-1、4-メチルペンテン-1を挙げることができる。
代表的な高密度ポリエチレンとしては、日本ポリエチレン株式会社製の、「ノバテックTMHD」シリーズの「HF562」「HY443」等が挙げられる。
(2)中密度ポリエチレン樹脂
本発明の中密度ポリエチレン樹脂(2)とは、具体的にはエチレンと炭素数3~18のα-オレフィンとを触媒重合法により共重合して得られる、中密度かつ直鎖状の分子構造を有するエチレン・α-オレフィン共重合体である(以下、「MDPEともいう」)。
ここで、炭素数3~18のα-オレフィンとしては、例えば、プロピレン、1-ブテン、3-メチル-1-ブテン、1-ペンテン、4-メチル-1-ペンテン、4,4-ジメチル-1-ペンテン、1-ヘキセン、4-メチル-1-ヘキセン、1-ヘプテン、1-オクテン、1-デセン、1-オクタデセン等が挙げられ、中でも、炭素数4~12であるのが好ましく、1-ブテン、1-ヘキセン、4-メチル-1-ヘキセン、1-ヘプテン、1-オクテン、1-デセン等の炭素数4~10であるものが特に好ましい。
また、エチレン・α-オレフィン共重合体におけるα-オレフィンの含有量は、好ましくは3~24重量%、より好ましくは5~20重量%、さらに好ましくは7~15重量%である。
さらに、本発明における直鎖状中密度ポリエチレンは、下記の特性を満たすと好ましい。
密度は、0.930g/cm3以上~0.950g/cm3未満であり、好ましくは0.930g/cm3以上~0.940g/cm3以下、更に好ましくは0.930g/cm3超~0.938g/cm3以下である。
メルトフローレイト(MFR)は、0.1~20g/10分であり、好ましくは0.3~15g/10分であり、より好ましくは0.5~10g/10分である。
直鎖状中密度ポリエチレンとしては、チーグラー・ナッタ型触媒やフィリップス型触媒等の存在下に共重合されたものより、カミンスキー型触媒、いわゆるメタロセン系触媒の存在下に共重合されたものであるのが好ましい。
カミンスキー型触媒によるエチレン・α-オレフィン共重合体は、例えば、特開昭58-19309号、特開昭59-95292号、特開昭60-35005号、特開昭60-35006号、特開昭60-35007号、特開昭60-35008号、特開昭60-35009号、特開昭61-130314号、特開平3-163088号の各公報、欧州特許公開第420436号公報、米国特許第5055438号明細書、及び国際公開WO91/04257号公報等に記載されている、メタロセン系触媒、特にメタロセン・アルモキサン系触媒を用い、又は例えば、国際公開WO92/07123号公報等に記載されている、メタロセン化合物と該化合物と反応して安定なアニオンとなる化合物からなる触媒を用い、例えば、気相法、スラリー法、溶液法、高圧イオン重合法等の重合法によって製造することができる。
中でも、モノ-、ジ-、又はトリ-シクロペンタジエニル環若しくは置換シクロペンタジエニル環を配位子とした、チタン、ジルコニウム、ニッケル、パラジウム、ハフニウム、又は白金等の4価の遷移金属化合物をメタロセン化合物とする触媒を用いて重合されたもの、特にハフニウム化合物を中心金属とした遷移金属化合物をメタロセン化合物とする触媒を用いて重合されたものであるのが好ましい。
更に好ましくは、特許3539801号等に記載されているような、特別な触媒種により製造されるエチレン・α-オレフィン共重合体が好ましい。
該直鎖状中密度ポリエチレンとしては、下記物性を有するエチレン・α-オレフィン共重合体が好ましい。
分子量分布(Mw/Mn)が1.8~3.5
分子量分布(Mw/Mn)は、ゲルパーミエイションクロマトグラフィー(GPC)による重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)より求められる。
直鎖状中密度ポリエチレン(2)としては、例えば、本出願人(日本ポリエチレン社)により、近年製造販売開始された中密度領域のメタロセン系触媒により重合された、「ハーモレックス」(商標名)シリーズの中密度領域の樹脂「NC596A」などが挙げられる。かかる共重合体は、通常のチーグラー・ナッタ型触媒により得られる重合体よりも分子量分布が狭いことに加えて、幅広い温度領域において強度と高剛性を有するポリエチレン樹脂である。
本発明の中密度ポリエチレン樹脂(2)とは、具体的にはエチレンと炭素数3~18のα-オレフィンとを触媒重合法により共重合して得られる、中密度かつ直鎖状の分子構造を有するエチレン・α-オレフィン共重合体である(以下、「MDPEともいう」)。
ここで、炭素数3~18のα-オレフィンとしては、例えば、プロピレン、1-ブテン、3-メチル-1-ブテン、1-ペンテン、4-メチル-1-ペンテン、4,4-ジメチル-1-ペンテン、1-ヘキセン、4-メチル-1-ヘキセン、1-ヘプテン、1-オクテン、1-デセン、1-オクタデセン等が挙げられ、中でも、炭素数4~12であるのが好ましく、1-ブテン、1-ヘキセン、4-メチル-1-ヘキセン、1-ヘプテン、1-オクテン、1-デセン等の炭素数4~10であるものが特に好ましい。
また、エチレン・α-オレフィン共重合体におけるα-オレフィンの含有量は、好ましくは3~24重量%、より好ましくは5~20重量%、さらに好ましくは7~15重量%である。
さらに、本発明における直鎖状中密度ポリエチレンは、下記の特性を満たすと好ましい。
密度は、0.930g/cm3以上~0.950g/cm3未満であり、好ましくは0.930g/cm3以上~0.940g/cm3以下、更に好ましくは0.930g/cm3超~0.938g/cm3以下である。
メルトフローレイト(MFR)は、0.1~20g/10分であり、好ましくは0.3~15g/10分であり、より好ましくは0.5~10g/10分である。
直鎖状中密度ポリエチレンとしては、チーグラー・ナッタ型触媒やフィリップス型触媒等の存在下に共重合されたものより、カミンスキー型触媒、いわゆるメタロセン系触媒の存在下に共重合されたものであるのが好ましい。
カミンスキー型触媒によるエチレン・α-オレフィン共重合体は、例えば、特開昭58-19309号、特開昭59-95292号、特開昭60-35005号、特開昭60-35006号、特開昭60-35007号、特開昭60-35008号、特開昭60-35009号、特開昭61-130314号、特開平3-163088号の各公報、欧州特許公開第420436号公報、米国特許第5055438号明細書、及び国際公開WO91/04257号公報等に記載されている、メタロセン系触媒、特にメタロセン・アルモキサン系触媒を用い、又は例えば、国際公開WO92/07123号公報等に記載されている、メタロセン化合物と該化合物と反応して安定なアニオンとなる化合物からなる触媒を用い、例えば、気相法、スラリー法、溶液法、高圧イオン重合法等の重合法によって製造することができる。
中でも、モノ-、ジ-、又はトリ-シクロペンタジエニル環若しくは置換シクロペンタジエニル環を配位子とした、チタン、ジルコニウム、ニッケル、パラジウム、ハフニウム、又は白金等の4価の遷移金属化合物をメタロセン化合物とする触媒を用いて重合されたもの、特にハフニウム化合物を中心金属とした遷移金属化合物をメタロセン化合物とする触媒を用いて重合されたものであるのが好ましい。
更に好ましくは、特許3539801号等に記載されているような、特別な触媒種により製造されるエチレン・α-オレフィン共重合体が好ましい。
該直鎖状中密度ポリエチレンとしては、下記物性を有するエチレン・α-オレフィン共重合体が好ましい。
分子量分布(Mw/Mn)が1.8~3.5
分子量分布(Mw/Mn)は、ゲルパーミエイションクロマトグラフィー(GPC)による重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)より求められる。
直鎖状中密度ポリエチレン(2)としては、例えば、本出願人(日本ポリエチレン社)により、近年製造販売開始された中密度領域のメタロセン系触媒により重合された、「ハーモレックス」(商標名)シリーズの中密度領域の樹脂「NC596A」などが挙げられる。かかる共重合体は、通常のチーグラー・ナッタ型触媒により得られる重合体よりも分子量分布が狭いことに加えて、幅広い温度領域において強度と高剛性を有するポリエチレン樹脂である。
(3)直鎖状低密度ポリエチレン樹脂
直鎖状低密度ポリエチレン樹脂(以下、「LLDPE」という)とは、具体的にはエチレンと炭素数3~18のα-オレフィンとを触媒重合法により共重合して得られる、0.900g/cm3以上0.930g/cm3未満の密度を有する低密度かつ直鎖状の分子構造を有するエチレン・α-オレフィン共重合体であり、後述の(4)メタロセン系触媒による直鎖状低密度ポリエチレン樹脂を除くものである。
すなわち広義の直鎖状低密度ポリエチレンのうち、不均一触媒により重合された、分子量分布が広いエチレン・α―オレフィン共重合体を意味する。具体的には、チーグラー・ナッタ型触媒やフィリップス型触媒等の不均一触媒の存在下に共重合されたものなどの分子量分布の広い、公知の直鎖状低密度ポリエチレンから任意に選択しうる。
ここで、炭素数3~18のα-オレフィンとしては、例えば、プロピレン、1-ブテン、3-メチル-1-ブテン、1-ペンテン、4-メチル-1-ペンテン、4,4-ジメチル-1-ペンテン、1-ヘキセン、4-メチル-1-ヘキセン、1-ヘプテン、1-オクテン、1-デセン、1-オクタデセン等が挙げられ、中でも、炭素数4~12であるのが好ましく、1-ブテン、1-ヘキセン、4-メチル-1-ヘキセン、1-ヘプテン、1-オクテン、1-デセン等の炭素数4~10であるものが特に好ましい。
また、エチレン・α-オレフィン共重合体におけるα-オレフィンの含有量は、好ましくは3~24重量%、より好ましくは5~20重量%、さらに好ましくは7~15重量%である。
さらに、直鎖状低密度ポリエチレンは、下記の特性を満たすと好ましい。
密度は、0.900~0.930g/cm3未満であり、好ましくは0.905~0.924g/cm3である。
メルトフローレイト(MFR)は、0.1~20g/10分が好ましく、更に好ましくは0.3~15g/10分であり、より好ましくは0.5~10g/10分である。MFRが小さすぎると、樹脂圧が上がる等して加工性が劣りやすく、一方、MFRが大きすぎると成形加工時のバブル安定性等の加工性が劣りやすい。
本発明で用いる直鎖状低密度ポリエチレン(3)としては、例えば、日本ポリエチレン社製の「ノバテックLL」(登録商標)「ノバテックC6」(登録商標)などを例示することができる。
直鎖状低密度ポリエチレン樹脂(以下、「LLDPE」という)とは、具体的にはエチレンと炭素数3~18のα-オレフィンとを触媒重合法により共重合して得られる、0.900g/cm3以上0.930g/cm3未満の密度を有する低密度かつ直鎖状の分子構造を有するエチレン・α-オレフィン共重合体であり、後述の(4)メタロセン系触媒による直鎖状低密度ポリエチレン樹脂を除くものである。
すなわち広義の直鎖状低密度ポリエチレンのうち、不均一触媒により重合された、分子量分布が広いエチレン・α―オレフィン共重合体を意味する。具体的には、チーグラー・ナッタ型触媒やフィリップス型触媒等の不均一触媒の存在下に共重合されたものなどの分子量分布の広い、公知の直鎖状低密度ポリエチレンから任意に選択しうる。
ここで、炭素数3~18のα-オレフィンとしては、例えば、プロピレン、1-ブテン、3-メチル-1-ブテン、1-ペンテン、4-メチル-1-ペンテン、4,4-ジメチル-1-ペンテン、1-ヘキセン、4-メチル-1-ヘキセン、1-ヘプテン、1-オクテン、1-デセン、1-オクタデセン等が挙げられ、中でも、炭素数4~12であるのが好ましく、1-ブテン、1-ヘキセン、4-メチル-1-ヘキセン、1-ヘプテン、1-オクテン、1-デセン等の炭素数4~10であるものが特に好ましい。
また、エチレン・α-オレフィン共重合体におけるα-オレフィンの含有量は、好ましくは3~24重量%、より好ましくは5~20重量%、さらに好ましくは7~15重量%である。
さらに、直鎖状低密度ポリエチレンは、下記の特性を満たすと好ましい。
密度は、0.900~0.930g/cm3未満であり、好ましくは0.905~0.924g/cm3である。
メルトフローレイト(MFR)は、0.1~20g/10分が好ましく、更に好ましくは0.3~15g/10分であり、より好ましくは0.5~10g/10分である。MFRが小さすぎると、樹脂圧が上がる等して加工性が劣りやすく、一方、MFRが大きすぎると成形加工時のバブル安定性等の加工性が劣りやすい。
本発明で用いる直鎖状低密度ポリエチレン(3)としては、例えば、日本ポリエチレン社製の「ノバテックLL」(登録商標)「ノバテックC6」(登録商標)などを例示することができる。
(4)メタロセン系低密度ポリエチレン樹脂
メタロセン系低密度ポリエチレン樹脂(以下、「mLL」という)とは、メタロセン系エチレン・α―オレフィン共重合体樹脂、すなわちメタロセン系触媒を用いて製造されたエチレン・α―オレフィン共重合体樹脂であり、分子構造が概ね直鎖状で、密度が0.930g/cm3未満の低密度であり、触媒活性が均一に分布した均一触媒であるメタロセン系触媒による重合に由来する、狭い分子量分布特性を有する特徴を有する。
本技術分野では、特に低密度の分野において重合方法や触媒種により樹脂の性質が異なるため重合法や触媒種により樹脂の種類を特定することは、技術常識としてよく用いられて、この定義は明確性を有し、メタロセン系低密度ポリエチレン(mLL)と称して、他のチーグラー系触媒などの不均一触媒により得られる一般の直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)とは別に称されることが多い。
エチレンと共重合するα-オレフィンの種類としては、通常炭素数3~12のα-オレフィンであり、具体的にはプロピレン、ブテン-1、ペンテン-1、ヘキセン-1、ヘプテン-1、オクテン-1、4-メチルペンテン-1などが挙げられる。これらのα-オレフィンの中で、好ましくは炭素数3~8のものが望ましい。このα-オレフィンは、1種選んで用いても、所望に応じて2種以上を併用することもできる。例えばC3のプロピレンとC6のヘキセンを含む3元系以上の共重合体も好ましく用いることができる。
メタロセン系低密度ポリエチレン系樹脂のJIS K7210に準拠し測定されるメルトフローレート(MFR)は0.05~20g/10minであり、好ましくは0.1~10g/10minであり、より好ましくは0.5~5g/10minである。MFRが大きすぎると打ち抜き衝撃強度が低下しやすく好ましくない。また、MFRが、小さすぎると成形時の樹脂圧力が高くなり樹脂発熱を生じたり、あるいは押出負荷が上昇する等、加工性が悪化しやすい。なお、本発明におけるMFRは190℃、21.18N荷重における値である。
本発明のメタロセン系低密度ポリエチレン系樹脂のJIS K7112に準拠し測定される密度は0.870g/cm3以上0.930g/cm3未満であり、好ましくは0.870~0.920g/cm3であり、より好ましくは0.870~0.910g/cm3である。
本発明のメタロセン系低密度ポリエチレン系樹脂はJIS K6922-2に準拠し測定される融点において、110℃以下に融点を1つ以上有し、好ましくは100℃以下、更に好ましくは90℃以下に融点を1つ以上有することが好ましい特徴として挙げられる。当温度領域に融点を有するとコンパウンドにした際の柔軟性や打ち抜き衝撃強度を付与する低結晶性成分が存在するため好ましい。なお、発明における融点とは、JIS K6922-2に準拠し測定される融解ピークの頂点の温度(以下、融解ピーク温度とも記載する)を意味している。
なお、かかるメタロセン系ポリエチレン樹脂としては、市販品を利用することができ、例えば、代表的なものは、日本ポリエチレン(株)社製「カーネル(登録商標)」シリーズ又は、「ハーモレックス(登録商標)」シリーズから選択することができる。例えば、「NF444A」「NF366A」「NC564A」が挙げられる。
メタロセン系低密度ポリエチレン樹脂(以下、「mLL」という)とは、メタロセン系エチレン・α―オレフィン共重合体樹脂、すなわちメタロセン系触媒を用いて製造されたエチレン・α―オレフィン共重合体樹脂であり、分子構造が概ね直鎖状で、密度が0.930g/cm3未満の低密度であり、触媒活性が均一に分布した均一触媒であるメタロセン系触媒による重合に由来する、狭い分子量分布特性を有する特徴を有する。
本技術分野では、特に低密度の分野において重合方法や触媒種により樹脂の性質が異なるため重合法や触媒種により樹脂の種類を特定することは、技術常識としてよく用いられて、この定義は明確性を有し、メタロセン系低密度ポリエチレン(mLL)と称して、他のチーグラー系触媒などの不均一触媒により得られる一般の直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)とは別に称されることが多い。
エチレンと共重合するα-オレフィンの種類としては、通常炭素数3~12のα-オレフィンであり、具体的にはプロピレン、ブテン-1、ペンテン-1、ヘキセン-1、ヘプテン-1、オクテン-1、4-メチルペンテン-1などが挙げられる。これらのα-オレフィンの中で、好ましくは炭素数3~8のものが望ましい。このα-オレフィンは、1種選んで用いても、所望に応じて2種以上を併用することもできる。例えばC3のプロピレンとC6のヘキセンを含む3元系以上の共重合体も好ましく用いることができる。
メタロセン系低密度ポリエチレン系樹脂のJIS K7210に準拠し測定されるメルトフローレート(MFR)は0.05~20g/10minであり、好ましくは0.1~10g/10minであり、より好ましくは0.5~5g/10minである。MFRが大きすぎると打ち抜き衝撃強度が低下しやすく好ましくない。また、MFRが、小さすぎると成形時の樹脂圧力が高くなり樹脂発熱を生じたり、あるいは押出負荷が上昇する等、加工性が悪化しやすい。なお、本発明におけるMFRは190℃、21.18N荷重における値である。
本発明のメタロセン系低密度ポリエチレン系樹脂のJIS K7112に準拠し測定される密度は0.870g/cm3以上0.930g/cm3未満であり、好ましくは0.870~0.920g/cm3であり、より好ましくは0.870~0.910g/cm3である。
本発明のメタロセン系低密度ポリエチレン系樹脂はJIS K6922-2に準拠し測定される融点において、110℃以下に融点を1つ以上有し、好ましくは100℃以下、更に好ましくは90℃以下に融点を1つ以上有することが好ましい特徴として挙げられる。当温度領域に融点を有するとコンパウンドにした際の柔軟性や打ち抜き衝撃強度を付与する低結晶性成分が存在するため好ましい。なお、発明における融点とは、JIS K6922-2に準拠し測定される融解ピークの頂点の温度(以下、融解ピーク温度とも記載する)を意味している。
なお、かかるメタロセン系ポリエチレン樹脂としては、市販品を利用することができ、例えば、代表的なものは、日本ポリエチレン(株)社製「カーネル(登録商標)」シリーズ又は、「ハーモレックス(登録商標)」シリーズから選択することができる。例えば、「NF444A」「NF366A」「NC564A」が挙げられる。
(4A)さらに、前記メタロセン系低密度ポリエチレン系樹脂の中でも特に、メタロセン系エチレンプラストマー(A)と称される物性範囲の樹脂が好ましい。
メタロセン系エチレンプラストマー(A)とは、具体的には、メタロセン触媒によって得られるエチレンとα―オレフィンの共重合体(エチレン・α-オレフィン共重合体)の一種であり、低密度の中でも比較的低い、超低密度と呼ばれる領域の密度と、均一な触媒活性点を有する触媒であるメタロセン触媒による重合方法に由来する、狭い分子量分布(Mw/Mn)で指標される均一なポリマー分布と、プラストマー的性質を有する、メタロセン系プラストマーと称される物性を有するエチレン系の樹脂である。
なお、かかるメタロセン系エチレンプラストマーとしては、市販品を利用することができ、例えば、代表的なものは、日本ポリエチレン(株)社製「カーネル(登録商標)」シリーズから選択することができる。例えば、「KF260T」「KF360T」「KS340T」が挙げられる。
該メタロセン系エチレンプラストマー(A)は、メタロセン触媒によって得られるエチレンと炭素数3~12、より好ましくは4~12のα-オレフィンとの共重合体である。炭素数3~20のα-オレフィンとしては、プロピレン、1-ブテン、1-ペンテン、1-ヘキセン、4-メチル-1-ペンテン、1-オクテン、1-デセン、1-ドデセン、1-テトラデセン、1-オクタデセン、1-エイコセンなどが挙げられる。2種類以上のα-オレフィン、例えばC3のプロピレンとC6のヘキセンを含む3元系以上の共重合体も好ましく用いることができる。
また、本発明のエチレン・α-オレフィン共重合体は、下記性状(a-1)~(a-3)を有していると好ましい。
メタロセン系エチレンプラストマー(A)とは、具体的には、メタロセン触媒によって得られるエチレンとα―オレフィンの共重合体(エチレン・α-オレフィン共重合体)の一種であり、低密度の中でも比較的低い、超低密度と呼ばれる領域の密度と、均一な触媒活性点を有する触媒であるメタロセン触媒による重合方法に由来する、狭い分子量分布(Mw/Mn)で指標される均一なポリマー分布と、プラストマー的性質を有する、メタロセン系プラストマーと称される物性を有するエチレン系の樹脂である。
なお、かかるメタロセン系エチレンプラストマーとしては、市販品を利用することができ、例えば、代表的なものは、日本ポリエチレン(株)社製「カーネル(登録商標)」シリーズから選択することができる。例えば、「KF260T」「KF360T」「KS340T」が挙げられる。
該メタロセン系エチレンプラストマー(A)は、メタロセン触媒によって得られるエチレンと炭素数3~12、より好ましくは4~12のα-オレフィンとの共重合体である。炭素数3~20のα-オレフィンとしては、プロピレン、1-ブテン、1-ペンテン、1-ヘキセン、4-メチル-1-ペンテン、1-オクテン、1-デセン、1-ドデセン、1-テトラデセン、1-オクタデセン、1-エイコセンなどが挙げられる。2種類以上のα-オレフィン、例えばC3のプロピレンとC6のヘキセンを含む3元系以上の共重合体も好ましく用いることができる。
また、本発明のエチレン・α-オレフィン共重合体は、下記性状(a-1)~(a-3)を有していると好ましい。
(a-1)密度
本発明に用いるメタロセン系エチレンプラストマー(4A)の密度は、0.880~0.920g/cm3であり、好ましくは0.885~0.915g/cm3であり、より好ましくは0.890~0.910g/cm3である。密度が低すぎるとベタツキ、ブロッキング性が悪くなりやすい
ここで、密度は、JIS K7112-1999の「プラスチックー非発泡プラスチックの密度及び比重の測定方法」のD法(密度こうばい管法)に準拠して測定する値である
。
本発明に用いるメタロセン系エチレンプラストマー(4A)の密度は、0.880~0.920g/cm3であり、好ましくは0.885~0.915g/cm3であり、より好ましくは0.890~0.910g/cm3である。密度が低すぎるとベタツキ、ブロッキング性が悪くなりやすい
ここで、密度は、JIS K7112-1999の「プラスチックー非発泡プラスチックの密度及び比重の測定方法」のD法(密度こうばい管法)に準拠して測定する値である
。
(a-2)メルトフローレイト(MFR)
メタロセン系エチレンプラストマー(4A)の好ましいMFRは、0.5~8.0g/10分であり、好ましくは0.7~4.0g/10分であり、より好ましくは1.0~3.5g/10分である。MFRが小さすぎると、成型時に、樹脂圧が上昇し押出し加工性が悪くなりやすく樹脂の過大な発熱により発泡等を生じやすい傾向があり。また、バイオマス材料やポリプロピレンなど他成分との分散性が悪くなりやすく、外観が悪化しやすい。一方、MFRが大きすぎると、機械的強度が低下しやすい傾向がある。
ここで、MFRは、JIS K7210-1999の「プラスチックー熱可塑性プラスチックのメルトマスフローレイト(MFR)及びメルトボリュームフローレイト(MVR)の試験方法」に準拠して、試験条件:190℃、21.18N(2.16kg)荷重で測定する値である。
メタロセン系エチレンプラストマー(4A)の好ましいMFRは、0.5~8.0g/10分であり、好ましくは0.7~4.0g/10分であり、より好ましくは1.0~3.5g/10分である。MFRが小さすぎると、成型時に、樹脂圧が上昇し押出し加工性が悪くなりやすく樹脂の過大な発熱により発泡等を生じやすい傾向があり。また、バイオマス材料やポリプロピレンなど他成分との分散性が悪くなりやすく、外観が悪化しやすい。一方、MFRが大きすぎると、機械的強度が低下しやすい傾向がある。
ここで、MFRは、JIS K7210-1999の「プラスチックー熱可塑性プラスチックのメルトマスフローレイト(MFR)及びメルトボリュームフローレイト(MVR)の試験方法」に準拠して、試験条件:190℃、21.18N(2.16kg)荷重で測定する値である。
(a-3)Mw/Mn
本発明に用いるエチレン・α-オレフィン共重合体の重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との比(Mw/Mn)は、1.5~3.5、好ましくは1.8~3.3、より好ましくは2.1~3である。この範囲であると、バイオマスコンパウンドの加工性や、その衝撃強度を担保する上で好ましい。
本発明に用いるエチレン・α-オレフィン共重合体の重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との比(Mw/Mn)は、1.5~3.5、好ましくは1.8~3.3、より好ましくは2.1~3である。この範囲であると、バイオマスコンパウンドの加工性や、その衝撃強度を担保する上で好ましい。
ここで、エチレン・α-オレフィン共重合体のMw/Mnは、以下の方法(以下、「分子量分布の測定方法」と言うこともある。)で測定したときの値をいう。Mw/Mnは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)で測定した重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との比(Mw/Mn)で定義されるものである。
装置:ウオーターズ社製GPC
150C型検出器:MIRAN 1A赤外分光光度計(測定波長、3.42μm)
カラム:昭和電工社製AD806M/S 3本
[カラムの較正は、東ソー製単分散ポリスチレン(A500,A2500,F1,F2,F4,F10,F20,F40,F288の各0.5mg/ml溶液)の測定を行い、溶出体積と分子量の対数値を2次式で近似した。また、試料の分子量は、ポリスチレンとポリエチレンの粘度式を用いてポリエチレンに換算した。ここでポリスチレンの粘度式の係数は、α=0.723、logK=-3.967であり、ポリエチレンは、α=0.707、logK=-3.407である。]
測定温度:140℃
注入量:0.2ml
濃度:20mg/10mL
溶媒:オルソジクロロベンゼン
流速:1.0ml/min
150C型検出器:MIRAN 1A赤外分光光度計(測定波長、3.42μm)
カラム:昭和電工社製AD806M/S 3本
[カラムの較正は、東ソー製単分散ポリスチレン(A500,A2500,F1,F2,F4,F10,F20,F40,F288の各0.5mg/ml溶液)の測定を行い、溶出体積と分子量の対数値を2次式で近似した。また、試料の分子量は、ポリスチレンとポリエチレンの粘度式を用いてポリエチレンに換算した。ここでポリスチレンの粘度式の係数は、α=0.723、logK=-3.967であり、ポリエチレンは、α=0.707、logK=-3.407である。]
測定温度:140℃
注入量:0.2ml
濃度:20mg/10mL
溶媒:オルソジクロロベンゼン
流速:1.0ml/min
本発明のメタロセン系エチレンプラストマーは、メタロセン触媒によって得られる。メタロセン系触媒とは、シクロペンタジエニル骨格を有する配位子を含む周期律表第IV族の遷移金属化合物と、助触媒、必要により有機金属化合物と、担体の各触媒成分を含む触媒である。
ここで、シクロペンタジエニル骨格を有する配位子を含む周期律表第IV族の遷移金属化合物において、そのシクロペンタジエニル骨格とは、シクロペンタジエニル基、置換シクロペンタジエニル基等である。置換シクロペンタジエニル基としては、炭素数1~30の炭化水素基、シリル基、シリル置換アルキル基、シリル置換アリール基、シアノ基、シアノアルキル基、シアノアリール基、ハロゲン基、ハロアルキル基、ハロシリル基等から選ばれた少なくとも一種の置換基を有するものである。その置換シクロペンタジエニル基の置換基は2個以上有していてもよく、また係る置換基同士が互いに結合して環を形成し、インデニル環、フルオレニル環、アズレニル環、その水添体等を形成してもよい。置換基同士が互いに結合し形成された環がさらに互いに置換基を有していてもよい。
シクロペンタジエニル骨格を有する配位子を含む周期律表第IV族の遷移金属化合物において、その遷移金属としては、ジルコニウム、チタン、ハフニウム等が挙げられ、特にジルコニウム、ハフニウムが好ましい。該遷移金属化合物は、シクロペンタジエニル骨格を有する配位子としては通常2個を有し、各々のシクロペンタジエニル骨格を有する配位子は架橋基により互いに結合しているものが好ましい。尚、係る架橋基としては炭素数1~4のアルキレン基、シリレン基、ジアルキルシリレン基、ジアリールシリレン基等の置
換シリレン基、ジアルキルゲルミレン基、ジアリールゲルミレン基等の置換ゲルミレン基などが挙げられる。好ましくは、置換シリレン基である。
換シリレン基、ジアルキルゲルミレン基、ジアリールゲルミレン基等の置換ゲルミレン基などが挙げられる。好ましくは、置換シリレン基である。
周期律表第IV族の遷移金属化合物において、シクロペンタジエニル骨格を有する配位子以外の配位子としては、代表的なものとして、水素、炭素数1~20の炭化水素基(アルキル基、アルケニル基、アリール基、アルキルアリール基、アラルキル基、ポリエニル基等)、ハロゲン、メタアルキル基、メタアリール基などが挙げられる。
上記シクロペンタジエニル骨格を有する配位子を含む周期律表第IV族の遷移金属化合物は、一種又は二種以上の混合物を触媒成分とすることができる。
助触媒としては、前記周期律表第IV族の遷移金属化合物を重合触媒として有効になしうる、又は触媒的に活性化された状態のイオン性電荷を均衝させうるものをいう。助触媒としては、有機アルミニウムオキシ化合物のベンゼン可溶のアルミノキサンやベンゼン不溶の有機アルミニウムオキシ化合物、イオン交換性層状珪酸塩、ホウ素化合物、活性水素基含有あるいは非含有のカチオンと非配位性アニオンからなるイオン性化合物、酸化ランタンなどのランタノイド塩、酸化スズ、フルオロ基を含有するフェノキシ化合物等が挙げられる。
シクロペンタジエニル骨格を有する配位子を含む周期律表第IV族の遷移金属化合物は、無機又は有機化合物の担体に担持して使用されてもよい。該担体としては無機又は有機化合物の多孔質酸化物が好ましく、具体的には、モンモリロナイト等のイオン交換性層状珪酸塩、SiO2、Al2O3、MgO、ZrO2、TiO2、B2O3、CaO、ZnO、BaO、ThO2等又はこれらの混合物が挙げられる。
また更に必要により使用される有機金属化合物としては、有機アルミニウム化合物、有機マグネシウム化合物、有機亜鉛化合物等が例示される。このうち有機アルミニウムが好適に使用される。
特に、低密度のエチレン・α-オレフィン共重合体(メタロセン系エチレンプラストマー)の中でも、好ましい物性として下記物性(a-4)を有するとよい。分子中のビニル、ビニリデンが比較的多く含まれていることにより、バイオマス材料(P)との混合が好適に行われるため、好ましいと推測される。
このような共重合体としては、均一触媒であるメタロセン触媒により、高圧イオン重合法で製造された、日本ポリエチレン株式会社製「カーネル(登録商標)」が挙げられる。
(a-4)共重合体に含まれるビニル、ビニリデンの二重結合の合計個数(V)が0.10(個/total 1000C)以上である(ただし、ビニル、ビニリデンの個数は、NMRで測定した主鎖、側鎖の合計1000個の炭素数あたりの数である。)
また、エチレン・α-オレフィン共重合体中のビニル及びビニリデンの合計個数(V)は、0.10(個/total1000C)以上が好ましく、0.12以上がより好ましく、0.17以上がさらに好ましく、0.2以上が特に好ましい。個数(V)の上限はとくに制限されないが、5.0以下が好ましく、樹脂の熱的安定性の観点から、3.0以下がさらに好ましく、1.5以下が特に好ましい。
ビニルとビニリデンの個々の量は、特に制限されないが、例えば、ビニル、ビニリデンは、それぞれ0.05以上が好ましい。
このような共重合体としては、均一触媒であるメタロセン触媒により、高圧イオン重合法で製造された、日本ポリエチレン株式会社製「カーネル(登録商標)」が挙げられる。
(a-4)共重合体に含まれるビニル、ビニリデンの二重結合の合計個数(V)が0.10(個/total 1000C)以上である(ただし、ビニル、ビニリデンの個数は、NMRで測定した主鎖、側鎖の合計1000個の炭素数あたりの数である。)
また、エチレン・α-オレフィン共重合体中のビニル及びビニリデンの合計個数(V)は、0.10(個/total1000C)以上が好ましく、0.12以上がより好ましく、0.17以上がさらに好ましく、0.2以上が特に好ましい。個数(V)の上限はとくに制限されないが、5.0以下が好ましく、樹脂の熱的安定性の観点から、3.0以下がさらに好ましく、1.5以下が特に好ましい。
ビニルとビニリデンの個々の量は、特に制限されないが、例えば、ビニル、ビニリデンは、それぞれ0.05以上が好ましい。
ここで、ビニルおよびビニリデンの個数は1H-NMR法によって測定することができる。ポリマー中のビニルおよびビニリデンの個数は、1H-NMR法によって測定し、主鎖および側鎖の合計1000個の炭素数あたりの個数で求める。具体的には、化学シフト0.4~2.8ppmの間に現れる飽和アルキル鎖由来のピーク面積と4.9ppm付近のビニル由来のピーク面積から炭素数1000個あたりのビニル数を算出する。また、ビニリデン数は、4.7ppm付近の特性ピークを用いて算出する。
また、ビニルおよびビニリデンの個数は重合時の重合温度等の製造条件、又は、コモノマーとしてジエン化合物を用いることで調整することができる。
また、ビニルおよびビニリデンの個数は重合時の重合温度等の製造条件、又は、コモノマーとしてジエン化合物を用いることで調整することができる。
(5)高圧ラジカル重合法低密度ポリエチレン樹脂
高圧ラジカル重合法低密度ポリエチレン樹脂とは、エチレンモノマーを高圧ラジカル重合法により重合して得られる枝分かれ状の多数の分岐を有する低密度のポリエチレン樹脂である。
密度は、0.910g/cm3以上0.930g/cm3未満であり、好ましくは0.915~0.930g/cm3であり、より好ましくは0.918~0.925g/cm3である。ここで、密度は、JIS K7112-1999の「プラスチック-非発泡プラスチックの密度及び比重の測定方法」のD法(密度こうばい管法)に準拠して測定する値である。
メルトフローレイト(MFR)は、0.5~20g/10分が好ましく、さらに好ましくは0.7~10g/10分であり、より好ましくは0.7~5g/10分である。ここで、MFRは、JIS K7210-1999の「プラスチック―熱可塑性プラスチックのメルトマスフローレイト(MFR)及びメルトボリュームフローレイト(MVR)の試験方法」に準拠して、試験条件:190℃、21.18N(2.16kg)荷重で測定する値である。
なお、高圧法低密度ポリエチレンの形状は限定されるものでなく、ペレット状、粉末状いずれであってもよい。
本発明に用いる高圧法低密度ポリエチレンは、市販品から適宜選択して使用することもできる。市販品としては、例えば、日本ポリエチレン社製の「ノバテックLD」(商標名)などを例示することができる。
高圧ラジカル重合法低密度ポリエチレン樹脂とは、エチレンモノマーを高圧ラジカル重合法により重合して得られる枝分かれ状の多数の分岐を有する低密度のポリエチレン樹脂である。
密度は、0.910g/cm3以上0.930g/cm3未満であり、好ましくは0.915~0.930g/cm3であり、より好ましくは0.918~0.925g/cm3である。ここで、密度は、JIS K7112-1999の「プラスチック-非発泡プラスチックの密度及び比重の測定方法」のD法(密度こうばい管法)に準拠して測定する値である。
メルトフローレイト(MFR)は、0.5~20g/10分が好ましく、さらに好ましくは0.7~10g/10分であり、より好ましくは0.7~5g/10分である。ここで、MFRは、JIS K7210-1999の「プラスチック―熱可塑性プラスチックのメルトマスフローレイト(MFR)及びメルトボリュームフローレイト(MVR)の試験方法」に準拠して、試験条件:190℃、21.18N(2.16kg)荷重で測定する値である。
なお、高圧法低密度ポリエチレンの形状は限定されるものでなく、ペレット状、粉末状いずれであってもよい。
本発明に用いる高圧法低密度ポリエチレンは、市販品から適宜選択して使用することもできる。市販品としては、例えば、日本ポリエチレン社製の「ノバテックLD」(商標名)などを例示することができる。
(6)エチレン・酢酸ビニル共重合体樹脂
エチレン・酢酸ビニル共重合体樹脂とは、エチレンと酢酸ビニルモノマーが共重合した樹脂であり、チューブラー型の反応器又はオートクレーブ反応器により重合されることができる。
エチレン・酢酸ビニル共重合体樹脂とは、エチレンと酢酸ビニルモノマーが共重合した樹脂であり、チューブラー型の反応器又はオートクレーブ反応器により重合されることができる。
(7)エチレン・不飽和カルボン酸エステル共重合体樹脂
エチレン・不飽和カルボン酸エステル共重合体樹脂とは、エチレンとα,β-不飽和カルボン酸エステルとの共重合体、たとえばエチレン・アクリル酸メチル共重合体、エチレン・アクリル酸エチル共重合体、エチレン・アクリル酸ブチル共重合体、エチレン・メタクリル酸メチル共重合体、エチレン・メタクリル酸エチル共重合体等のエチレン・(メタ)アクリル酸又はそのアルキルエステル共重合体;エチレン・無水マレイン酸・酢酸ビニル共重合体、エチレン・無水マレイン酸・アクリル酸メチル共重合体、エチレン・無水マレイン酸・アクリル酸エチル共重合体等の二元共重合体又は多元共重合体、あるいはそれらの金属塩等が挙げられる。
エチレン・不飽和カルボン酸エステル共重合体樹脂とは、エチレンとα,β-不飽和カルボン酸エステルとの共重合体、たとえばエチレン・アクリル酸メチル共重合体、エチレン・アクリル酸エチル共重合体、エチレン・アクリル酸ブチル共重合体、エチレン・メタクリル酸メチル共重合体、エチレン・メタクリル酸エチル共重合体等のエチレン・(メタ)アクリル酸又はそのアルキルエステル共重合体;エチレン・無水マレイン酸・酢酸ビニル共重合体、エチレン・無水マレイン酸・アクリル酸メチル共重合体、エチレン・無水マレイン酸・アクリル酸エチル共重合体等の二元共重合体又は多元共重合体、あるいはそれらの金属塩等が挙げられる。
ポリエチレン系樹脂の、樹脂材料中に含まれる含有量は、樹脂材料全体に対して10重量%以上、好ましくは20重量%以上、更に好ましくは50重量%以上であり、上限は100重量%以下であり、他の樹脂を混合する場合には、好ましくは90重量%以下、さらに80重量%以下である。
なお、特に、本願発明のポリエチレン系樹脂としては、そのモノマー成分して、石油由来の原料を用いたものだけではなく、いわゆるバイオマス由来のエチレンやα-オレフィンから重合されたバイオマスポリエチレンを用いてもよい。
バイオマス由来のモノマー成分を用いて重合したポリエチレン樹脂を用いることで、バイオマスコンパウンド中の、バイオマス度が高まり、バイオマス規格を容易に満たすことが可能となる。
なお、特に、本願発明のポリエチレン系樹脂としては、そのモノマー成分して、石油由来の原料を用いたものだけではなく、いわゆるバイオマス由来のエチレンやα-オレフィンから重合されたバイオマスポリエチレンを用いてもよい。
バイオマス由来のモノマー成分を用いて重合したポリエチレン樹脂を用いることで、バイオマスコンパウンド中の、バイオマス度が高まり、バイオマス規格を容易に満たすことが可能となる。
(8)その他の樹脂:プロピレン系樹脂(B)
本発明のバイオマスコンパウンドに用いる樹脂材料には、上記ポリエチレン系樹脂以外にも、その他のポリエチレン系樹脂、プロピレン系樹脂(B)などの他の樹脂を含有することができる。
特に、いわゆるバイオマス由来のエチレン、またはプロピレンを用いて重合された、バイオマスポリエチレン、バイオマスポリプロピレンを使用してもよい。
好ましく用いられるプロピレン系樹脂(B)としては、メタロセン触媒によって得られる、プロピレン単独重合体、プロピレンとエチレン及び/又はブテンとのランダム共重合体等であり、具体的には、プロピレン単独重合体、プロピレン・エチレンランダム共重合体、プロピレン・ブテンランダム共重合体、プロピレン・エチレン・ブテン三元ランダム共重合体等が挙げられる。このうちプロピレン・エチレンランダム共重合体が好適である。
なお、上記プロピレン系樹脂(B)は、エチレン、ブテン以外のコモノマー成分がプロピレンと共重合されていてもよい。コモノマーとしては、炭素数5~20のα-オレフィン等が挙げられる。炭素数5~20のα-オレフィンは、例えば、ヘキセン-1、オクテン-1等を例示できる。
本発明で用いられるプロピレン系樹脂は、下記性状(b-1)~(b-3)を有していると好ましく、さらに必要に応じて(b-4)を有していると好ましい。
本発明のバイオマスコンパウンドに用いる樹脂材料には、上記ポリエチレン系樹脂以外にも、その他のポリエチレン系樹脂、プロピレン系樹脂(B)などの他の樹脂を含有することができる。
特に、いわゆるバイオマス由来のエチレン、またはプロピレンを用いて重合された、バイオマスポリエチレン、バイオマスポリプロピレンを使用してもよい。
好ましく用いられるプロピレン系樹脂(B)としては、メタロセン触媒によって得られる、プロピレン単独重合体、プロピレンとエチレン及び/又はブテンとのランダム共重合体等であり、具体的には、プロピレン単独重合体、プロピレン・エチレンランダム共重合体、プロピレン・ブテンランダム共重合体、プロピレン・エチレン・ブテン三元ランダム共重合体等が挙げられる。このうちプロピレン・エチレンランダム共重合体が好適である。
なお、上記プロピレン系樹脂(B)は、エチレン、ブテン以外のコモノマー成分がプロピレンと共重合されていてもよい。コモノマーとしては、炭素数5~20のα-オレフィン等が挙げられる。炭素数5~20のα-オレフィンは、例えば、ヘキセン-1、オクテン-1等を例示できる。
本発明で用いられるプロピレン系樹脂は、下記性状(b-1)~(b-3)を有していると好ましく、さらに必要に応じて(b-4)を有していると好ましい。
(b-1)プロピレン単位、エチレン単位及び/又はブテン単位
本発明で用いられるプロピレン系樹脂は、プロピレン単位を85~100モル%、好ましくは90~99.5モル%、より好ましくは92~98.5モル%、エチレン単位及び/又はブテン単位を0~15モル%、好ましくは0.5~10モル%、より好ましくは1.5~8モル%を含有している必要がある。
ここで、プロピレン単位及びエチレン及び/又はブテン単位は、フーリエ変換赤外分析法によって計測される値である。
本発明で用いられるプロピレン系樹脂は、プロピレン単位を85~100モル%、好ましくは90~99.5モル%、より好ましくは92~98.5モル%、エチレン単位及び/又はブテン単位を0~15モル%、好ましくは0.5~10モル%、より好ましくは1.5~8モル%を含有している必要がある。
ここで、プロピレン単位及びエチレン及び/又はブテン単位は、フーリエ変換赤外分析法によって計測される値である。
(b-2)Mw/Mn
本発明で用いられるプロピレン系樹脂は、Mw/Mnが5以下のものであり、好ましくは2~4であり、より好ましくは2.3~3.5であり、特に好ましくは2.6~3.3である。Mw/Mnが2より小さいと成形性が悪化する恐れがあり、5より大きいと得られる成形品の透明性、機械物性のバランス悪化、衝撃強度が弱くなる恐れがある。
ここで、Mw/Mnとは、GPC測定による重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との比(Mw/Mn)で定義されるものである。Mw/Mnの測定は、前述の方法と同様の方法で行うものである。ただし、ポリプロピレンの粘度式の係数は、α=0.707、logK=-3.616 とした。
本発明で用いられるプロピレン系樹脂は、Mw/Mnが5以下のものであり、好ましくは2~4であり、より好ましくは2.3~3.5であり、特に好ましくは2.6~3.3である。Mw/Mnが2より小さいと成形性が悪化する恐れがあり、5より大きいと得られる成形品の透明性、機械物性のバランス悪化、衝撃強度が弱くなる恐れがある。
ここで、Mw/Mnとは、GPC測定による重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との比(Mw/Mn)で定義されるものである。Mw/Mnの測定は、前述の方法と同様の方法で行うものである。ただし、ポリプロピレンの粘度式の係数は、α=0.707、logK=-3.616 とした。
(b-3)昇温溶離分別(TREF)法で測定した40℃以下の可溶分量
本発明に用いられるプロピレン系樹脂は、昇温溶離分別(TREF)法で測定した40℃以下の可溶分が4重量%以下であり、好ましくは3重量%以下であり、より好ましくは1.5重量%以下である。40℃以下の可溶分が4重量%より多いと、成形品からのブリードが起こりやすく、成形時に発煙が起こりやすくなる。また、澱粉系物質との親和性が悪くなる恐れがある。
40℃以下の可溶分には、オリゴマーのような分子量の低い成分、アタクチックポリプロピレンのような立体規則性の低い成分、コモノマー含量が極端に高い成分等いわゆる低結晶成分を含む。ここでアタクチックポリプロピレンのような立体規則性の低い成分、コモノマー含量が極端に高い低結晶性成分は分子量が高いものであっても可溶分になりうる。
本発明に用いられるプロピレン系樹脂は、昇温溶離分別(TREF)法で測定した40℃以下の可溶分が4重量%以下であり、好ましくは3重量%以下であり、より好ましくは1.5重量%以下である。40℃以下の可溶分が4重量%より多いと、成形品からのブリードが起こりやすく、成形時に発煙が起こりやすくなる。また、澱粉系物質との親和性が悪くなる恐れがある。
40℃以下の可溶分には、オリゴマーのような分子量の低い成分、アタクチックポリプロピレンのような立体規則性の低い成分、コモノマー含量が極端に高い成分等いわゆる低結晶成分を含む。ここでアタクチックポリプロピレンのような立体規則性の低い成分、コモノマー含量が極端に高い低結晶性成分は分子量が高いものであっても可溶分になりうる。
ここで、昇温溶離分別(TREF)法により可溶分を求める方法は、具体的には以下の手順に従って行なわれる。
試料を140℃でオルトジクロロベンゼンに溶解し溶液とする。これを、下記の条件で、140℃のTREFカラムに導入した後8℃/分の降温速度で100℃まで冷却し、引き続き4℃/分の降温速度で40℃まで冷却後、10分間保持する。その後、溶媒であるオルトジクロロベンゼンを1mL/分の流速でカラムに流し、TREFカラム中で40℃のオルトジクロロベンゼンに溶解している成分を10分間溶出させ、次に昇温速度100℃/時間にてカラムを140℃までリニアに昇温し、溶出曲線を得る。
カラムサイズ:4.3mmφ×150mm
カラム充填材:100μm表面不活性処理ガラスビーズ
溶媒:オルトジクロロベンゼン
試料濃度:5mg/mL
試料注入量:0.2mL
溶媒流速:1mL/分
検出器:波長固定型赤外検出器 FOXBORO社製 MIRAN 1A
測定波長:3.42μm
上記条件に従って得た溶出曲線から40℃で溶出する成分の全量に対する割合(重量%)を算出する。
試料を140℃でオルトジクロロベンゼンに溶解し溶液とする。これを、下記の条件で、140℃のTREFカラムに導入した後8℃/分の降温速度で100℃まで冷却し、引き続き4℃/分の降温速度で40℃まで冷却後、10分間保持する。その後、溶媒であるオルトジクロロベンゼンを1mL/分の流速でカラムに流し、TREFカラム中で40℃のオルトジクロロベンゼンに溶解している成分を10分間溶出させ、次に昇温速度100℃/時間にてカラムを140℃までリニアに昇温し、溶出曲線を得る。
カラムサイズ:4.3mmφ×150mm
カラム充填材:100μm表面不活性処理ガラスビーズ
溶媒:オルトジクロロベンゼン
試料濃度:5mg/mL
試料注入量:0.2mL
溶媒流速:1mL/分
検出器:波長固定型赤外検出器 FOXBORO社製 MIRAN 1A
測定波長:3.42μm
上記条件に従って得た溶出曲線から40℃で溶出する成分の全量に対する割合(重量%)を算出する。
(b-4)融点(Tp)
本発明で好ましく用いられるプロピレン系樹脂は、示差走査熱量計(DSC)法で測定した融点(Tp)が、好ましくは110~150℃であり、より好ましくは115~145℃であり、さらに好ましくは120~140℃である。Tpが150℃より高い場合には、成形温度を高く設定する必要が生じ、高い温度で澱粉配合樹脂組成物を成形すると澱粉が変色や臭気を発生し易くなり、成形性や製品の品質が損なわれる場合がある。
ここで、Tpは示差走査型熱量計(DSC)により測定した値である。セイコー社製示差走査型熱量計を用い、サンプル約5mgを採り、200℃で5分間保持した後、40℃まで10℃/分の降温スピードで冷却した。続いて10℃/分の昇温スピードで融解させた時に得られる融解熱量曲線からTpを得る。すなわち、融解熱量曲線の最大ピーク温度をTpとした。
本発明で好ましく用いられるプロピレン系樹脂は、示差走査熱量計(DSC)法で測定した融点(Tp)が、好ましくは110~150℃であり、より好ましくは115~145℃であり、さらに好ましくは120~140℃である。Tpが150℃より高い場合には、成形温度を高く設定する必要が生じ、高い温度で澱粉配合樹脂組成物を成形すると澱粉が変色や臭気を発生し易くなり、成形性や製品の品質が損なわれる場合がある。
ここで、Tpは示差走査型熱量計(DSC)により測定した値である。セイコー社製示差走査型熱量計を用い、サンプル約5mgを採り、200℃で5分間保持した後、40℃まで10℃/分の降温スピードで冷却した。続いて10℃/分の昇温スピードで融解させた時に得られる融解熱量曲線からTpを得る。すなわち、融解熱量曲線の最大ピーク温度をTpとした。
好ましいプロピレン系樹脂(B)は、メタロセン触媒によって得られる。メタロセン系触媒とは、シクロペンタジエニル骨格を有する配位子を含む周期律表第IV族の遷移金属化合物と、助触媒、必要により有機金属化合物と、担体の各触媒成分を含む触媒であり、各触媒成分は前述のものが使用できる。
本発明で用いるプロピレン系樹脂(B)は、二種以上混合して使用してもよい。
なお、プロピレン系樹脂としては、市販品を利用することができ、例えば、日本ポリプロ(株)社製WINTECシリーズから選択することができる。
なお、プロピレン系樹脂としては、市販品を利用することができ、例えば、日本ポリプロ(株)社製WINTECシリーズから選択することができる。
(4)相溶化剤(D)
本発明のバイオマスコンパウンドには、バイオマス材料(P)と樹脂材料のほかに、相溶化剤(D)が添加されていてもよい。相溶化剤の添加により、樹脂成分とバイオマス材料との親和性が向上する。
相溶化剤(D)としては、飽和カルボン酸、不飽和カルボン酸又はそれらの誘導体、不飽和カルボン酸又はその誘導体で変性された熱可塑性樹脂、並びに不飽和カルボン酸又はその誘導体で変性された澱粉系物質が挙げられる。さらに、油変性アルキッド樹脂又はそれらの誘導体、加工澱粉又はそれらの誘導体を用いることもできる。
本発明のバイオマスコンパウンドには、バイオマス材料(P)と樹脂材料のほかに、相溶化剤(D)が添加されていてもよい。相溶化剤の添加により、樹脂成分とバイオマス材料との親和性が向上する。
相溶化剤(D)としては、飽和カルボン酸、不飽和カルボン酸又はそれらの誘導体、不飽和カルボン酸又はその誘導体で変性された熱可塑性樹脂、並びに不飽和カルボン酸又はその誘導体で変性された澱粉系物質が挙げられる。さらに、油変性アルキッド樹脂又はそれらの誘導体、加工澱粉又はそれらの誘導体を用いることもできる。
飽和カルボン酸としては、無水コハク酸、コハク酸、無水フタル酸、フタル酸、無水テトラヒドロフタル酸、無水アジピン酸等が挙げられる。不飽和カルボン酸としては、無水マレイン酸、マレイン酸、無水ナジック酸、無水イタコン酸、イタコン酸、無水シトラコン酸、シトラコン酸、クロトン酸、イソクロトン酸、メサコン酸、アンゲリカ酸、ソルビン酸、アクリル酸等が挙げられる。飽和カルボン酸又は不飽和カルボン酸の誘導体としては、飽和カルボン酸又は不飽和カルボン酸の金属塩、アミド、イミド、エステル等を使用することができる。
また、不飽和カルボン酸又はその誘導体で変性された熱可塑性樹脂、並びに不飽和カルボン酸又はその誘導体で変性された澱粉系物質を使用することができる。熱可塑性樹脂としては、具体的には、低密度ポリエチレン、エチレン-α-オレフィン共重合体、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、プロピレンブロック共重合体、プロピレンランダム共重合体を挙げることができる。
これらは、熱可塑性樹脂又は澱粉系物質と不飽和カルボン酸又はその誘導体と、ラジカル発生剤とを溶媒の存在下又は不存在下に加熱混合することにより得られる。不飽和カルボン酸又はその誘導体の付加量は、0.1~15重量%、特に1~10重量%が好ましい。本発明で使用される相溶化としては、臭気が無く、酸性度が小さい不飽和カルボン酸、又はその誘導体で変性した熱可塑性樹脂、並びにその誘導体で変性した澱粉系物質が好ましい。
(5)その他の成分
本発明のバイオマスコンパウンド用の樹脂材料には、本発明の目的が損なわれない範囲で、各種添加剤、例えば、造核剤、耐熱安定剤、酸化防止剤、耐候安定剤、帯電防止剤、スリップ剤、抗ブロッキング剤、防曇剤、着色剤、充填剤、エラストマー、木質系材料などを配合することができる。
本発明のバイオマスコンパウンド用の樹脂材料には、本発明の目的が損なわれない範囲で、各種添加剤、例えば、造核剤、耐熱安定剤、酸化防止剤、耐候安定剤、帯電防止剤、スリップ剤、抗ブロッキング剤、防曇剤、着色剤、充填剤、エラストマー、木質系材料などを配合することができる。
(6)各成分の配合比
本発明のバイオマスコンパウンドは、バイオマス材料をそのコンパウンドの全量に対して、10重量%以上含むバイオマスコンパウンドであり、好ましくは、バイオマス材料をコンパウンド全量に対して、20重量%以上、更に好ましくは40重量%以上、特に50重量%以上、更に好ましくは60重量%以上含むことが挙げられる。バイオマス材料の含有量の上限は、コンパウンド全量に対して90重量%以下、更に好ましくは80重量%以下である。
バイオマス材料の含有率が高まるほど、バイオマス認証規格によるランクが高まり、本来の目的である化石燃料から製造される熱可塑性樹脂の使用量低減或いは、燃焼時の二酸化炭素発生量の低減効果が減じられることはもちろんであるが、一方で、バイオマス材料の含有率が高まると、バイオマスコンパウンドの成形性劣化や、コンパウンドを用いた製品の強度等のバランスが崩れやすくなるため、適宜用途に応じた調整が必要である。
バイオマスコンパウンドは、バイオマス材料と樹脂材料を混合することにより得られる。
樹脂材料としては、コンパウンド全量に対して、90重量%以下、好ましくは80重量%以下、更に好ましくは60重量%以下、特に50重量%、更に好ましくは40重量%以下である。10重量%以上、好ましくは20重量%以上含む。
本発明のバイオマスコンパウンド用の樹脂材料において、メタロセン系エチレンプラストマー(A)とプロピレン系(B)の混合を用いる場合には、メタロセン系エチレンプラストマー(A)とプロピレン系樹脂(B)の配合比は、それぞれメタロセン系エチレンプラストマー90~30重量部、好ましくは85~40重量部、より好ましくは80~55重量部であり、プロピレン系樹脂10~70重量部、好ましくは15~60重量部、より好ましくは20~40重量部である。混合することにより、ダート衝撃強度等が良好になる。
相溶化剤の添加量は、樹脂材料の合計量100重量部に対して0~30重量部、好ましくは0~20重量部、より好ましくは0.2~10重量部である。
本発明のバイオマスコンパウンドは、バイオマス材料をそのコンパウンドの全量に対して、10重量%以上含むバイオマスコンパウンドであり、好ましくは、バイオマス材料をコンパウンド全量に対して、20重量%以上、更に好ましくは40重量%以上、特に50重量%以上、更に好ましくは60重量%以上含むことが挙げられる。バイオマス材料の含有量の上限は、コンパウンド全量に対して90重量%以下、更に好ましくは80重量%以下である。
バイオマス材料の含有率が高まるほど、バイオマス認証規格によるランクが高まり、本来の目的である化石燃料から製造される熱可塑性樹脂の使用量低減或いは、燃焼時の二酸化炭素発生量の低減効果が減じられることはもちろんであるが、一方で、バイオマス材料の含有率が高まると、バイオマスコンパウンドの成形性劣化や、コンパウンドを用いた製品の強度等のバランスが崩れやすくなるため、適宜用途に応じた調整が必要である。
バイオマスコンパウンドは、バイオマス材料と樹脂材料を混合することにより得られる。
樹脂材料としては、コンパウンド全量に対して、90重量%以下、好ましくは80重量%以下、更に好ましくは60重量%以下、特に50重量%、更に好ましくは40重量%以下である。10重量%以上、好ましくは20重量%以上含む。
本発明のバイオマスコンパウンド用の樹脂材料において、メタロセン系エチレンプラストマー(A)とプロピレン系(B)の混合を用いる場合には、メタロセン系エチレンプラストマー(A)とプロピレン系樹脂(B)の配合比は、それぞれメタロセン系エチレンプラストマー90~30重量部、好ましくは85~40重量部、より好ましくは80~55重量部であり、プロピレン系樹脂10~70重量部、好ましくは15~60重量部、より好ましくは20~40重量部である。混合することにより、ダート衝撃強度等が良好になる。
相溶化剤の添加量は、樹脂材料の合計量100重量部に対して0~30重量部、好ましくは0~20重量部、より好ましくは0.2~10重量部である。
2.バイオマスコンパウンド
本発明のバイオマスコンパウンドは、上記のバイオマス材料(P)、メタロセン系エチレンプラストマー(A)、必要に応じてその他の樹脂、および、必要に応じて、相溶化剤(D)、他の添加剤を、上記配合割合にて、ヘンシェルミキサー、vブレンダー、リボンブレンダー、タンブラーブレンダー等で混合後、単軸押出機、多軸押出機、ニーダー、バンバリミキサー等の混練機により混練する方法により得られる。
本発明のバイオマスコンパウンドは、上記のバイオマス材料(P)、メタロセン系エチレンプラストマー(A)、必要に応じてその他の樹脂、および、必要に応じて、相溶化剤(D)、他の添加剤を、上記配合割合にて、ヘンシェルミキサー、vブレンダー、リボンブレンダー、タンブラーブレンダー等で混合後、単軸押出機、多軸押出機、ニーダー、バンバリミキサー等の混練機により混練する方法により得られる。
また、本発明のバイオマスコンパウンドの燃焼熱は、好ましくは9,000kcal/kg未満、より好ましくは8,700kcal/kg未満である。燃焼熱が9,000kcal/kg未満であると、廃棄焼却炉の劣化をより防止でき好ましい。
本発明のバイオマスコンパウンドは、公知の方法で、フィルムや容器などのバイオマスプラスチック成形品にすることができる。成形品にする方法は、たとえば、インフレーション成形、Tダイ成形等、中空成形、射出成形が挙げられる。
特にバイオマスコンパウンドを用いて得られるフィルムは、ゴミ袋、レジ袋、肥料袋等に用いることができる。
特にバイオマスコンパウンドを用いて得られるフィルムは、ゴミ袋、レジ袋、肥料袋等に用いることができる。
以下に、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、各実施例、比較例で用いた物性測定法、原材料は以下の通りである。
1.物性測定法
(1)メルトフローレート(MFR):JIS K-7210に従い、温度190℃、荷
重21.18Nの条件で測定した。なお、ポリプロピレン系樹脂については測定温度を2
30℃で行った。
(2)密度:JIS K-7112に従い測定した。
(3)融点:示差走査熱量計を用いて測定した。
(4)溶融張力:東洋精機製作所製キャピログラフを用い炉内で190℃で加熱安定された樹脂を内径2.095mm、長さ8mmのオリフィスから1cm/minのピストン速度で押し出し、押し出された溶融樹脂を4m/minの速度で引っ張りその時に生じた抵抗力を測定し溶融張力値とした。
(5)燃焼熱:JIS-K2279に準拠して測定した。
(6)ダート落下衝撃強度:JIS-K7124-1 A法に準拠して測定した。
(1)メルトフローレート(MFR):JIS K-7210に従い、温度190℃、荷
重21.18Nの条件で測定した。なお、ポリプロピレン系樹脂については測定温度を2
30℃で行った。
(2)密度:JIS K-7112に従い測定した。
(3)融点:示差走査熱量計を用いて測定した。
(4)溶融張力:東洋精機製作所製キャピログラフを用い炉内で190℃で加熱安定された樹脂を内径2.095mm、長さ8mmのオリフィスから1cm/minのピストン速度で押し出し、押し出された溶融樹脂を4m/minの速度で引っ張りその時に生じた抵抗力を測定し溶融張力値とした。
(5)燃焼熱:JIS-K2279に準拠して測定した。
(6)ダート落下衝撃強度:JIS-K7124-1 A法に準拠して測定した。
本発明のバイオマス材料を配合したバイオマスコンパウンドは、バイオマス材料の有効利用を図ることができ、石油由来成分の含有量が減っているため環境に対する配慮の点から今後の利用価値に対する期待は大きい。また、特定樹脂材料と共に、該バイオマス材料を高充填して得られるバイオマスコンパウンドは、従来の提案では懸念されていた強度等を向上させたコンパウンドであるため、バイオマス規格を満たしたごみ袋、レジ袋などの重量物を入れる用途に有効に利用できる。
Claims (10)
- バイオマス材料(P)と、樹脂材料を含むバイオマスコンパウンドにおいて、樹脂材料の少なくとも一部に、下記(1)~(7)に記載するポリエチレン系樹脂のいずれか又はそれらのいくつかの組み合わせを含むことを特徴とする、バイオマスコンパウンド。
(1)高密度ポリエチレン樹脂
(2)中密度ポリエチレン樹脂
(3)直鎖状低密度ポリエチレン樹脂
(4)メタロセン系低密度ポリエチレン樹脂
(5)高圧ラジカル重合法低密度ポリエチレン樹脂
(6)エチレン・酢酸ビニル共重合樹脂
(7)エチレン・不飽和カルボン酸エステル共重合樹脂 - 請求項1に記載のバイオマスコンパウンドにおいて、該ポリエチレン系樹脂が、(4)メタロセン系低密度ポリエチレン樹脂であることを特徴とする、バイオマスコンパウンド。
- 該(4)メタロセン系低密度ポリエチレン樹脂が、メタロセン系エチレンプラストマー(4A)であることを特徴とする、請求項1又は2に記載のバイオマスコンパウンド。
- 該メタロセン系エチレンプラストマー(4A)が、下記性状(a-1)~(a-3)を満たす、メタロセン触媒によって得られたエチレン・α-オレフィン共重合体であることを特徴とする、請求項3記載のバイオマスコンパウンド。
(a-1)密度が0.880~0.920g/cm3
(a-2)MFRが0.5~8.0 g/10分
(a-3)Mw/Mnが1.5~3.5 - 該バイオマスコンパウンド中の該バイオマス材料の含有量が、コンパウンド全体に対して10重量%以上であることを特徴とする、請求項1~4のいずれかの項に記載のバイオマスコンパウンド。
- 該バイオマス材料がフィラー又はパウダー形状であることを特徴とする、請求項1~5のいずれかの項に記載のバイオマスコンパウンド。
- 該バイオマス材料が、資源作物、未利用バイオマス、又は産廃物系バイオマス由来のバイオマス材料であることを特徴とする、請求項1~6のいずれかの項に記載のバイオマスコンパウンド。
- 該メタロセン系エチレンプラストマー(4A)が、下記の性状(a-4)を満たすことを特徴とするエチレン・α-オレフィン共重合体であることを特徴とする、請求項1~7のいずれかの項に記載のバイオマスコンパウンド。
(a-4)共重合体に含まれるビニル、ビニリデンの二重結合の合計数が0.10(個/total 1000C)以上である(ただし、ビニル、ビニリデンの個数は、NMRで測定した主鎖、側鎖の合計1000個の炭素数あたりの数である。) - 請求項1~8のいずれか1項に記載のバイオマスコンパウンドを用いて得られる成形品。
- バイオマス材料と混合して、バイオマス材料を10重量%以上含むバイオマスコンパウンドを作成するための、樹脂材料であって、
下記の物性(a-1)~(a-3)を満たすメタロセン系エチレンプラストマー(4A)を少なくとも含むことを特徴とする、バイオマスコンパウンド用樹脂材料。
(a-1)密度が0.880~0.920g/cm3
(a-2)MFRが0.5~8.0 g/10分
(a-3)Mw/Mnが1.5~3.5
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JP2022132115A (ja) * | 2021-02-26 | 2022-09-07 | ダイキン工業株式会社 | 共重合体、成形体、射出成形体および被覆電線 |
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-
2020
- 2020-07-01 JP JP2020114497A patent/JP2022012572A/ja active Pending
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