JP2818273B2 - シンジオタクチックポリプロピレンの成形方法 - Google Patents

シンジオタクチックポリプロピレンの成形方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はシンジオタクチックポリプロピレンの成形体
の製造方法に関する。詳しくは、比較的タクティシティ
ーの高いシンジオタクチックポリプロピレン単独重合体
あるいはプロピレンと少量の他のオレフィンとの共重合
体、またはそれらとアイソタクチックポリプロピレンと
の混合物を成形して、結晶化度の高い物性に優れた成形
体を製造方法に関する。
〔従来の技術〕
シンジオタクチックポリプロピレンについては古くよ
りその存在は知られていたが、従来のバナジウム化合物
とエーテル化合物および有機アルミニウム化合物からな
る触媒の存在下に低温重合することにより得られる重合
体はシンジオタクティシティーが悪く、エラストマー的
な特性を有すると言われていた。しかしながら、このエ
ラストマー的な物性は、本来的なシンジオタクチックポ
リプロピレンの特徴を有しているとは言い難いものであ
る。最近になって、J.A.EWENらにより非対称な配位子を
有する遷移金属化合物とアルミノキサンからなる触媒に
よって、シンジオタクチックペンタッド分率が0.7を越
えるようなタクティシティーの良好なポリプロピレンを
得られることが初めて発見された(J.Am.Chem.Soc.,198
8,110,6255−6256)。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記方法で得られたシンジオタクチックポリプロピレ
ンあるいは実質的にシンジオタクチック構造を有するプ
ロピレンと他のオレフィンとの共重合体、またはそれら
と少量の実質的にアイソタクチック構造であるポリプロ
ピレンとの混合物を、通常の成形方法により成形した成
形物は、比較的耐衝撃性に優れているものの、剛性が充
分とは言えないことが見出された。
〔課題を解決するための手段〕
本発明者らは上記問題を解決して剛性に優れたシンジ
オタクチックポリプロピレン成形体の製造方法について
鋭意探索したところ、特定の成形方法によって結晶化度
の高い剛性に優れた成形物が得られることを見出し本発
明を完成した。
即ち本発明は、実質的にシンジオタクチック構造であ
るプロピレンの単独重合体あるいはプロピレンと少量の
他のオレフィンとの共重合体、またはそれらと少量の実
質的にアイソタクチック構造であるポリプロピレンとの
混合物を加熱溶融成形した後、延伸し、さらに延伸温度
以上に加負荷で加熱処理することを特徴とするシンジオ
タクチックポリプロピレンの成形方法である。
本発明において実質的にシンジオタクチック構造であ
るプロピレンの単独重合体あるいは少量の他のオレフィ
ンとの共重合体を製造するに用いる触媒としては、上記
文献に記載された化合物が例示できるが、異なる構造の
触媒であっても、プロピレンの単独重合を行ったときシ
ンジオタクチックペンタッド分率が0.7以上のポリプロ
ピレンを製造することができる触媒系であれば利用でき
る。
本発明において実質的にシンジオタクチック構造であ
るプロピレンの単独重合体とは、13C−NMRでトリクロロ
ベンゼン中で135℃で測定した時テトラメチルシランを
基準として、約20.2ppmにあらわれるシンジオタクチッ
クペンタッド構造に帰属されるメチル基のピークが全メ
チル基のピークの総和に対し0.5以上、より好ましくは
0.7以上であるような高度なシンジオタクチック構造を
有するものであり、室温のトルエンに可溶な部分が10wt
%以下であるような結晶性のポリプロピレンを示す。ま
た共重合体においては、プロピレン以外のモノマーを20
wt%以下含有し、同様に測定した13C−NMRで約20.2ppm
にあらわれるピークの強度が全プロピレンのメチル基に
帰属されるピーク強度の0.3以上、より好ましくは0.5以
上であるような高度にシンジオタクチック構造を有する
ものを示す。
本発明において上記した重合体を製造するのに有用な
非対称な配位子を有する遷移金属化合物としては、上記
文献に記載されたイソプロピレン(シクロペンタジエニ
ル−1−フルオレニル)ハフニウムジクロリド、あるい
はイソプロピル(シクロペンタジエニル−1−フルオレ
ニル)ジルコニウムジクロリドなどが例示され、またア
ルミノキサンとしては、 (式中Rは炭素数1〜3の炭化水素残基。)で表される
化合物が例示でき、特にRがメチル基であるメチルアル
ミノキサンでnが5以上、好ましくは10以上のものが利
用される。上記遷移金属化合物に対するアルミノキサン
の使用割合としては10〜1000000モル倍、通常50〜5000
モル倍である。
重合条件については、特に制限はなく、不活性媒体を
用いる溶媒重合法、あるいは実質的に不活性媒体の存在
しない塊状重合法、気相重合法も利用できる。重合温度
としては−100〜200℃、重合圧力としては常圧〜100kg/
cm2で行うのが一般的である。好ましくは−100〜100
℃、常圧〜50kg/cm2である。
ここでプロピレンとの共重合に用いる他のオレフィン
としては、エチレンあるいは炭素数4〜20のα−オレフ
ィンが例示でき、具体的にはブテン−1、ペンテン−
1、ヘキセン−1、ヘプテン−1、オクテン−1、ノネ
ン−1、デセン−1、ウンデセン−1、ドデセン−1、
トリデセン−1、テトラデセン−1、ペンタデセン−
1、ヘキサデセン−1、オクタデセン−1などの直鎖α
−オレフィンが例示され、さらに3−メチルブテン−
1、4−メチルペンテン−1、4,4−ジメチルペンテン
−1等の分岐α−オレフィンが例示される。プロピレン
と少量の他のオレフィンの共重合体に占める割合として
は、通常20wt%以下、好ましくは10wt%以下の条件で重
合される。20wt%を越える場合は、成形体の剛性が低下
し好ましくない。共重合の条件としては特に制限はな
く、公知の通常の条件が採用できる。
本発明における単独重合および共重合に際しては、通
常、一段重合で行われ、こうして合成された重合体は分
子量分布が狭く、ゲルパーミエーションクロマトグラフ
ィーにより135℃で測定した重量平均分子量と数平均分
子量の比(以下、MW/MNと略記する)は、通常1.5〜3.5
程度であるが、2種の遷移金属化合物(金属として例え
ばジルコニウムとハフニウムなど2種類のものを用いる
と効果的である。)を用いたり、分子量の異なるものを
2種以上混合するなどして3.5以上から15程度の広い分
子量分布のものを製造することができ本発明に利用する
ことができる。
本発明において用いられる重合体の好ましい分子量と
しては、135℃テトラリン溶液で測定した極限粘度(以
下、ηと略記する)として0.1〜20であり、好ましくは
0.5〜10.0の範囲である。
本発明においては、またシンジオタクチックポリプロ
ピレンまたはシンジオタクチックポリプロピレン共重合
体の一部を、例えば50wt%未満、好ましくは40wt%以下
の範囲でアイソタクチック構造のポリプロピレンで代替
することもでき、こうすることでより高剛性の成形物を
得ることも可能である。この場合に採用されるアイソタ
クチックポリプロピレンとしては、市場で入手し得る種
々の銘柄を利用することができ、いわゆる高立体規則性
のポリプロピレンを与える三塩化チタン系あるいは四塩
化チタンをハロゲン化マグネシウムに担持したものなど
で合成可能であり、13C−NMRで測定したアイソタクチッ
クペンタッド分率が0.9以上のものが好ましく利用さ
れ、上述の条件で測定したηが0.1〜10、好ましくは0.5
〜5程度のものが利用できる。この方法においてアイソ
タクチック構造のポリプロピレンの量が50wt%を越える
場合は耐衝撃性が不良となる。
上記した本発明の実質的にシンジオタクチック構造で
あるポリプロピレン単独重合体あるいはプロピレンと少
量の他のα−オレフィンとの共重合体、またはそれらと
少量の実質的にアイソタクチック構造であるポリプロピ
レンとの混合物は、ついで加熱溶融し特定の形状に成形
される。成形方法としては特に制限は無いが、成形した
のち延伸する必要があることから、好ましくは押出成形
法であり、押出たのち引き続いて延伸するブロー成形法
などである。
結晶性のポリマーは成形後加熱してアニールすること
で結晶化度を上げて剛性などの物性を改良することは良
く行われており、理由は不明であるが、シンジオタクテ
ィシティーの高いポリプロピレンでは、単に加熱するだ
けでは融点に近い高温にしないと結晶化度の向上に時間
が掛かるだけではなく、到達する結晶化度も充分ではな
い。これに対し加熱する前に延伸することが極めて効果
的であることが判った。
本発明において重要なのは、成形体を成形したのち延
伸して加熱処理することであり、こうすることで結晶化
度を向上し物性が改良できる。
延伸は常温〜加熱下に行われるが、加熱溶融後急冷し
て作った成形物では常温付近の比較的低温で延伸するこ
とができ、こうすることでX−線回折スペクトルで約7.
1Åの回折線が観測されないものが簡単で製造できる。
また通常の条件で冷却して作られたものでは100℃以上
〜融点以下に加熱して延伸するのが好ましく、この場合
延伸後の加熱温度はさらに高く設定される。加熱溶融し
て成形した後完全に冷却することなくそのまま延伸温度
にまで冷却して延伸することもできる。
本発明で採用される加熱処理の温度条件は、50℃以
上、好ましくは80℃以上ないし成形物の融点未満の温度
であり、延伸の際の温度以上の温度である。必要な加熱
時間は、ポリマーの融点と加熱温度、および延伸の程度
によって好ましい範囲が異なるので特に限定できない
が、加熱時間は数秒〜数十時間の範囲である。温度が高
ければ高いほど、短時間の加熱で十分であり、100℃以
上では数分〜数十分加熱すれば充分である。
また延伸の程度が大きく、上述のX−線回折スペクト
ルで約7.1Åの回折線が延伸によって大きく減少したも
の、あるいは加熱溶融したのち急冷して製造したもの
(約7.1Åの回折線が観測されないか、あるいは弱い)
を冷延伸したものなどでは加熱温度を100℃程度とすれ
ば数分〜数十分加熱することで充分である。このように
延伸後加熱することで加熱時間が短くても充分に結晶化
が進み物性が改良される。加熱処理にさいしては延伸物
は固定した状態、加負荷の状態で行うのが好ましくこう
することで成形物の変形を避けることができる。
本発明の上記した重合体の成形においては、ポリオレ
フィンの成形において通常用いられる添加剤、例えば、
酸化防止剤、紫外線吸収剤、結晶化核剤などを混合して
用いても良い。この際用いられる結晶化核剤としては、
該シンジオタクチックポリプロピレンの結晶化温度を上
昇させることができるものであればどのようなものでも
使用可能であり、通常シンジオタクチックポリプロピレ
ンより融点が高く、しかもシンジオタクチックポリプロ
ピレンとの接触エネルギーの小さいものが使用でき、ア
イソタクチックポリプロピレン用の結晶化核剤も使用す
ることができる。例えば、安息香酸の塩、ベンジリデン
ソルビトール類、燐酸エステルの塩、キナクリドンある
いはポリビニルシクロヘキサン、ポリ3−メチルブテ
ン、結晶性ポリスチレンン、トリメチルビニルシランな
どの融点の高いポリオレフィン類が好ましく使用でき、
またタルク、カオリン、マイカ等の無機化合物も好まし
く利用できる。これら結晶化核剤の使用量は、結晶化核
剤の種類によってその量は異なるが、重合体に対して通
常0.001ppm〜1wt%程度である。
〔実施例〕
以下に実施例を示しさらに本発明を説明する。
実施例1 内容積2のオートクレーブで常法に従って合成した
イソプロピルシクロペンタジエニル−1−フルオレンを
リチウム化し四塩化ジルコニウムと反応することで得た
イソプロピル(シクロペンタジエニル−1−フルオレニ
ル)ジルコニウムジクロリド10mgと六水和硫酸銅とトリ
メチルアルミニウムをトルエン中で反応することで得ら
れた重合度約15のメチルアルミノキサン1.34gをトルエ
ン1に溶解し、重合圧力2kg/cm2−G、50℃で1時間
重合した。反応後、未反応のプロピレンをパージした
後、スラリーをとり出し、30℃で濾過し、500mlのトル
エンで5回洗浄した。ついで80℃で減圧乾燥して得られ
たパウダーは28gであり、13C−NMRによればシンジオタ
クチックペンタッド分率は0.902、ηは0.88であり、MW/
MNは2.2であった。このパウダーを250℃でプレス成型し
1mmのシートを作製した後20℃まで5分で冷却した、次
いで100℃で2倍に延伸した。X−線回折スペクトルに
よればこの延伸で約7.1Åに観測される回折線は約1/2の
強度になっていた。この延伸物について以下に従い物性
を測定した。
ヘイズ:% ASTM D1003に準拠した 引張強度:kg/cm2 延伸フイルムから50mm×20mmの試験
片を切り出し引張試験機で引張速度200mm/minで引張り
破断時の強度をもとめた。
伸び:% 引張強度をもとめる際に破断時の試験片の伸
び。
延伸前のシートの引張強度は580kg/cm2、伸びは420%、
ヘイズ15.2%であった。また延伸後の引張強度は660kg/
cm2、伸びは85%、ヘイズは22.6%であった。
さらに延伸物を延伸した状態で130℃で30分間保った
後物性を測定したら引張強度は780kg/cm2、伸びは55
%、ヘイズは26%であり、X−線回折スペクトルから求
めた結晶化度は78%であった。これに対し延伸前と延伸
後の結晶化度は、延伸前で52%であり、延伸したものは
ブロードな回折線が観測され明確ではないが約40%であ
った。このように加熱処理することで結晶化度が大幅に
向上し物性も改善される。
実施例2 加熱処理を110℃とし、処理時間を1時間とした他は
実施例1と同様にして得られたフイルムの物性は、引張
強度は760kg/cm2、伸びは48%、ヘイズは28%でありX
−線回折スペクトルから求めた結晶化度は72%であっ
た。
実施例3 実施例1で得たシンジオタクチックポリプロピレンに
ステアリン酸カルシウムと2,6−ジ−t−ブチルフェノ
ールをそれぞれ10/10000と、10/10000のタルクを加え造
粒した後、40mmφの押出機を用い14本穴のダイで温度22
0℃、スクリュー回転数64rpmで紡糸した。ダイからでた
ストランドは空冷した。得られた繊維の太さは370 D/14
本であり引張試験をしたところ最高強度は480g、伸びは
150%であった。また60℃で2倍に延伸したものの引張
試験での最高強度は560g、伸びは40%であった。X−線
回折スペクトルによれば、この延伸で約7.1Åに観測さ
れる回折線は約1/2の強度になっていた。さらにこの糸
を延伸した状態で100℃で2時間処理したものの引張試
験での最高強度は620g、伸びは15%であり、結晶化度は
72%であった。
〔発明の効果〕
本発明の方法によって物性に優れた成形物を得ること
ができ、工業的に極めて価値がある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B29C 55/00 - 55/30,71/02 D01F 6/06,6/46 C08J 5/00,5/18 C08J 7/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】実質的にシンジオタクチック構造であるプ
    ロピレンの単独重合体あるいはプロピレンと少量の他の
    オレフィンとの共重合体、またはそれらと少量の実質的
    にアイソタクチック構造であるポリプロピレンとの混合
    物を加熱溶融成形した後、延伸し、さらに延伸温度以上
    に加負荷で加熱処理することを特徴とするシンジオタク
    チックポリプロピレンの成形方法。
  2. 【請求項2】延伸をX−線回折スペクトルにおいて面間
    隔が約7.1Åに観測される回折像が減少する条件下に行
    う請求項1記載の方法。
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