JPH04258611A - 無定形弾性プロピレンホモポリマー - Google Patents

無定形弾性プロピレンホモポリマー

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JPH04258611A
JPH04258611A JP3252784A JP25278491A JPH04258611A JP H04258611 A JPH04258611 A JP H04258611A JP 3252784 A JP3252784 A JP 3252784A JP 25278491 A JP25278491 A JP 25278491A JP H04258611 A JPH04258611 A JP H04258611A
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soluble fraction
homopolymer
melting point
catalyst
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ブライアン・ジエイ・ペロン
George Cyrus Allen
ジヨージ・サイラス・アレン
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    • C08F110/00Homopolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【技術的分野】本発明は、実質的に無定形の弾性プロピ
レンホモポリマーに関する。このポリマーは、フィルム
及びフィルム配合物を含む多種の用途において熱可塑性
エラストマーとして利用し得る性質を有する。
【発明の背景】結晶性及び無定形ポリプロピレンは、多
種の用途において使用される材料であり、年間何十億ポ
ンドというポリプロピレン  ホモポリマー及びコポリ
マーが製造されている。無定形ポリプロピレンは一般に
、アタクチック  プロピレン  ポリマーが主成分で
あるとされている。他方、結晶性ポリプロピレンは、主
にシンジオタクチック又はアイソタクチック  ポリプ
ロピレンから成るポリプロピレンであると考えられてい
る。アイソタクチック、シンジオタクチック及びアタク
チック  ポリプロピレンの差は、ポリマーの立体化学
にある。アイソタクチックポリプロピレンのメチル置換
基は、ポリマーを形成する延びた鎖の片側に位置し、シ
ンジオタクチック  プロピレンのメチル基は、一側か
ら反対側に交互に規則的に配置されている。アイソタク
チック及びシンジオタクチック構造の規則性のために分
子がぴったり合い、これらは結晶性の高い物質となる。 他方、アタクチック  ポリプロピレンのメチル基は、
ポリマー鎖に沿って無作為に分布する。アタクチック 
 ポリプロピレンは一般に、強度の低いゴム状の物質で
、接着剤の製造に使用される。アイソタクチック、シン
ジオタクチック及びアタクチック  ポリプロピレンの
構造は、Morrison及びBoydによるOrga
nicChemistry、5版の1248頁に図示さ
れている。商業的に入手できるポリプロピレンの大部分
は、高結晶性アイソタクチックポリプロピレンである。 アイソタクチック構造は、高い剛性と優れた引っ張り強
さを有するポリプロピレンを生ずる。しかし結晶性ポリ
プロピレンは一般に、引張固定歪みが高く、弾性が望ま
しい用途には適さない。過去において、従来の重合法及
び非担持触媒を用いてプロピレン  ホモポリマー及び
コポリマーを製造すると、所望の高結晶性で主にアイソ
タクチックな生成物の他に実質的な量のアタクチック 
 ポリマーが同時に製造された。種々の方法を用いて両
生成物を分離し、精製し、アタクチック副生成物を接着
配合物、屋根材、コーキングコンパウンドなどの成分と
して商業的に使用した。しかしこの10年の間に、アイ
ソタクチック  ポリプロピレンの製造のための触媒が
大きく進歩した。高活性の立体特異的触媒を使用し、精
製又はアタクチックあるいは低結晶性ポリマーの除去の
必要のないアイソタクチック  ホモポリマー及びコポ
リマーを製造することが可能になった。しかし、新規な
高分子量アタクチック  プロピレンポリマーの開発は
、あまり注意をむけられなかった。約0.5%〜約5%
のアイソタクチック結晶性を持ち、固有粘度が1.5以
上である高分子量ジエチルエーテル可溶性画分を有する
分画可能なエラストマー  ポリプロピレンが、198
2年6月15日に付与されたCollette等のU.
S.特許4,335,225に開示されている。しかし
このポリマーは、本発明の新規ポリマーの性質を有して
いない。
【発明の概略】本発明は、弾性を有する新規な高分子量
無定形プロピレン  ホモポリマーを提供する。このポ
リマーのジエチルエーテル可溶性画分は、アイソタクチ
ック結晶性を持たず、固有粘度が約1.0dl/g以下
である。このポリマーは、固体担持触媒成分及び有機ア
ルミニウム成分を用いて製造される。本発明のポリマー
は、ポリマーの溶融粘度が190℃にて200,000
cps以上であり、230℃におけるメルトフローレー
ト(MFR)が80g/10分以下であるような分子量
を有する。このポリマーは、フィルム、フィラメント、
繊維、シート、成型品ならびに弾性が必要な他の用途を
含む多種の用途に適した汎用熱可塑性エラストマーであ
る。このポリマーは、他のホモポリマー及びコポリマー
と配合し、有用な性質を持つブレンドを製造することも
できる。
【詳細な説明】
本発明によると実質的に無定形の高分子量プロピレン 
 ポリマーが提供される。本文にて使用する“高分子量
”という用語は、溶融粘度が190℃にて200,00
0cps以上であるか、又はMFRが230℃にて80
g/10分以下であるポリマーを表す。このポリマーは
、アイソタクチック結晶性を示さず、固有粘度が約1.
0dl/g以下であるジエチルエーテル可溶性画分を含
む。本文にいうアイソタクチック結晶化度は、13C核
磁気共鳴(NMR)により決定される。13Cスペクト
ルは、125℃にてJOWL  FX270  NMR
スペクトロメーターを用い、13C周波数67.8MH
z、及びプロトンデカップリング269.65MHzで
得られる。定量には、12マイクロ秒パルス幅(約65
o)、及び2.1秒パルスの反復速度を使用する。重量
比90/10の1,2,4−トリクロロベンゼン/D6
−ベンゼンの溶液2ml中の0.1グラムのポリマーの
溶液を試料とする。酸化防止剤としてN−フェニル−1
−ナフチルアミンを使用する(約0.04M)。ポリプ
ロピレンの試料を前述のようにしてアイソタクチック含
有量に関して試験した後、周囲温度に冷却して24時間
保持した場合、十分長いアイソタクチック配列の結晶化
があればmmmmペンタツド下の面積が減少するであろ
う。mmmm強度の減少は、結晶化によるアイソタクチ
ックペンタツドの固定化に起因し、従って結晶化したポ
リマーの割合の尺度となる。NMRのリジディティーパ
ラメーターは、Collette等,MACROMOL
ECULES  22,1358(1989)により以
下のように定義され:
【数1】Rnmr=Fh−Fl(1−Fh)/(1−F
l)ここで、Fh及びFlは、それぞれ高温及び低温に
おけるmmmmペンタツドの割合である。Rnmr及び
結晶性の関係は以下の下で与えられる:
【数2】Rnmr=0.006+0.016(%結晶性
)従って、0又はそれ以下のRnmrは、アイソタクチ
ック結晶性がないことを示す。ポリマーの固有粘度は、
0.05グラムの試料を、0.1g/lのBHT(2,
6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール)を含む1
00mlのデカヒドロナフタレン中に入れ、電磁撹拌機
で撹拌しながら窒素下で135℃に2時間加熱して決定
する。混合物をフィルタ−スチックを通してCanno
n−Ubbelohda粘度計に注ぎ、135℃にてそ
の流出時間を測定し、溶媒のみの流出時間と比較する。 固有粘度を以下により算出する:
【数3】固有粘度=(ln  T/To)/CここでT
は、混合物の流出時間であり、Toは溶媒の流出時間で
あり、Cはグラム/デシリットルの単位のポリマーの濃
度である。本文でいう溶媒へのポリマーの溶解度は、試
料(6グラム)をセルロースの円筒濾紙中に入れて決定
する。円筒濾紙を溶媒を含む丸底ガラスフラスコ中の垂
直な円筒容器に入れる。溶媒を加熱沸騰させ、溶媒の蒸
気が円筒容器を囲む外部を通って上昇し、還流冷却器中
で冷却される。凝縮した溶媒を円筒濾紙上に滴下し、抽
出を16時間続ける。抽出された試料の部分が可溶性の
画分である。融点及び融解熱は、Perkin  El
mer  DSC−2C  示差走査熱量計(DSC)
を用いて測定する。融点は、ASTM法  D−348
1に従って決定する。MFRは、Tinius−Ols
en押出式可塑度計を用い、ASTM法  D−123
8に従って測定する。本発明のプロピレン  ホモポリ
マーの融点は、約145℃−約165℃であり、融解熱
は、約4cal/gm−約10cal/gmである。ポ
リマーの溶融粘度は、190℃にて約200,000c
psから約2,000,000cpa以上であり、MF
Rは、230℃にて約4gm/10分から約80gm/
10分である。本発明のプロピレン  ホモポリマーは
、約35%から約55%のジエチルエーテル可溶性画分
を含む。ジエチルエーテル可溶性画分は、13Cアイソ
タクチック結晶性を示さず、固有粘度は約1.0dl/
g以下である。エーテル可溶性画分は、40℃以上に検
出できる融点を持たず、結晶性がないことをさらに示し
ている。本発明のプロピレン  ホモポリマーは、約3
0%から約70%のヘプタン可溶性画分を含む。ホモポ
リマーのヘプタン可溶性画分の融点は、約100℃から
約110℃であり、融解熱は約2.0cal/gm以下
である。ホモポリマーのヘプタン不溶性画分の融点は、
約145℃から165℃であり、融解熱は約10cal
/gmから約20cal/gmである。本発明のホモポ
リマーは、プロピレン  モノマーを、約50〜80℃
(約120〜175oF)の温度にて、特定の触媒組成
物の存在下で重合させることから成る方法により製造す
る。重合は、プロピレンを液相に保つのに十分な圧力に
て行うべきであり、通常約30〜40バール(400〜
550psig)の範囲の圧力が適している。好ましい
温度は、約55〜65℃(約130〜150oF)であ
る。 本発明のホモポリマーの製造の間の水素濃度の厳密な制
御は、190℃における溶融粘度が200,000以上
であるポリマーを製造するために重要である。重合の間
に水素を入れず、溶融粘度が190℃にて2,000,
000cps以上のポリマーを製造するのが好ましい。 無定形高分子量プロピレン  ホモポリマーの重合に使
用する触媒組成物は、固体の担持触媒成分及び有機アル
ミニウム成分を含む。担持触媒成分は、テトラハロゲン
化チタンなどの活性遷移金属化合物をハロゲン化マグネ
シウム及びトリハロゲン化アルミニウムから成る強化担
体と共に含む。トリハロゲン化アルミニウムに対するハ
ロゲン化マグネシウムのモル比は、約8:0.5−3.
0であり、約8:1.0−1.5が好ましい。テトラハ
ロゲン化チタンに対するハロゲン化マグネシウムのモル
比は、約8:0.1−1.0であり、約8:0.4−0
.6が好ましい。好ましいハロゲン化マグネシウムは塩
化マグネシウムである。固体担持触媒組成物の調製にお
ける重要な手段は、電子供与性化合物の排除である。さ
らに触媒を用いたホモポリマーの重合は、電子供与体を
加えずに行わなければならない。ホモポリマーの製造に
使用する触媒系は: (A)以下: (i)ハロゲン化マグネシウム担持基剤とトリハロゲン
化アルミニウムとを、約8:0.5から約8:3のモル
比で、電子供与体を加えずに共微粉砕し;(ii)段階
(i)の生成物を、テトラハロゲン化チタンに対するハ
ロゲン化マグネシウムのモル比が約8:0.4から約8
:1となるのに十分な量のテトラハロゲン化チタンと共
に電子供与体を加えずに微粉砕する;ことから成る方法
により調製した固体触媒成分、及び(B)Al/Ti比
が約50:1から約600:1となるのに十分な量の、
各アルキル基の炭素数が1−9であるトリアルキルアル
ミニウム助触媒成分の組成物である。このように、この
改変法は、ハロゲン化マグネシウムとトリハロゲン化ア
ルミニウムとを電子供与体の不在下で共微粉砕し、その
ようにして形成した触媒担体をテトラハロゲン化チタン
と、やはり電子供与体の不在下で共微粉砕することから
成る。この固体触媒成分は、有機アルミニウム助触媒、
すなわち各アルキル基の炭素数が1−9であるトリアル
キルアルミニウムと共に使用する。アルキル基はエチル
基であることが好ましい。この好ましい触媒系と関連さ
せて本発明を以下に説明する。 チタン含有触媒成分に対する有機アルミニウム助触媒の
モル比、すなわちAl/Ti比は、約50:1から約6
00:1の範囲でなければならず、約90:1から約3
00:1が好ましい。重合は、撹拌反応器中で、平均滞
留時間約1時間から約3時間にて行う。反応器スラリ中
のポリマー固体濃度が約10重量%−約50重量%とな
るのに十分な量の触媒を反応器に供給する。反応器の流
出物を反応器から回収し、未反応モノマー及び水素をポ
リマーから蒸発させる。酸化防止剤、紫外線安定剤、顔
料などの種々の添加剤をポリマー中に添加することがで
きる。さらに本発明のポリマーの利点は、重合に使用す
る特定の触媒の生産性が高いために、ポリマー中の触媒
残留物が少量であり、これらの少量の触媒をポリマーか
ら除去する必要がないことである。本発明を以下の実施
例に関してさらに説明するが;それにより本発明の範囲
が制限されるものではない。
【実施例】実施例1 磁気連結撹拌機を備えた1リットルのジャケット付オー
トクレーブで実験を行った。オートクレーブの温度は、
同量のグリコールと水との混合物を熱媒液としてオート
クレーブのジャケットに流すことにより制御した。液体
の温度は、オートクレーブの内の鉄/コンスタンチン熱
電対に接続したマイクロプロセッサーを用いて制御した
。設定温度は+/−0.2℃で保たれた。プロピレン 
 モノマーは、重合用品質であり、使用前に、分子ふる
いを通し、酸素の除去のために銅触媒を通した。トリエ
チルアルミニウム(TEA)は、ノルマルヘプタン中、
25重量%の状態で購入し、そのまま使用した。ガス抜
きをした鉱油を用いて固体触媒成分の1重量%スラリを
製造した。使用前に30分間窒素でゆっくりパージしな
がらオートクレーブを90℃に加熱し、30℃に冷却し
、プロピレン蒸気でパージした。アルキル溶液及び触媒
は、ドライボックス中の分画びんに用意し、皮下注射器
を用いて反応器に導入した。1.98mlのTEA(2
5%)及び1.71mlの1%触媒スラリ(チタン含有
率2.5重量%)を反応器に加えた。0.6リットルの
プロピレン  モノマー(300グラム)をサイトゲー
ジ及び窒素圧力を用いて導入した。反応器の内容物を6
0℃に加熱し、500rpmで撹拌しながら2時間保持
した。2時間後、温度を急激に下げ、未反応プロピレン
を排気した。ポリマーを真空中、40℃にて終夜乾燥し
た。試験結果を下表1に示す。実施例2大規模の連続パ
イロットプラント運転によりプロピレン  ホモポリマ
ーの重合を行った。プロピレン  モノマー及び触媒成
分を別々に連続して撹拌反応器に装入した。 モノマーの供給速度は、反応器中の滞留時間が約2時間
となる速度である。触媒系の有機アルミニウム化合物は
、トリエチルアルミニウム(TEA)の5重量%ヘプタ
ン溶液であった。固体担持四塩化チタン触媒のチタン含
有率は、約2.5重量%であり、ペトロラタム中の6重
量%混合物として反応器にポンプで入れた。反応スラリ
中のポリマー固体濃度を約10%から約15%に保つの
に十分な量の2種の触媒成分を、ポリマー製造速度に比
例する速度で加えた。反応温度はずっと約140oF(
60℃)に保った。触媒の効率は、ポリマースラリの流
出速度、スラリの固体含有率及びチタン触媒添加速度か
ら算出した。ポリマーを未反応モノマーから分離し、I
rganoxR  1010を用いて安定化し、ペレッ
ト化し、試験した。試験結果を下表1に示す。
【表1】                          
         表1              
                    実施例1 
             実施例2融点  ℃   
                       14
9.9            153.9融解熱ca
l/gm                    7
.7                6.1メルトフ
ローレートgm/10分        5.7   
             9.7@230℃ 溶融粘度cps@190℃    >2,000,00
0    >2,000,000エーテル可溶性画分重
量%            42.8       
       44.0固有粘度          
                    0.93 
             0.82(エーテル可溶性
画分) 触媒効率                     
       11.8              
  6.8kgポリマー/g触媒 ヘプタン可溶性画分                
  43.8              62.8重
量% 融点  ℃                    
      105.6            10
5.8(ヘプタン可溶性画分) 融解熱cal/gm                
    0.6                1.
6(ヘプタン可溶性画分) 融点  ℃                    
      156.1            15
1.1(ヘプタン不溶性留分) 融解熱cal/gm                
  14.4              15.1(
ヘプタン不溶性留分) 75トンのVan  Dorn  Injection
  Molding機を用いてポリマーから厚さ0.1
25”の試験棒を製造した。これらの棒につき、破断点
引張り強さ、破断点伸び、及び引張固定歪みに関して試
験した。ポリマーの引張固定歪みは、300%の伸び率
において69%であった。700%伸び率において破断
は観察されなかった。実施例1及び2のポリマーのエー
テル可溶性画分を抽出し、上記に従いNMRアイソタク
チック結晶化度に関して試験した。結果を下記に示す。
【表2】                          
         表2              
                         
           実施例1    実施例2NM
Rアイソタクチック含有率@125℃(Fh)    
0.16    0.15NMRアイソタクチック含有
率@32℃(Fl)      0.16    0.
16NMRリジディティー             
                   0     
   <0NMR結晶化度             
                         
0          0             
                実施例3及び4実施
例3において0.35バール(5psig)の分圧、及
び実施例4において1.05バール(15psig)の
分圧にて水素を反応器に加える以外は実施例1と同様の
方法でプロピレン  モノマーを重合させた。試験結果
を下表3に示す。
【表3】                          
         表3              
                    実施例3 
             実施例4融点  ℃   
                       15
5.8            157.4融解熱ca
l/gm                    5
.1                5.8メルトフ
ローレートgm/10分      11.3    
          79.0@230℃ 溶融粘度cps@190℃    >2,000,00
0        209,000触媒効率     
                       12
.5              13.9kgポリマ
ー/g触媒 ヘプタン可溶性画分                
  56.4              60.9重
量% 融点  ℃                    
      106.6            11
0.4(ヘプタン可溶性画分) 融解熱cal/gm                
    1.0                1.
1(ヘプタン可溶性画分) 融点  ℃                    
      157.7            15
8.4(ヘプタン不溶性留分) 融解熱cal/gm                
  17.0              17.6(
ヘプタン不溶性留分)                         実
施例5及び6(比較例)本発明のホモポリマーの製造に
おける水素の制御の重要性を示すため、それぞれ3.1
5及び4.9バール(45及び70psig)の分圧に
おいて水素を加える以外は実施例1と同様の方法でプロ
ピレン  モノマーを重合させた。ポリマーを試験し、
結果を下表4に示す。
【表4】                          
         表4              
                    実施例5 
             実施例6H2分圧(バール
)                     3.1
5              4.9メルトフローレ
ートg/10分        液体        
          液体@230℃ 溶融粘度cps@190℃          630
0              1730ヘプタン可溶
性画分                  79.7
              84.3重量% 融点  ℃                    
      115.5            13
4.8(ヘプタン可溶性画分) 融解熱cal/gm                
    2.3                3.
1(ヘプタン可溶性画分) 融点  ℃                    
      151.4            15
2.2(ヘプタン不溶性画分) 融解熱cal/gm                
  21.3              21.5(
ヘプタン不溶性画分) 実施例5及び6(ともに比較例)は、過剰の水素を加え
ると望ましくない高いメルトフローレート及び望ましく
ない低い溶融粘度を持つポリマーを製造する結果となる
ことを示す。本発明の特定の具体化につき記載したが、
種々の変更及び修正が本発明の精神及び範囲から逸脱す
ることなく可能であることは当業者に明らかであろう。 特許請求の範囲は本発明の範囲内のそのような修正を総
て含むものである。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  実質的に無定形の弾性高分子量プロピ
    レンホモポリマーにおいて、融点が145℃−165℃
    であり、190℃における溶融粘度が200,000c
    ps以上であり、融解熱が4cal./gm.−10c
    al./gm.であり、ポリマーが約35%−約55%
    の、固有粘度が約1.0dl/g以下で実質的にアイソ
    タクチックな結晶性を持たないジエチルエーテル可溶性
    画分を含むことを特徴とするポリマー。
  2. 【請求項2】  請求項1に記載のポリマーにおいて、
    約30%−約70%のヘプタン可溶性画分を含み、該画
    分の融点が約100℃−115℃であり、融解熱が約2
    .0cal./gm.以下であることを特徴とするポリ
    マー。
  3. 【請求項3】  請求項1に記載のホモポリマーにおい
    て、 (A)ホモポリマーを以下: (i)ハロゲン化マグネシウム担持基剤とトリハロゲン
    化アルミニウムとを約8:0.5から約8:3のモル比
    で、電子供与体を加えずに共微粉砕し;(ii)段階(
    i)の生成物を、テトラハロゲン化チタンに対するハロ
    ゲン化マグネシウムのモル比が約8:0.4から約8:
    1となるのに十分な量のテトラハロゲン化チタンと共に
    電子供与体を加えずに微粉砕する;ことにより調製した
    固体触媒成分、及び (B)Al/Ti比が約50:1から約600:1とな
    るのに十分な量の、各アルキル基の炭素数が1−9であ
    るトリアルキルアルミニウム助触媒成分から成る触媒系
    を用いて重合することにより得られることを特徴とする
    ポリマー。
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