説明

回転成形用エチレン系重合体パウダーおよび回転成形容器

【課題】熱安定性、成形加工性に優れる回転成形用エチレン共重合体パウダーを提供する。
【解決手段】下記(A)〜(F)を満足するエチレン系重合体よりなり、平均粒径が50〜800μmであるエチレン系重合体パウダーを用いる。(A)密度(d)が925〜960kg/m、(B)MFRが1〜30g/10分、(C)末端ビニル数が1,000C当たり0.2個以下、(D)160℃で測定した溶融張力(MS160)とMFRの関係が、MS160>90−130×log(MFR)、(E)190℃で測定した溶融張力(MS190)とMS160の関係が、MS160/MS190<1.8、(F)流動の活性化エネルギー(E)と密度の関係が127−0.107d<E<88−0.060d

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、特定の回転成形用エチレン系重合体パウダーおよびそれを用いてなる回転成形容器に関する。さらに詳しくは特定の密度、及び従来公知のエチレン系重合体に比較して溶融張力が高いことを特徴とし、熱安定性、成形加工性にも優れる回転成形用エチレン共重合体パウダー、およびそれを用いてなる機械的特性、特に耐環境応力亀裂性(ESCR)と剛性、衝撃強度のバランスに優れた回転成形容器に関するものである。
【背景技術】
【0002】
ポリエチレンは安価で機械強度に優れているので各種容器素材として用いられている。小型容器は主にブロー成形法により成形されているが、特にタンク等の大型容器の場合、通常のブロー成形では目的とする容器は製造が困難である。近年このような大型容器の成形を目的として回転成形法が広く用いられており、ポリアミド、発泡ポリエチレンおよびポリエチレンを組み合わせた多層タンク等が提案されている(例えば特許文献1、2参照。)。
【0003】
そして、従来、チーグラー触媒により重合されたポリエチレンの中密度グレードがこの回転成形法には広く用いられている。しかしながら、これらポリエチレンは分子量分布が広く衝撃強度が不十分で、しかも分子中でのコモノマーの分布も不均一の為、例えば耐ストレスクラック性に劣るという問題点が指摘されている。又、実際の回転成形に上記のような従来のポリエチレンを用いた場合、回転成形機内でのポリエチレンパウダーの流動性が不十分であり、その結果得られた成形品の厚みが不均一で、その成形品の内表面も平滑性に劣ることが指摘されている。さらに、この従来のポリエチレンは実質的には高融点であるポリエチレン共重合体と低融点であるポリエチレン共重合体との組成物であり、回転成形機内の粉体融解挙動も不均一である。
【0004】
そして、メタロセン触媒により重合されたポリエチレンを、回転成形に応用することが提案されている(例えば特許文献3参照。)。
【0005】
【特許文献1】特開平07−223302号公報
【特許文献2】特開昭57−1108418号公報
【特許文献3】特開平9−194537号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかし、特許文献3に提案された方法においては、メタロセン触媒により重合されたポリエチレンは分子量分布が狭いため、衝撃強度においては優れているが、その反面、高分子成分の量が不足しており、その結果、耐ストレスクラック性は従来のポリエチレン程度しかなく、耐ストレスクラック性としてはまだ課題を残すものであり、成形性、機械物性及び表面平滑性、耐劣化性能に優れたエチレン系重合体製回転成形体はほとんど提供されてはいないのが現状である
そこで、本発明は、回転成形機内で、低温度で短時間に均一に融解し、回転成形に適した溶融粘度を有するとともに、肉厚が均一で内表面も平滑な成形を行うことが可能となる回転成形用エチレン系重合体パウダー及びそれを成形してなる機械的特性、特に耐環境応力亀裂性(ESCR)と剛性、衝撃強度のバランスに優れ、かつ、熱安定性に優れた回転成形容器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明者は上記課題に関し、鋭意検討した結果、特定のエチレン系重合体パウダーが回転成形機内で、低温度で短時間に且つ均一に融解し、回転成形に適した溶融粘度を有するとともに、肉厚が均一で内表面も平滑である容器を成形することができ、しかも機械的特性、特に耐環境応力亀裂性(ESCR)と剛性、衝撃強度のバランスに優れ、かつ、熱安定性に優れる回転成形容器となることを見いだし、本発明を完成させるに至った。
【0008】
すなわち、本発明は、エチレンから導かれる繰り返し単位、またはエチレンから導かれる繰り返し単位と炭素数3〜8のα−オレフィンから導かれる繰り返し単位からなり、下記(A)〜(F)を満足するエチレン系重合体よりなり、平均粒径が50〜800μmであることを特徴とする回転成形用エチレン系重合体パウダー及びそれよりなる回転成形容器に関するものである。
(A)JIS K6760に準拠して密度勾配管法により測定した密度(d)が925kg/m以上960kg/m以下である。
(B)190℃、2.16kg荷重で測定したメルトフローレート(MFR)が1g/10分以上30g/10分以下である。
(C)末端ビニル数が1000炭素原子当たり0.2個以下である。
(D)160℃で測定した溶融張力(MS160(mN))とMFRの関係が、下記式(1)を満足する。
【0009】
MS160>90−130×log(MFR) (1)
(E)190℃で測定した溶融張力(MS190(mN))とMS160の関係が、下記式(2)を満足する。
【0010】
MS160/MS190<1.8 (2)
(F)流動の活性化エネルギー(E(kJ/mol))と密度(d)の関係が、下記式(3)を満足する。
【0011】
127−0.107d<E<88−0.060d (3)
【0012】
本発明の回転成形用エチレン系重合体パウダーは、エチレンから導かれる繰り返し単位、またはエチレンから導かれる繰り返し単位と炭素数3〜8のα−オレフィンから導かれる繰り返し単位からなり、上記(A)〜(F)を満足するエチレン系重合体よりなり、平均粒径50〜800μmを有するものである。
【0013】
本発明の回転成形用エチレン系重合体パウダーを構成するエチレン系重合体は、エチレンから導かれる繰り返し単位からなるエチレン単独重合体、またはエチレンから導かれる繰り返し単位と炭素数3〜8のα−オレフィンから導かれる繰り返し単位からなるエチレン−α−オレフィン共重合体である。エチレン−α−オレフィン共重合体である場合のエチレン−α−オレフィン共重合体に含有される単位である炭素数3〜8のα−オレフィンとしては、例えばプロピレン、1−ブテン、1−ヘキセン、1−オクテン、4−メチル−1−ペンテン、3−メチル−1−ブテン等が挙げられ、これら炭素数3〜8のα−オレフィンの少なくとも2種類を併用してもよい。ここで、炭素数8を越えるα−オレフィンである場合、エチレン系重合体の溶融温度、結晶性が低下するために熱安定性、剛性に優れる回転成形体を得ることが困難となる。
【0014】
該エチレン系重合体は、(A)JIS K6760(1995)に準拠して密度勾配管法で測定した密度(d)が、925kg/m以上960kg/m以下である。ここで、密度(d)が925kg/m3 未満である場合、回転成形体とした際の剛性が不足し、大型容器の製造が困難となる。一方、密度が960kg/m3 を越える場合、耐ストレスクラック性、耐衝撃性に劣る回転成形体となる。
【0015】
該エチレン共重合体粉体は、(B)190℃、2.16kg荷重で測定したメルトフローレート(以下、MFRと記す。)が1g/10分以上30g/10分以下であり、好ましくは3g/10分以上25g/10分以下、さらに好ましくは5g/10分以上15g/10分以下である。ここで、MFRが1g/10分未満の場合、回転成形に供した際に回転成形機内で流動性が不足し、成形容器の肉厚むら、内表面の平滑性に劣るものとなる。一方、30g/10分を越える場合、耐衝撃性、耐ストレスクッラク性に劣る回転成形体となる。
【0016】
該エチレン系重合体は、(C)末端ビニル数が1000炭素原子当たり0.2個以下であり、好ましくは0.1個以下である。ここで、末端ビニル数が1000炭素原子当たり0.2個を越える場合、成形加工に供した際の熱劣化、とくに黄変の問題が生じてくる。
【0017】
本発明における末端ビニル数は、エチレン系重合体を熱プレスした後、氷冷して調製したフィルムをフーリエ変換赤外分光光度計(FT−IR)を用い、4000cm−1〜400cm−1の範囲で測定し、下式を用い算出することが可能である。
1000炭素原子当たりの末端ビニル数(個/1000C)=a×A/L/d
(式中、aは吸光光度係数、Aは末端ビニルに帰属される909cm−1の吸光度、Lはフィルムの厚み、dは密度を示す。なお、aは、H−NMR測定より、1000炭素原子当たりの末端ビニル数を確認したサンプルを用いて作成した検量線から求めた。H−NMR測定は、NMR測定装置(日本電子社製、(商品名)GSX400)を用い、重水素化ベンゼンとo−ジクロロベンゼンの混合溶媒中、130℃において実施した。1000炭素原子当たりの末端ビニル数は、メチレンに帰属されるピークと末端ビニルに帰属されるピークの積分比から算出した。各ピークは、テトラメチルシランを基準(0ppm)として、化学シフトが1.3ppmのピークをメチレン、4.8−5.0ppmのピークを末端ビニルと帰属した。)
該エチレン系重合体は、(D)160℃で測定した溶融張力(mN)(以下、MS160と記す。)とMFRの関係が、下記式(1)を満足するものであり、下記式(4)を満足するものであることが好ましい。
【0018】
MS160>90−130×log(MFR) (1)
MS160>110−130×log(MFR) (4)
ここで、上記式(1)を満足しないものである場合、回転成形に供した際に回転成形機内での粉体の溶融挙動も不均一となり、成形品の肉厚斑、内表面の平滑性も劣る回転成形体となる。
【0019】
なお、本発明におけるMS160は、長さが8mm,直径が2.095mmであるダイスを用い、流入角90°で、せん断速度10.8s−1、延伸比が47、測定温度160℃の条件で測定したものであり、最大延伸比が47未満の場合、破断しない最高の延伸比で測定した値をMS160とした。
【0020】
該エチレン系重合体は、(E)190℃で測定した溶融張力(以下、MS190と記す。)とMS160の関係が、下記式(2)を満足するものであり、下記式(5)を満足するものであることが好ましい。
【0021】
MS160/MS190<1.8 (2)
MS160/MS190<1.7 (5)
ここで、上記式(2)を満足しないものである場合、エチレン系重合体は温度によって溶融張力が大きく変化するために、成形加工時の成形加工温度の厳密な調節が必要となり、ひいては成形可能範囲が狭くなる。
【0022】
本発明におけるMS190は、長さが8mm,直径が2.095mmであるダイスを用い、流入角90°で、せん断速度10.8s−1、延伸比が47、測定温度190℃の条件で測定したものであり、最大延伸比が47未満の場合、破断しない最高の延伸比で測定した値をMS190とした。
【0023】
該エチレン系重合体は、(F)流動の活性化エネルギー(kJ/mol)(以下、Eと記す。)と密度(d)の関係が、下記式(3)を満足し、さらに下記式(6)を満足するものであることが好ましい。
【0024】
127−0.107d<E<88−0.060d (3)
127−0.107d<E<87−0.060d (6)
ここで、Eが上記式(3)を満足しない場合、溶融粘度の温度依存性が大きくなるため、成形加工温度の厳密な調節が必要となり、加工性に課題が発生するものとなる。
【0025】
なお、本発明におけるEは、150℃〜190℃の動的粘弾性測定によって得られるシフトファクターをアレニウス式に代入して求めることができる。
【0026】
さらに該エチレン系重合体は、機械的強度に優れる成形体を得ることが可能となることから(G)重量平均分子量/数平均分子量(以下、M/Mと記す。)が2以上6以下であることが好ましく、特に2以上5以下であることが好ましい。なお、M/Mは、ゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー(GPC)によって測定した標準ポリエチレン換算の重量平均分子量(M)と数平均分子量(M)の比より算出することが可能である。
【0027】
本発明の回転成形用エチレン系重合体パウダーを構成する上記要件(A)〜(F)を満たし、好ましくは上記要件(G)を満足するエチレン系重合体は、後述する本願実施例の製造条件そのもの、あるいは条件因子のマイナー変動によって任意に製造することが可能である。該エチレン系重合体の製造方法としては、例えばメタロセン化合物として、2つのシクロペンタジエニル基が2種類以上の原子の連鎖からなる架橋基で架橋されているか、もしくは2個以上の原子の連鎖からなる架橋基で架橋されている架橋型ビスシクロペンタジエニルジルコニウム錯体(以下、成分(a)と記す。)と、架橋型(シクロペンタジエニル)(フルオレニル)ジルコニウム錯体および/または架橋型(インデニル)(フルオレニル)ジルコニウム錯体(以下、成分(b)と記す。)を用いたメタロセン触媒の存在下に、エチレンを重合する、またはエチレンと炭素数3〜8のα−オレフィンを共重合する方法を用いることができる。
【0028】
成分(a)の具体例としては、1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン−1,3−ジイル−ビス(シクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロライド、1,1−ジメチル−1−シラエタン−1,2−ジイル−ビス(シクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロライド、プロパン−1,3−ジイル−ビス(シクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロライド、ブタン−1,4−ジイル−ビス(シクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロライド、シス−2−ブテン−1,4−ジイル−ビス(シクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロライド、1,1,2,2−テトラメチルジシラン−1,2−ジイル−ビス(シクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロライド等のジクロライドおよび上記遷移金属化合物のジメチル体、ジエチル体、ジヒドロ体、ジフェニル体、ジベンジル体を例示することができる。
【0029】
成分(b)の具体例としては、ジフェニルメチレン(1−シクロペンタジエニル)(9−フルオレニル)ジルコニウムジクロリド、ジフェニルメチレン(2−トリメチルシリル−1−シクロペンタジエニル)(9−フルオレニル)ジルコニウムジクロリド、ジフェニルメチレン(1−シクロペンタジエニル)(2,7−ジメチル−9−フルオレニル)ジルコニウムジクロリド、ジフェニルメチレン(1−シクロペンタジエニル)(2,7−ジ−t−ブチル−9−フルオレニル)ジルコニウムジクロリド、イソプロピリデン(1−シクロペンタジエニル)(9−フルオレニル)ジルコニウムジクロリド、イソプロピリデン(1−シクロペンタジエニル)(2,7−ジ−t−ブチル−9−フルオレニル)ジルコニウムジクロリド、ジフェニルシランジイル(1−シクロペンタジエニル)(9−フルオレニル)ジルコニウムジクロリド、ジメチルシランジイル(1−シクロペンタジエニル)(9−フルオレニル)ジルコニウムジクロリド、ジフェニルメチレン(1−インデニル)(9−フルオレニル)ジルコニウムジクロリド、ジフェニルメチレン(2−フェニル−1−インデニル)(9−フルオレニル)ジルコニウムジクロリド、ジフェニルメチレン(2−フェニル−1−インデニル)(2,7−ジ−t−ブチル−9−フルオレニル)ジルコニウムジクロリド等のジクロライドおよび上記遷移金属化合物のジメチル体、ジエチル体、ジヒドロ体、ジフェニル体、ジベンジル体を例示することができる。また上記遷移金属化合物のジルコニウム原子をチタン原子またはハフニウム原子に置換した化合物も例示することもできる。
【0030】
該エチレン系重合体の製造における、成分(a)に対する成分(b)の量は、特に制限はなく、0.0001〜100倍モルであることが好ましく、特に好ましくは0.001〜10倍モルである。
【0031】
該エチレン系重合体の製造に用いることができる方法における成分(a)と成分(b)を用いたメタロセン触媒としては、成分(a)と成分(b)と有機アルミニウム化合物(以下、成分(c)と記す。)からなる触媒、成分(a)と成分(b)とアルミノオキサン(以下、成分(d)と記す。)からなる触媒、さらに成分(c)を含んでなる触媒、成分(a)と成分(b)とプロトン酸塩(以下、成分(e)と記す。)、ルイス酸塩(以下、成分(f)と記す。)または金属塩(以下、成分(g)と記す。)から選ばれる少なくとも1種類の塩からなる触媒、さらに成分(c)を含んでなる触媒、成分(a)と成分(b)と成分(d)と無機酸化物(以下、成分(h)と記す。)からなる触媒、成分(a)と成分(b)と成分(h)と成分(e)、成分(f)、成分(g)から選ばれる少なくとも1種類の塩からなる触媒、さらに成分(c)を含んでなる触媒、成分(a)と成分(b)と粘土鉱物(以下、成分(i)と記す。)と成分(c)からなる触媒、成分(a)と成分(b)と有機化合物で処理された粘土鉱物(以下、成分(j)と記す。)からなる触媒を例示することができるが、好ましくは成分(a)と成分(b)と成分(j)からなる触媒を用いることができる。
【0032】
成分(i)および成分(j)として用いることが可能な粘土鉱物は、微結晶状のケイ酸塩を主成分とする微粒子である。粘土鉱物の大部分は、その構造上の特色として層状構造を成しており、層の中に種々の大きさの負電荷を有することが挙げられる。この点で、シリカやアルミナのような三次元構造を持つ金属酸化物と大きく異なる。これらの粘土鉱物は、一般に層電荷の大きさで、パイロフィライト、カオリナイト、ディッカイトおよびタルク群(化学式当たりの負電荷がおよそ0)、スメクタイト群(化学式当たりの負電荷がおよそ0.25から0.6)、バーミキュライト群(化学式当たりの負電荷がおよそ0.6から0.9)、雲母群(化学式当たりの負電荷がおよそ1)、脆雲母群(化学式当たりの負電荷がおよそ2)に分類されている。ここで示した各群には、それぞれ種々の粘土鉱物が含まれるが、スメクタイト群に属する粘土鉱物としては、モンモリロナイト、バイデライト、サポナイト、ヘクトライト等が挙げられる。また、上記粘土鉱物は複数混合して用いることもできる。
【0033】
成分(j)における有機化合物処理とは、粘土鉱物層間に有機イオンを導入し、イオン複合体を形成することをいう。有機化合物処理で用いられる有機化合物としては、N,N−ジメチル−n−オクタデシルアミン塩酸塩、N,N−ジメチル−n−エイコシルアミン塩酸塩、N,N−ジメチル−n−ドコシルアミン塩酸塩、N,N−ジメチルオレイルアミン塩酸塩、N,N−ジメチルベヘニルアミン塩酸塩、N−メチル−ビス(n−オクタデシル)アミン塩酸塩、N−メチル−ビス(n−エイコシル)アミン塩酸塩、N−メチル−ジオレイルアミン塩酸塩、N−メチル−ジベヘニルアミン塩酸塩、N,N−ジメチルアニリン塩酸塩を例示することができる。
【0034】
成分(a)と成分(b)と成分(j)からなる触媒は、有機溶媒中、成分(a)と成分(b)と成分(j)を接触させることによって得られるが、成分(a)と成分(j)の接触生成物に成分(b)を添加する方法、成分(b)と成分(j)の接触生成物に成分(a)を添加する方法、成分(a)と成分(b)の接触生成物に成分(j)を添加する方法、成分(j)に成分(a)と成分(b)の接触生成物を添加する方法を例示することができる。
【0035】
接触溶媒としては、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、シクロペンタンもしくはシクロヘキサン等の脂肪族炭化水素類;ベンゼン、トルエンもしくはキシレン等の芳香族炭化水素類;エチルエーテルもしくはn−ブチルエーテル等のエーテル類;塩化メチレンもしくはクロロホルム等のハロゲン化炭化水素類;1,4−ジオキサン、アセトニトリルまたはテトラヒドロフランを例示することができる。
【0036】
接触温度については、0〜200℃の間で選択して処理を行うことが好ましい。
【0037】
各成分の使用量は、成分(j)1gあたり成分(a)が、0.0001〜100mmolであることが好ましく、特に0.001〜10mmolであることが好ましい。
【0038】
このようにして調製された成分(a)と成分(b)と成分(j)の接触生成物は、洗浄せずに用いても良く、また洗浄した後に用いても良い。また、成分(a)または成分(b)がジハロゲン体の時、さらに成分(c)を添加することが好ましい。また、成分(j)、重合溶媒およびオレフィン中の不純物を除去することを目的に成分(c)を添加することができる。
【0039】
該エチレン系重合体の製造方法としては、重合温度は−100〜120℃が好ましく、特に生産性を考慮すると20〜120℃、さらには60〜120℃の範囲で行うことが好ましい。重合時間は10秒〜20時間の範囲が好ましく、重合圧力は常圧〜300MPaの範囲で行うことが好ましい。エチレンと炭素数3〜8のα−オレフィンの供給割合として、エチレン/炭素数3〜8のα−オレフィン(モル比)が、1〜200であることが好ましく、特に3〜100であることが好ましく、さらに5〜50の供給割合を用いることが好ましい。また、重合時に水素などを用いて分子量の調節を行うことも可能である。重合はバッチ式、半連続式、連続式のいずれの方法でも行うことが可能であり、重合条件を変えて2段階以上に分けて行うことも可能である。また、エチレン系共重合体は、重合終了後に従来既知の方法により重合溶媒から分離回収され、乾燥して得ることができる。
【0040】
重合はスラリー状態、溶液状態または気相状態で実施することができ、特に、重合をスラリー状態で行う場合にはパウダー粒子形状の整ったエチレン系共重合体を効率よく、安定的に生産することができる。また、重合に用いる溶媒は一般に用いられる有機溶媒であればいずれでもよく、具体的には例えばベンゼン、トルエン、キシレン、プロパン、イソブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサン、ガソリン等が挙げられ、プロピレン、1−ブテン、1−ヘキセン、1−オクテン等のオレフィン自身を溶媒として用いることもできる。
【0041】
本発明の回転成形用エチレン系重合体パウダーは、平均粒径50〜800μmを有するものであり、特に100〜700μm、さらに200〜500μmのものであることが好ましい。ここで、平均粒径が50μm未満である場合、未溶融の段階でのパウダーの流動性が低く、肉厚が均一な成形体が得られなくなる。一方、800μmを越える場合、溶融のための時間が長くなることから成形時間も長くなり、成形体中気泡が入りやすくなってしまう。また、回転成形用エチレン系重合体パウダーは、例えばペレットを機械粉砕することにより得ることができる。なお、本発明において、平均粒径はJISで規定された篩により測定することができる。
【0042】
さらに、本発明の回転成形用エチレン系重合体は、回転成形体とした際の厚みが均一となることから、バルク密度0.3g/cm3以上を有するものであることが好ましい。
【0043】
本発明の回転成形用エチレン系重合体は、各種目的に応じて他の任意の配合成分を配合していてもよく、該配合成分としては、通常のポリオレフィン用添加剤や配合材等として用いられる結晶化核剤、酸化防止剤、中和剤、耐候性改良剤、気泡防止剤、分散剤、帯電防止剤、滑剤、分子量調整剤(過酸化物等)、熱安定剤、光安定剤、紫外線吸収剤、潤滑剤、防曇剤、アンチブロッキング剤、スリップ剤、難燃剤、導電性付与剤、架橋剤、架橋助剤、金属不活性化剤、防菌剤、蛍光増白剤等の各種助剤、他の各種樹脂及びエラストマー、フィラー、着色剤等を挙げることができる。この中でも結晶化核剤、分散剤、滑剤等表面光沢を改良する効果のあるものは光沢を更に向上させる手段として有効であり好ましい。
【0044】
また、これら配合成分の配合方法としては、配合成分をドライブレンドする方法、予め配合成分を高濃度にしたマスターバッチペレットを使用する方法などがある。上記機械的混合或いは溶融混練に用いられる混合機或いは混練機としては、例えばヘンシェルミキサー、スーパーミキサー、Vブレンダー、タンブラーミキサー、リボンブレンダー、バンバリーミキサー、ニーダーブレンダー、ブラベンダープラストグラフ、ロール、一軸スクリュー押出造粒機、二軸スクリュー押出造粒機等を挙げることができる。また、溶融混練温度は一般に100〜300℃で行われる。
【0045】
本発明の回転成形用エチレン系重合体パウダーは、回転成形に供することにより回転成形体とすることができる。その際の回転成形機としては、直接加熱法、間接加熱法のいずれかを問わず、単軸回転、複軸回転やロッキング運動の有無をとわず、公知の回転成形設備を用いることができる。また、回転成形体の冷却方法は放置冷却、強制冷却のいずれの方法を取ってもよいが両方を組み合わせることが好ましい。
【0046】
得られた回転成形体は、回転成形容器として用いることができ、該回転成形容器は単層容器、多層容器のいずれでもよく、また、該回転成形容器は、例えば工業用タンク、農業用タンク、塗料タンク、各種処理剤、活魚タンク、カヌー等のスポーツ用具等にも用いられる。
【発明の効果】
【0047】
本発明の回転成形用エチレン系重合体パウダーは、大型タンク、複雑な形状の容器等の回転成形容器に適しており、得られた回転成形容器も肉厚斑がなく、内面も平滑且つ成形歪みもないものであり、機械強度にも優れたものであり、従来のポリエチレン容器に比べ、製品の肌が良好であり、かつ高純度薬品を充填した場合、薬品性に優れ、その機械強度を長期間安定して保持することが可能であり、半導体装置分野や精密工業部品分野等において部品の洗浄、エッチング等また、医療用、食品用に要求される純度の高い溶剤の容器、大型容器に好適に利用される。
【実施例】
【0048】
以下実施例によって本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、断りのない限り用いた試薬等は市販品を用いた。
【0049】
有機化合物で処理された粘土鉱物[成分(j)]の調製、エチレン系重合体製造用触媒の調製、エチレン系重合体の製造および溶媒精製は全て不活性ガス雰囲気下で行った。有機化合物で処理された粘土鉱物[成分(j)]の調製、エチレン系重合体製造用触媒の調製、エチレン系重合体の製造に用いた溶媒等は全て予め公知の方法で精製、乾燥、脱酸素を行ったものを用いた。成分(a)および成分(b)は公知の方法により合成、同定したものを用いた。トリイソブチルアルミニウムのヘキサン溶液(0.714M)は東ソーファインケム(株)製を用いた。
【0050】
さらに、実施例におけるエチレン系重合体の諸物性は、以下に示す方法により測定した。
【0051】
〜分子量および分子量分布の測定〜
重量平均分子量(M)、数平均分子量(M)および重量平均分子量と数平均分子量の比(M/M)は、ゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー(GPC)によって測定した。GPC装置としては東ソー(株)製 HLC−8121GPC/HTを用い、カラムとしては東ソー(株)製 TSKgel GMHhr−H(20)HTを用い、カラム温度を140℃に設定し、溶離液として1,2,4−トリクロロベンゼンを用いて測定した。測定試料は1.0mg/mlの濃度で調製し、0.3ml注入して測定した。分子量の検量線は、分子量既知のポリスチレン試料を用いて校正されている。なお、MおよびMは直鎖状ポリエチレン換算の値として求めた。
【0052】
〜密度の測定〜
密度(d)は、JIS K6760(1995)に準拠して密度勾配管法で測定した。
末端ビニル数は、Perkin Elmer社製SPECTRUM ONEフーリエ変換赤外分光光度計(FT−IR)を用いて、エチレン系重合体を熱プレスした後、氷冷して調製したフィルムを4000cm−1〜400cm−1の範囲で測定し、下式を用い算出した。
【0053】
〜末端ビニル数の測定〜
1000炭素原子当たりの末端ビニル数(個/1000C)=a×A/L/d
式中、aは吸光光度係数、Aは末端ビニルに帰属される909cm−1の吸光度、Lはフィルムの厚み、dは密度を示す。なお、aは、H−NMR測定より、1000炭素原子当たりの末端ビニル数を確認したサンプルを用いて作成した検量線から求めた。H−NMR測定は、日本電子社製のGSX400を用い、重水素化ベンゼンとo−ジクロロベンゼンの混合溶媒中、130℃において実施した。1000炭素原子当たりの末端ビニル数は、メチレンに帰属されるピークと末端ビニルに帰属されるピークの積分比から算出した。各ピークは、テトラメチルシランを基準(0ppm)として、化学シフトが1.3 ppmのピークをメチレン、4.8−5.0 ppmのピークを末端ビニルと帰属した。
【0054】
溶融張力(MS160、MS190)および流動の活性化エネルギー(E)の測定に用いたエチレン系重合体は、予め耐熱安定剤としてイルガノックス1010TM(チバスペシャリティケミカルズ社製)1,500ppm、イルガフォス168TM(チバスペシャリティケミカルズ社製)1,500ppmを添加したものを、インターナルミキサー(東洋精機製作所製、商品名:ラボプラストミル)を用いて、窒素気流下、190℃、回転数30rpmで30分間混練したものを用いた。
【0055】
〜流動の活性化エネルギーの算出〜
流動の活性化エネルギー(E)は、円板−円板レオメーター(アントンパール社製、商品名:MCR−300)を用い、150℃、170℃、190℃の各温度で角速度0.1〜100rad/sの範囲のせん断貯蔵弾性率G’、せん断損失弾性率G”を求め、基準温度150℃での横軸のシフトファクターを求め、アレニウス型の式により計算した。
【0056】
〜溶融張力の測定〜
溶融張力は、バレル直径9.55mmの毛管粘度計(東洋精機製作所、商品名:キャピログラフ)に、長さが8mm,直径が2.095mmのダイスを流入角が90°になるように装着し測定した。MS160は、温度を160℃に設定し、ピストン降下速度を10mm/分、延伸比を47に設定し、引き取りに必要な荷重(mN)をMS160とした。最大延伸比が47未満の場合、破断しない最高の延伸比での引き取りに必要な荷重(mN)をMS160とした。また、温度を190℃に設定し同様の方法で測定した荷重(mN)をMS190とした。
【0057】
〜熱安定性の評価〜
エチレン系重合体の熱安定性は、エチレン系重合体を耐熱安定剤無添加で、インターナルミキサー(東洋精機製作所製、商品名:ラボプラストミル)を用いて、窒素気流下、190℃、回転数30rpmで30分間混練した後ペレット化したものを、120℃に設定したオーブンに96時間放置し、JIS K 7105に記載された方法で黄変度(ΔYI)を計算することにより評価した。ΔYIは下記式により求めた黄色度の変化量であり、ΔYIが小さくなるほど熱安定性が良好になる。
【0058】
ΔYI=YI−YI
(式中、YIはオーブン中での加熱処理後の黄色度であり、YIはオーブン中での加熱前の黄色度である。)
〜成形とその評価〜
100Lの角形金型にエチレン重合体パウダー50kgとイルガノックス1010を50gを充填し、該金型を回転させながら、金型温度300℃にし、約10分間金型を回転させた。その後放置冷却により、金型より、容器を離形して肉厚8mmの容器を取り出した。
【0059】
〜容器の目視評価〜
成形後の容器の肉厚斑、内表面の平滑さ、容器の変形を評価した。容器の肉厚斑がなく、内表面が平滑で、容器が変形していない場合○とし、容器の肉厚斑があり、内表面のが平滑さが不足、容器の変形があるものを×とした。
【0060】
〜落下強度〜
上記の成形で得られた100L容器に下記の薬品を充填後、50℃で1ケ月放置した後、薬品を取り出し、水で洗浄した後、同容器に水を満液まで充填して、密栓した後、3mの高さより容器の底面を下にして垂直に落下させ、10個の容器の落下試験を行った。薬品は、下記のものを用いた。目視観察により割れがないものを○、1個の容器でも割れが発生したものを×とした。
【0061】
過酸化水素水:三菱瓦斯化学社製 特級試薬過酸化水素水(31%)
弗化水素酸:キシダ化学社製 特級試薬弗化水素酸(46%)
硫酸:和光純薬社製 特級試薬硫酸(98%)
〜成形品の表面粗さ〜
上記の成形で得られた容器の内側の表面粗さRa値(μm)をデジタル顕微鏡(キーエンス社製超深度形状測定顕微鏡VK−8550)を使用して測定した。
【0062】
〜微粒子数の測定〜
上記の成形で得られた容器を0.1μmのフィルターで濾過した下記薬品で十分洗浄した後、容器内に薬品を充填した。これを40℃で一定期間放置した後、HIAC/ROYCO社製液体微粒子カウンター・シリーズ4100で、0.5μm以上の微粒子の数を測定した。全ての操作は、クラス1000のクリーンルーム内で行った。
【0063】
純水
過酸化水素水:三菱瓦斯化学社製 特級試薬過酸化水素水(31%)
弗化水素酸:キシダ化学社製 特級試薬弗化水素酸(46%)
硫酸:和光純薬社製 特級試薬硫酸(98%)
実施例1
[エチレン系重合体製造触媒の調製]
1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン−1,3−ジイルビス(シクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリド(成分(a))63mg(160μmol)をヘキサン17.6mLに懸濁させ、トリイソブチルアルミニウム(成分(c))のヘキサン溶液(0.714M)22.4mLを添加し、成分(a)と成分(c)の接触生成物を得た。この接触生成物に実施例1[有機化合物で処理された粘土鉱物{成分(j)}の調製]で調製した変性ヘクトライト(成分(l))4.0gを添加し、60℃で3時間攪拌した後、静置して上澄み液を除去、トリイソブチルアルミニウムのヘキサン溶液(0.03M)で洗浄した。さらにトリイソブチルアルミニウムのヘキサン溶液(0.15M)を添加して触媒スラリー(100g/L)とした。
【0064】
上記で調製した触媒スラリーに、1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン−1,3−ジイルビス(シクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリドに対して5mol%のジフェニルメチレン(1−シクロペンタジエニル)(2,7−ジ−tert−ブチル−9−フルオレニル)ジルコニウムジクロリド(成分(b))5.6mg(8.4μmol)とヘキサン6.7mLとトリイソブチルアルミニウムのヘキサン溶液(0.714M)1.18mLからなる溶液を添加して室温で6時間撹拌した。静置して上澄み液を除去、トリイソブチルアルミニウムのヘキサン溶液(0.03M)で洗浄し、さらにトリイソブチルアルミニウムのヘキサン溶液(0.15M)を添加して最終的に100g/Lの触媒スラリーを得た。
[エチレン系重合体の製造]
50Lオートクレーブに、ヘキサン30Lとトリイソブチルアルミニウムのヘキサン溶液(0.714M)25.0mLを導入し、オートクレーブの内温を85℃に昇温した。このオートクレーブに、上記触媒スラリー1.875mLを添加し、エチレン/水素混合ガス(水素:700ppm含)を分圧が1.2MPaになるまで導入して重合を開始した。重合中、分圧が1.2MPaに保たれるようにエチレン/水素混合ガスを連続的に導入した。また、重合温度を85℃に制御した。重合開始90分後にオートクレーブの内圧を脱圧した後、内容物を吸引ろ過した。乾燥後、2,250gのポリマーが得られた。得られたエチレン系重合体の密度、MFR、末端ビニル数、M/M、MS160、MS190、E、ΔYIを表1に示す。エチレン系重合体は65mmφの単軸押出成形機により溶融混練してペレットを作成し、さらに、このペレツトを機械粉砕した。平均粒径は200μmであり、バルク密度は0.38g/cm3であった。
【0065】
得られたエチレン 共重合体粉体を用い、回転成形 法により容器を成形した。容器は肉厚斑、内表面も平滑で、容器の変形もないものであつた。又衝撃強度、ESCRともに問題がない容器である。
【0066】
実施例2
[エチレン系重合体の製造]
50Lオートクレーブに、ヘキサン30Lとトリイソブチルアルミニウムのヘキサン溶液(0.714M)25.0mLを導入し、オートクレーブの内温を85℃に昇温した。このオートクレーブに、上記触媒スラリー1.875mLを添加し、エチレン/水素混合ガス(水素:1000ppm含)を分圧が1.2MPaになるまで導入して重合を開始した。重合中、分圧が1.2MPaに保たれるようにエチレン/水素混合ガスを連続的に導入した。また、重合温度を85℃に制御した。重合開始90分後にオートクレーブの内圧を脱圧した後、内容物を吸引ろ過した。乾燥後、2,250gのポリマーが得られた。得られたエチレン系重合体の密度、MFR、末端ビニル数、M/M、MS160、MS190、E、ΔYIを表1に示す。エチレン系重合体は65mmφの単軸押出成形機により溶融混練してペレットを作成し、さらに、このペレットを機械粉砕した。平均粒径は200μmであり、バルク密度は0.38g/cm3であった。
得られたエチレン共重合体粉体を用い、回転成形 法により容器を成形した。容器は肉厚斑、内表面も平滑で、容器の変形もないものであつた。又衝撃強度、ESCRともに問題がない容器である。
【0067】
実施例3
[エチレン系共重合体製造触媒の調製]
1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン−1,3−ジイルビス(シクロペンタジエニル)ジルコニウムジクロリドに対して10mol%のイソプロピリデン(1−シクロペンタジエニル)(2,7−ジ−tert−ブチル−9−フルオレニル)ジルコニウムジクロリド(成分(b))9.7mg(17.8μmol)とヘキサン5.4mLとトリイソブチルアルミニウムのヘキサン溶液(0.714M)2.5mLからなる溶液を添加したこと以外は実施例3[エチレン系重合体製造触媒の調製]と同様の方法で調製を行なった。
[エチレン系共重合体の製造]
50Lオートクレーブに、ヘキサン30Lとトリイソブチルアルミニウムのヘキサン溶液(0.714M)25.0mLを導入し、オートクレーブの内温を85℃に昇温した。このオートクレーブに、上記触媒スラリー1.875mLを添加し、エチレン/水素混合ガス(水素:2500ppm含)を分圧が1.2MPaになるまで導入して重合を開始した。重合中、分圧が1.2MPaに保たれるようにエチレン/水素混合ガスを連続的に導入した。また、重合温度を85℃に制御した。重合開始90分後にオートクレーブの内圧を脱圧した後、内容物を吸引ろ過した。乾燥後、2,275gのポリマーが得られた。得られたエチレン系重合体の密度、MFR、末端ビニル数、M/M、MS160、MS190、E、ΔYIを表1に示す。エチレン系重合体は65mmφの単軸押出成形機により溶融混練してペレットを作成し、さらに、このペレットを機械粉砕した。平均粒径は200μmであり、バルク密度は0.38g/cm3であった。
【0068】
得られたエチレン共重合体粉体を用い、回転成形 法により容器を成形した。容器は肉厚斑、内表面も平滑で、容器の変形もないものであつた。又衝撃強度、ESCRともに問題がない容器である。
【0069】
比較例1
[エチレン系重合体の製造]
50Lオートクレーブに、ヘキサン30Lとトリイソブチルアルミニウムのヘキサン溶液(0.714M)2.0mLを導入し、オートクレーブの内温を90℃に昇温した。このオートクレーブに、イネオスシリカス社製Cr触媒(EP350)1812.5mgを添加し、水素ガスを分圧が1.0MPaになるまで導入した後、エチレンガスを分圧が1.0MPaになるまで導入して重合を開始した。重合中、エチレン分圧が保たれるようにエチレンガスを連続的に導入した。また、重合温度を90℃に制御した。重合開始90分後にオートクレーブの内圧を脱圧した後、内容物を吸引ろ過した。乾燥後、3575gのポリマーが得られた。得られたエチレン系重合体の密度、MFR、末端ビニル数、M/M、MS160、MS190、E、ΔYIを表1に示す。本エチレン系重合体は、1,000炭素原子当たりの末端ビニル数が0.2個を超え、ΔYIを評価した結果、熱安定性に劣ることを確認した。エチレン系重合体は65mmφの単軸押出成形機により溶融混練してペレットを作成し、さらに、このペレットを機械粉砕した。平均粒径は200μmであり、バルク密度は0.38g/cm3であった。
【0070】
この場合分子量 分布が広く且つ分子中でのα- オレフィンの挿入が不均一であり、機械物性も不足している。また低せん断速度での粘度が高すぎて、エチレン 共重合体が回転成機内で十分な流動性を有しておらず、成形容器の肉厚斑が発生し、内表面の平滑性もなく、容器の側面が大きく変形していた。
【0071】
比較例2
ダウ・ケミカル社が市販しているメタロセン触媒系エチレン・1−オクテン共重合体(AF1840)の密度、MFR、末端ビニル数、M/M、MS160、MS190、Eを表1に示す。本エチレン系共重合体は、式(1)および(3)の要件から外れている。このペレットを機械粉砕してパウダーとした。平均粒径は200μmであり、バルク密度は0.38g/cm3であった。
【0072】
この場合分子量 分布が広く且つ分子中でのα- オレフィンの挿入が不均一であり、機械物性も不足している。また低せん断速度での粘度が高すぎて、エチレン 共重合体が回転成機内で十分な流動性を有しておらず、成形容器の肉厚斑が発生し、内表面の平滑性もなく、容器の側面が大きく変形していた。密度が低いため、容器の剛性が不足しており、大型タンクに必要な剛性が不十分である。
【0073】
比較例3
東ソー(株)が市販している高圧法LDPE(ペトロセン360)の密度、MFR、末端ビニル数、M/M、MS160、MS190、Eを表1に示す。本エチレン重合体は、式(2)および(3)の要件から外れている。このペレットを機械粉砕してパウダーとした。平均粒径は200μmであり、バルク密度は0.38g/cm3であった。
【0074】
この場合分子量 分布が広く且つ分子中でのα- オレフィンの挿入が不均一であり、機械物性も不足している。また低せん断速度での粘度が高すぎて、エチレン 共重合体が回転成機内で十分な流動性を有しておらず、成形容器の肉厚斑が発生し、内表面の平滑性もなく、容器の側面が大きく変形していた。密度が低いため、容器の剛性が不足しており、大型タンクに必要な剛性が不十分である。
【0075】
比較例4
市販の高密度ポリエチレン(日本ポリエチレン(株)製RS1000、MFR=0.1g/10分、密度953kg/m)の密度、MFR、末端ビニル数、M/M、MS160、MS190、Eを表1に示す。このペレットを機械粉砕してパウダーとした。平均粒径は200ミクロンであり、バルク密度は0.38g/cm3であった。
【0076】
この場合分子量 分布が広く且つ分子中でのα- オレフィンの挿入が不均一であり、機械物性も不足している。また低せん断速度での粘度が高すぎて、エチレン 共重合体が回転成機内で十分な流動性を有しておらず、成形容器の肉厚斑が発生し、内表面の平滑性もなく、容器の側面が大きく変形していた。
【0077】
【表1】

【0078】
【表2】

【0079】
【表3】


【特許請求の範囲】
【請求項1】
エチレンから導かれる繰り返し単位、またはエチレンから導かれる繰り返し単位と炭素数3〜8のα−オレフィンから導かれる繰り返し単位からなり、下記(A)〜(F)を満足するエチレン系重合体よりなり、平均粒径が50〜800μmであることを特徴とする回転成形用エチレン系重合体パウダー。
(A)JIS K6760に準拠して密度勾配管法により測定した密度(d)が925kg/m以上960kg/m以下である。
(B)190℃、2.16kg荷重で測定したメルトフローレート(MFR)が1g/10分以上30g/10分以下である。
(C)末端ビニル数が1000炭素原子当たり0.2個以下である。
(D)160℃で測定した溶融張力(MS160(mN))とMFRの関係が、下記式(1)を満足する。
MS160>90−130×log(MFR) (1)
(E)190℃で測定した溶融張力(MS190(mN))とMS160の関係が、下記式(2)を満足する。
MS160/MS190<1.8 (2)
(F)流動の活性化エネルギー(E(kJ/mol))と密度(d)の関係が、下記式(3)を満足する。
127−0.107d<E<88−0.060d (3)
【請求項2】
エチレン系重合体が、さらに(G)重量平均分子量/数平均分子量(M/M)が2以上6以下を満足することを特徴とする請求項1に記載の回転成形用エチレン系重合体パウダー。
【請求項3】
バルク密度が0.3g/cm以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載の回転成形用エチレン系重合体パウダー。
【請求項4】
請求項1〜3に記載の回転成形用エチレン系重合体パウダーよりなることを特徴とする回転成形容器。

【公開番号】特開2008−24769(P2008−24769A)
【公開日】平成20年2月7日(2008.2.7)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−196638(P2006−196638)
【出願日】平成18年7月19日(2006.7.19)
【出願人】(000003300)東ソー株式会社 (1,901)
【Fターム(参考)】