JP6775696B2 - プロピレン系重合体組成物 - Google Patents

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Description

本開示は、フィルム、特にシール開始温度の低く、透明性の高い2軸延伸ポリプロピレンフィルム(BOPP)及びキャストフィルムの製造に特に適したプロピレンと1−ヘキセンとの共重合体及びプロピレンとエチレンの共重合体に関する。
プロピレンと1−ヘキセンとの共重合体は、当業界において既に知られており、例えば、WO2006/002778号は、0.2〜5重量%の1−ヘキセン誘導単位を有するプロピレンと1−ヘキセンとの共重合体に関する。この共重合体は、モノモーダルタイプの分子量分布を有し、パイプシステムに使用されている。
WO2009/077287号は、ヘキセン−1から誘導された5〜9重量%の反復単位を含有するプロピレンとヘキセン−1との共重合体に関するものであり、前記共重合体は、125℃〜140℃の溶融温度及び0.1〜3g/10分の溶融流量(ASTM D1238、230℃/2.16kg)を有する。
WO2015/062787号は、工業用シートの製造に特に適した0.6重量%〜3.0重量%範囲の1−ヘキセン誘導単位の含量を有するプロピレンと1−ヘキセンとのマルチモーダル(multimodal)共重合体に関する。
本出願人は、プロピレン1−ヘキセン共重合体及びプロピレンエチレン共重合体よりなる組成物を使用することにより、低ヘイズ値及び低シール開始温度(SIT)を有するBOPP及びキャストフィルムを製造できることを見出した。
したがって、本開示は、プロピレン重合体組成物であって:
a)3.5〜12.0g/10分の溶融流量(MFR、ASTM D 1238に従って、230℃/2.16kgで、すなわち230℃で2.16kgの荷重を使用して測定)を有し、1−ヘキセン誘導単位を10.2〜13重量%含有するプロピレン1−ヘキセン共重合体35重量%〜65重量%;
b)3.5〜12.0g/10分の溶融流量(MFR、ASTM D 1238に従って、230℃/2.16kgで、すなわち230℃で2.16kgの荷重を使用して測定)を有し、エチレン誘導単位を1.5重量%〜6.5重量%含有するプロピレンエチレン共重合体35重量%〜65重量%;を含み、
a)及びb)の量の合計が100重量%であるプロピレン重合体組成物を提供する。
本開示は、プロピレン重合体組成物であって:
a)3.5〜12.0g/10分;好ましくは3.8〜7.5g/10分;より好ましくは4.0〜6.0g/10分の溶融流量(MFR、ASTM D 1238に従って、230℃/2.16kgで、すなわち230℃で2.16kgの荷重を使用して測定)を有し、1−ヘキセン誘導単位を10.2〜13.0重量%、好ましくは11.0〜12.5重量%、より好ましくは11.0〜12.0重量%含有するプロピレン1−ヘキセン共重合体35重量%〜65重量%;好ましくは40重量%〜60重量%;より好ましくは45重量%〜55重量%;
b)3.5〜12.0g/10分;好ましくは3.8〜7.5g/10分;より好ましくは4.0〜6.0g/10分の溶融流量(MFR、ASTM D 1238に従って、230℃/2.16kgで、すなわち230℃で2.16kgの荷重を使用して測定)を有し、エチレン誘導単位を1.5重量%〜6.5重量%;好ましくは2.0重量%〜6.1重量%;より好ましくは3.5重量%〜5.1重量%含有するプロピレンエチレン共重合体35重量%〜65重量%、好ましくは40重量%〜60重量%、より好ましくは45重量%〜55重量%;を含み、
a)及びb)の量の合計が100重量%であるプロピレン重合体組成物を提供する。


本開示のプロピレン1−ヘキセン共重合体は、プロピレン及び1−ヘキセン誘導単位のみを含有する。本開示のプロピレンエチレン共重合体は、プロピレン及びエチレン誘導単位のみを含有する。
本開示の組成物は、非常に低いヘイズ(HAZE)及び非常に低いシール開始温度(SIT)を備えるため、本材料は、フィルム、特にキャストフィルムまたはBOPPフィルムの製造に有利に使用され得る。
特に、組成物の融点とSITとの差は、本開示の組成物について特に大きい。この効果は、比較例を考慮すると予想外である。比較的高い融点は、特にフィルムを得るために使用される場合に重合体のより良好な加工性を可能にし、及び同時に低いSIT値はシーリング用途においてフィルムの使用を改善させる。さらに、ヘイズは、成分a)に対してより低いヘイズを有する成分b)の値に非常に近く、特に低い結果になる。
プロピレン重合体組成物成分a)とb)は、マグネシウムジハライド上に担持された立体特異的チーグラー・ナッタ触媒の存在下で行われる重合工程で得ることができる。分子量調節剤(好ましくは水素)を適切に投与する工程によって。
連続式またはバッチ式であり得る重合工程は、公知の技術に従って、気相において、または不活性希釈剤の存在下もしくは不存在下の液相において操作することによって、または液−気混合技術によって行われる。2つの反応器において気相で重合を行うことが好ましい。
重合反応時間、圧力及び温度は重要ではないが、温度が20〜100℃であるのが最も好ましい。圧力は、大気圧以上であり得る。
前述したように、分子量の調節は、公知された調節剤、特に水素を使用して行う。
前記立体特異的重合触媒は、以下の1)〜3)の間の反応の生成物を含む:
1) マグネシウムジハライド(好ましくは塩化物)上に担持されたチタン化合物及び電子供与体化合物(内部供与体)を含有する固体成分;
2) アルミニウムアルキル化合物(助触媒);及び選択的に、
3) 電子供与体化合物(外部供与体)。
前記触媒は、好ましくは、90%より高いアイソタクチック指数(室温でキシレンに不溶性である画分の重量として測定される)を有するプロピレンの単独重合体を製造することができる。
固体触媒成分(1)は、エーテル、ケトン、ラクトン、N、P及び/またはS原子を含む化合物、及びモノカルボン酸及びジカルボン酸のエステル、の中から一般に選択された化合物を電子供与体として含有する。
前述した特性を有する触媒は、特許文献においてよく知られている;米国特許第4,399,054号及びヨーロッパ特許第45977号に記載された触媒が特に有利である。
前記電子供与体化合物の中で特に適したものは、フタル酸エステル及びコハク酸エステルである。
適切なコハク酸エステルは、以下の化学式Iで表す:
式中、ラジカルR及びRは、互いに等しいか異なっており、選択的にヘテロ原子を含有する、C1−C20線状もしくは分岐状の、アルキル、アルケニル、シクロアルキル、アリール、アリールアルキルまたはアルキルアリール基であり;ラジカルR〜Rは、互いに等しいか異なっており、水素、または選択的にヘテロ原子を含有する、C1−C20線状もしくは分岐状の、アルキル、アルケニル、シクロアルキル、アリール、アリールアルキルまたはアルキルアリール基であり、及び同一の炭素原子に結合されているラジカルR〜Rは、一緒に結合して環を形成することができる。
及びRは、好ましくはC1−C8の、アルキル、シクロアルキル、アリール、アリールアルキル及びアルキルアリール基である。R及びRが第1級アルキル及び特に分岐状第1級アルキルの中から選択される化合物が特に好ましい。適したR及びR基の例は、メチル、エチル、n−プロピル、n−ブチル、イソブチル、ネオペンチル、2−エチルヘキシルである。エチル、イソブチル及びネオペンチルが特に好ましい。
化学式Iで表される好ましい化合物基の1つは、R〜Rが水素であり、Rが3〜10個の炭素原子を有する分岐状の、アルキル、シクロアルキル、アリール、アリールアルキル及びアルキルアリール、のラジカルであるものである。化学式Iの化合物の中で別の好ましい基は、R〜Rの少なくとも2つのラジカルが水素と異なっており、選択的にヘテロ原子を含有する、C1−C20線状もしくは分岐状の、アルキル、アルケニル、シクロアルキル、アリール、アリールアルキルまたはアルキルアリール、の基から選択されるものである。水素と異なる2つのラジカルが同一の炭素原子に結合されている化合物が特に好ましい。また、水素と異なる少なくとも2つのラジカルが、異なる炭素原子、すなわちR及びRまたはR及びRに結合されている化合物も特に好ましい。
特に適した他の電子供与体化合物は、次の式の1,3−ジエーテルである:
式中、R及びRIIは、同一または異なっており、C−C18アルキル、C−C18シクロアルキルまたはC−C18アリール、のラジカルであり;RIII及びRIVは、同一であるか異なっており、C−Cアルキルラジカルであるか;または、2番位置の炭素原子が、5、6、または7つの炭素原子、または5−nまたは6−n′個の炭素原子、及びN、O、S及びSiからなる群から選択されたそれぞれn個の窒素原子及びn′個のヘテロ原子、からなる環式または多環式構造に属する1,3−ジエーテルであり、ここで、nは1または2であり、及びn′は1、2または3であり、上記構造は2つまたは3つの不飽和(シクロポリエン構造)を含有し、選択的に他の環式構造と縮合されるか、または線状もしくは分岐状の、アルキルラジカル;シクロアルキル、アリール、アラルキル、アルカリールラジカル及びハロゲンからなる群から選択された1つ以上の置換基で置換されるか、または他の環式構造と縮合されて、縮合環式構造にも結合され得る1つ以上の上記言及された置換基で置換され;上記言及されたアルキル、シクロアルキル、アリール、アラルキルまたはアルカリールのラジカル及び上記縮合環式構造中の1つ以上は、選択的に炭素もしくは水素原子またはこれらの両方の置換体として1つ以上のヘテロ原子(複数)を含む。
このタイプのエーテルは、公開されたヨーロッパ特許出願第361493号及び第728769号に記載されている。
上記ジエーテルの代表的な例としては、2−メチル−2−イソプロピル−1,3−ジメトキシプロパン、2,2−ジイソブチル−1,3−ジメトキシプロパン、2−イソプロピル−2−シクロペンチル−1,3−ジメトキシプロパン、2−イソプロピル−2−イソアミル−1,3−ジメトキシプロパン、9,9−ビス(メトキシメチル)フルオレンがある。
他の適切な電子供与体化合物は、ジイソブチル、ジオクチル、ジフェニル及びフタル酸ベンジルブチルのようなフタル酸エステルである。
助触媒(2)として、好ましくは、Al−トリエチル、Al−トリイソブチル及びAl−トリ−n−ブチルのようなトリアルキルアルミニウム化合物を使用する。
外部電子供与体(Al−アルキル化合物Al−アルキル化合物に添加される)として使用され得る電子供与体化合物(3)は、芳香族酸エステル(例えば、安息香酸アルキル)、複素環式化合物(例えば、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン及び2,6−ジイソプロピルピペリジン)、及び特に少なくとも1つのSi−OR結合(ここで、Rは炭化水素ラジカルである)を含有するケイ素化合物を含む。前記ケイ素化合物の例は、式R Si(OR)cの化合物であり、ここで、a及びbは0〜2の整数であり、cは1〜3の整数であり、(a+b+c)の合計は4であり;R、R、及びRは、選択的にヘテロ原子を含有する1〜18個の炭素原子を有するアルキル、シクロアルキルまたはアリールラジカルである。
テキシルトリメトキシシラン(2,3−ジメチル−2−トリメトキシシリル−ブタン)が特に好ましい。
また、前述した1,3−ジエーテルは、外部供与体として使用するのに適している。内部供与体が前記1,3−ジエーテルの1つである場合、外部供与体は省略することができる。
触媒は、少量のオレフインで予備接触させることができ(予備重合)、前記触媒を炭化水素溶媒中に懸濁状態に維持し、及び室温〜60℃の温度で重合させて、こうして前記触媒の重量の0.5〜3倍の量の重合体を生成する。
上述の工程で製造された成分a)及びb)は、当業界で知られている工程を使用して混合することができる。
本開示による組成物はまた、2つ以上の反応器において、後続重合によって製造でき、そこでは第1反応器で成分b)を製造した後、成分a)を成分b)の存在下で後続の反応器で製造する。使用され得る重合工程は、上述した工程である。
本開示の組成物はまた、オレフイン重合体に通常的に使用される添加剤、例えば、核形成剤及び清澄剤及び加工助剤を含有することができる。
本開示のプロピレン重合体組成物は、フィルムの製造に有利に使用することができる。好ましくは、少なくとも1つの層が本開示の組成物を含む、キャストフィルムまたはBOPPフィルムの単層または多層。
以下の実施例は、本発明を例示するために提供され、限定する目的ではない。
実施例の重合体材料及びフィルムに関するデータは、以下に報告する方法によって測定される。
溶融温度(ISO 11357−3)
示差走査熱量計(DSC)によって測定。重さ6±1mgの試料を20℃/分の速度で200±1℃まで加熱し、窒素気流中に2分間200±1℃維持した後、20℃/分の速度で40±2℃まで冷却し、これにより、2分間この温度を維持して試料を結晶化させる。次いで、試料を20℃/分の昇温速度で200℃±1に至るまで再び融解する。溶融走査を記録し、サーモグラムを得て(℃対mW)、及びこれからピークに相当する温度を読み取る。第2融解の間に記録された最も強い溶融ピークに相応する温度を溶融温度とする。
溶融流量(MFR)
ASTM D 1238に従って2.16kgの荷重で230℃で測定。
25℃におけるキシレンの溶解度
2.5gの重合体と250mlのキシレンを冷却器と磁気撹拌器とを備えたガラスフラスコに投入する。30分で温度を溶媒の沸騰点に上昇させる。次いで、このように得られた透明な溶液を還流下に維持し、さらに30分間撹拌する。次いで、密閉されたフラスコを氷水槽に30分間維持し、及び恒温水槽において同様に25℃で30分間維持する。このように形成された固体をクィック濾過紙で濾過する。窒素気流下の熱板で加熱された、予め秤量したアルミニウム容器に100mlの濾過液を注ぎ、蒸発によって溶媒を除去する。次いで、一定重量が得られるまで、真空下で80℃のオーブンに容器を維持する。次いで、室温でキシレンに溶解可能な重合体の重量百分率を計算する。
極限粘度(IV)
135℃におけるテトラヒドロナフタレンの中で測定。
プロピレン/エチレン共重合体の13C NMR
13C NMRスペクトルは、120℃のフーリエ変換モードで、160.91MHzで作動する、低温プローブを備えたブルカー(Bruker)AV−600分光計で取得された。
ββ炭素(“Monomer Sequence Distribution in Ethylene−Propylene Rubber Measured by 13C NMR.3.Use of Reaction Probability Mode”、C. J. Carman、 R. A. Harrington and C. E. Wilkes, Macromolecules, 1977, 10, 536による命名法)のピークは、29.9ppmで内部基準として使用された。試料を1,1,2,2−テトラクロロエタン−d2中に120℃の8%wt/vの濃度で溶解した。各スペクトルは、1H−13C結合を除去するためパルスとCPD間で15秒の遅延、90°パルスで取得された。512個の過渡信号(transient)は、9000Hzのスペクトルウィンドウを使用して32Kデータポイントに保存された。
スペクトルの割り当て、トライアド分布及び組成の評価は、以下の式を利用してKakugo(“Carbon−13 NMR determination of monomer sequence distribution in ethylene−propylene copolymers prepared with δ−titanium trichloride− diethylaluminum chloride” M. Kakugo, Y. Naito, K. Mizunuma and T. Miyatake, Macromolecules, 1982, 15, 1150)によって行なわれた:
エチレン含量のモル百分率は、以下の式を利用して評価された:
Eモル%=100*[PEP+PEE+EEE]エチレン含量の重量百分率は以下の式を利用して評価された:
式中、Pモル%は、プロピレン含量のモル百分率であり、一方、MW及びMWは、それぞれエチレン及びプロピレンの分子量である。
反応性比の積rは、以下のように、Carman(C.J. Carman, R.A. Harrington and C.E. Wilkes, Macromolecules, 1977; 10, 536)によって計算された:
プロピレンシーケンスの立体規則性(tacticity)は、PPP mmTββの比(28.90〜29.65ppm)及び全体Tββ(29.80〜28.37ppm)からmm含量で計算された。
1−ヘキセン及びエチレン含量:
三元共重合体で13C−NMR分光法により測定:
NMR分析。13C NMRスペクトルは、120℃のフーリエ変換モードで、150.91MHzで作動するAV−600分光計上で取得する。プロピレンCHのピークは、28.83で内部基準として使用された。13C NMRスペクトルは、以下のパラメータを使用して取得される:
スペクトル幅(SW) 60ppm
スペクトル中心(O1) 30ppm
デカプリングシーケンス WALTZ 65_64pl
パルスプログラム(1) ZGPG
パルス長さ(P1)(2)\ 90°
総ポイント数(TD) 32K
緩和遅延(2) 15秒
過渡信号の数(3) 1500
1−ヘキセンとエチレンの総量(モル%)は、以下の関係式を使用してダイアドから計算される:
プロピレン/1−ヘキセン/エチレン共重合体の13C NMRスペクトルの割り当ては、以下の表に従って計算した:
[表]
成分a)の1−ヘキセン含量は、式C6tot=C6×Wを使用して組成物の1−ヘキセン総含量から計算され、ここで、C6は1−ヘキセン含量であり、Waは成分aの量である。
シール開始温度(SIT)
フィルム試験片の製造
単軸スクリューコリン押出機(スクリューの長さ/直径比1:25)において7m/分のフィルム引抜速度及び210〜250℃の溶融温度で各々の試験組成物を押し出すことにより、厚さ50μmであるいくつかのフィルムを製造する。それぞれの得られたフィルムは、97重量%のキシレン不溶性画分及び2g/10分のMFR Lを有するプロピレン単独重合体の厚さ1000μmのフィルム上に重ね合わされる。重ね合わされたフィルムは、200℃で9000kg荷重を5分間維持して、Carverプレスで互いに接合される。得られたラミネートを160℃でKaro 4 Brueckenerフィルム延伸機を用いて長手方向及び横方向、すなわち2軸方向に6倍延伸して、厚さ20μmのフィルム(18μm単独重合体+2μm試験)を得る。
SITの測定。
フィルム幅6cm、長さ35cmのフィルムストリップをBOPPフィルムの中心から切り取り、heフィルムをPP単独重合体で出来たBOPPフィルムと重ね合わせた。重ね合わされた試験片をBrugger Feinmechanik Sealer、モデルHSG−ETK 745を用いて、2cmの側部の一方に沿ってシールする。シール時間は、0.14MPa(20psi)の圧力で5秒である。シール開始温度は、試験組成物の溶融温度よりも約10℃低い。シールしたストリップは、引張試験機のグリップで要求されるのに十分な長さの15mm幅の6つの試験片に切断する。シール強度をテストし、及びロードセル容量100N、交差速度100mm/分及びグリップ距離50mmである。結果は、最大シール強度(N)の平均として表される。フロム(from)は、冷却状態に放置した後、シールされない端部をInstron機械に取り付け、50mm/分の牽引速度(traction speed)でテストする。
次いで、温度を次のように変更してテストを繰り返す:
シール強度が<1.5Nであれば、温度を上げる。
シール強度が>1.5Nであれば、温度を下げる。
シール強度が1℃の目標選択ステップに近接した場合、上記強度が2℃の目標選択ステップから離れる場合、温度変化を段階的に調整する必要がある。
目標シール強度(SIT)は、1.5N以上のシール強度が達成される最低温度として定義される。
ヘイズの測定
SIT測定のために、前述したように製造された50μmフィルム試験片を使用した。ヘイズ値は、ヘイズメーター(Hazemeter)タイプUX−10またはフィルター“C”を備えたG.E.1209光源を有する同等な機器に接続したGardner測光ユニットを使用してヘイズ値を測定する。既知のヘイズ参照試料は、装置を較正するために使用される。
共重合体の製造
触媒システム
濾過障壁を装備した500ml円筒形ガラス反応器に0℃で225mlのTiClを投入し、15分間撹拌しながら、10.1g(54ミリモル)の微細球形MgCl.2.1COHを後述するように得た。
添加終了時、温度を70℃にし、9ミリモルの9,9−ビス(メトキシメチル)フルオレンを投入する。温度を100℃に上げ、2時間後、TiClを濾過により除去する。200mlのTiCl及び9ミリモルの9,9−ビス(メトキシメチル)フルオレンを添加し;110℃で1時間後に、内容物を再び濾過し、さらに200mlのTiClを添加し、110℃でさらに1時間処理を続け;最終的に、すべての塩素イオンが濾過液から消えるまで、内容物を濾過し、及び60℃、n−ヘプタンで洗浄する。
微細球形MgCl.2.1COHは、次のように製造される。
48gの無水MgCl、77gの無水COH、及び830mlのケロシンを、不活性ガス中において周囲温度で、タービン撹拌機及び引抜管(drawing pipe)を装備した2リットルのオートクレーブに供給する。内容物を撹拌しながら120℃に加熱し、それにより、MgClとアルコールとの間に付加物を形成させ、この付加物は、溶融して分散剤と混合したまま維持する。オートクレーブ内部の窒素圧力は、15気圧に維持される。オートクレーブの引抜管は、加熱ジャケットを使用して外部から120℃に加熱し、1mmの内径を有し、加熱ジャケットの一方の端から他方の端まで3メートルの長さである。次いで、混合物を7m/秒の速度で管を通して流れるようにする。
管の出口で、分散液は2.5Iのケロシンを含有する5Iフラスコに攪拌下で回収され、及び初期温度−40℃に維持されたジャケットを介して外部から冷却される。分散液の最終温度は0℃である。エマルジョンの分散相を構成する球状固体生成物は、沈降及び濾過によって分離され、次いで、ヘプタンで洗浄され、及び乾燥される。これらのすべての操作は、不活性ガス雰囲気中で実行される。
50ミクロン以下の最大直径を有する球状固体粒子形態のMgCl3COH、130gを得る。
アルコールは、窒素流中において温度を50℃から100℃に徐々に上昇させてこのように得られた生成物から除去され、アルコール含量はMgClのモル当たり2.1モルに減少する。
触媒システム及び予備重合処理
これを重合反応器に導入する前に、上述の固体触媒成分を外部供与体としてアルミニウムトリエチル(TEAL)及びジシクロペンチルジメトキシシラン(DCPMS)と15℃で約6分間接触させる。
次いで、触媒システムは、重合反応器に導入する前に、20℃で約20分間液体プロピレン中に懸濁状態で維持させることによって予備重合させる。
重合
予備重合した触媒システム、水素(分子量調整剤として用いる)、気体状態のプロピレン及びエチレンを連続的な一定流で、第1気相重合反応器中に供給することによって、プロピレンエチレン共重合体(成分(a))を製造した。
第1反応器内で製造されたポリプロピレン共重合体を連続流で排出し、未反応の単量体をパージした後、気体状態の水素、1−ヘキセン、及びプロピレンの定量的に一定量の流れと一緒に、第2気相重合反応器中に連続流で導入した。
重合条件は、表1に報告する
表1に従って得られた重合体は、0.05%Irg.1010;0.1%Irg.168及び0.05%CaStを添加した後ペレット化した。組成物の特徴は、表2に報告する。
表2から、すべての組成物の融点が実質的に同じであっても、本発明による組成物では、より高いTm−SIT差が得られたという結果が出た。

Claims (4)

  1. プロピレン重合体組成物であって:
    a)3.5〜12.0g/10分の溶融流量(MFR、ASTM D 1238に従って、230℃/2.16kgで、すなわち230℃で2.16kgの荷重を使用して測定)を有し、1−ヘキセン誘導単位を10.2〜13.0重量%含有するプロピレン1−ヘキセン共重合体35重量%〜65重量%;
    b)3.5〜12.0g/10分の溶融流量(MFR、ASTM D 1238に従って、230℃/2.16kgで、すなわち230℃で2.16kgの荷重を使用して測定)を有し、エチレン誘導単位を1.5重量%〜6.5重量%含有するプロピレンエチレン共重合体35重量%〜65重量%;を含み、
    a)及びb)の量の合計が100重量%である、プロピレン重合体組成物。
  2. 成分a)が1−ヘキセン誘導単位を10.5〜13.0重量%含有する、請求項1に記載のプロピレン重合体組成物。
  3. 成分b)がエチレン誘導単位を2.0重量%〜6.1重量%含有する、請求項1に記載のプロピレン重合体組成物。
  4. 請求項1に記載のプロピレン重合体組成物を含む、フィルム。
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