説明

変性ポリプロピレン樹脂、およびその製造方法

【課題】分子量の低下が少なく、不飽和カルボン酸および/又はその誘導体のグラフト量が多く、かつ生産性に優れた変性ポリプロピレン樹脂及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の変性ポリプロピレン樹脂の製造方法は、ポリプロピレン樹脂(A)、不飽和カルボン酸および/またはその誘導体(B)、および1分間半減期温度が100℃以上150℃以下の範囲にあり、かつパーオキシエステル構造またはジアシルパーオキサイド構造を有する有機過酸化物(C)を含む混合物を溶融混合することを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、変性ポリプロピレン樹脂およびその製造方法に関するものである。詳しくは、ポリプロピレン樹脂に不飽和カルボン酸および/またはその誘導体を有機過酸化物の存在下グラフト共重合させてなる、変性ポリプロピレン樹脂およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ポリプロピレン樹脂は低密度で機械物性、耐薬品性等に優れ、かつ成形加工が容易であることから、自動車部品、家電部品、各種容器、シート、フィルム、繊維等の幅広い分野で使用されている。また性能を向上させる手段として、他の素材との複合が行われ、例えば無機充填剤との組み合せによる剛性および耐熱性に優れた複合材、あるいは他の樹脂フィルムとの組み合せによる複合フィルムなど多くのものが知られている。
【0003】
しかしながら、ポリプロピレン樹脂は炭化水素を主体とする骨格であり、その分子鎖中に極性基を含有していないため、他の素材に対する相溶性が乏しく、このためそのままでは塗料や接着剤の直接塗布、あるいは金属との接着または極性樹脂との複合化などが困難であるので、ポリプロピレン樹脂の改質が行われている。
【0004】
他の素材に対する相溶性を改質するため、ポリプロピレン樹脂に無水マレイン酸などの極性基を有するビニルモノマーまたはその誘導体をグラフトする方法が提案されている。しかし、一般的に、ポリプロピレン樹脂に不飽和カルボン酸またはその誘導体およびラジカル開始剤を作用させると、ポリプロピレン分子鎖中にラジカルが形成され、不飽和カルボン酸またはその誘導体のグラフト共重合が進行してグラフト変性物が得られるが、これと同時にポリプロピレン分子鎖切断による分子量低下が起こる。このため、グラフト変性物の分子量は変性前のポリプロピレン樹脂の分子量よりかなり小さくなる。分子量が大きく低下すると、ポリプロピレン樹脂が本来有している機械物性などが失われるので、ポリプロピレン分子鎖中に形成されたラジカルに、効率よく不飽和カルボン酸またはその誘導体を付加させる必要がある。
【0005】
したがって、得られた変性ポリプロピレン樹脂の分子量が大きく、高グラフト量での変性ポリプロピレン樹脂を低コストで効率よく製造することができる方法は、工業的に非常に重要となる。
【0006】
ところで、特許文献1、および特許文献2では、炭化水素系の溶媒中で結晶性ポリプロピレン樹脂を加熱溶解あるいは膨潤させた後、不飽和カルボン酸誘導体およびラジカル開始剤を作用させて変性ポリプロピレン樹脂を調製している。この製造方法によれば不飽和カルボン酸誘導体を効率的にグラフトすることができ、未グラフトの不飽和カルボン酸誘導体含有量の少ない変性ポリプロピレン樹脂が得られる。しかしながら、製造工程が煩雑でかつ高コストのため工業的に有効な方法とはいえない。
【0007】
また特許文献3では、押出機中で高濃度の無水マレイン酸をグラフトした変性ポリプロピレン樹脂により、ナイロンとの相溶性を改良している。しかしながら、この変性ポリプロピレン樹脂は分子量が非常に小さいため機械物性の改良効果は乏しい。さらに変性ポリプロピレン樹脂中に未グラフトの無水マレイン酸が残存するため、他の素材との接着性に悪影響を及ぼす。
【0008】
一方、特許文献4には、押出機中で結晶性ポリプロピレンに無水マレイン酸等の不飽和モノマーと特定の有機過酸化物を作用させて、無水マレイン酸をグラフトさせた変性ポリ
プロピレン樹脂を調製している。しかしながら、このような有機過酸化物を使用すれば、高分子量の変性ポリプロピレン樹脂は調製できるが、極めてグラフト量が少なくなり、相溶性改良効果は小さく実用性に乏しい。そのため特許文献5には、無水マレイン酸のグラフト量を上げるため、特定の異なる2種の有機過酸化物を作用させて無水マレイン酸をグラフトさせた変性ポリプロピレン樹脂を調製している。しかしながら、このような半減期温度の高い有機過酸化物を使用すると、得られる変性ポリプロピレン樹脂のグラフト量が多くなるが分子量が著しく低下する。そのため、溶融粘度が小さくなり、溶融樹脂のストランド切れが発生し、生産性に支障をきたす場合がある。
【特許文献1】特公昭44−15422号公報
【特許文献2】特公昭52−30545号公報
【特許文献3】特開平6−313078号公報
【特許文献4】特開2002−256023号公報
【特許文献5】特開2002−308947号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本発明は、分子量の低下が少なく、不飽和カルボン酸および/又はその誘導体のグラフト量が多く、かつ生産性に優れた変性ポリプロピレン樹脂を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明は、次の変性ポリプロピレン樹脂の製造方法およびそれにより得られる変性ポリプロピレン樹脂を提供する。
(1)ポリプロピレン樹脂(A)、不飽和カルボン酸および/またはその誘導体(B)、および1分間半減期温度が100℃以上150℃以下であり、かつパーオキシエステル構造またはジアシルパーオキサイド構造を有する有機過酸化物(C)を含む混合物を溶融混合することを特徴とする変性ポリプロピレン樹脂の製造方法。
(2)ポリプロピレン樹脂(A)100重量部に対して、不飽和カルボン酸および/またはその誘導体(B)0.1〜10重量部、および有機過酸化物(C)0.01〜10重量部を含む混合物を溶融混合することを特徴とする(1)に記載の変性ポリプロピレン樹脂の製造方法。
(3)上記(1)又は(2)に記載の製造方法により得られることを特徴とする変性ポリプロピレン樹脂。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、ポリプロピレン鎖の著しい切断を伴うことなく、高いグラフト量でポリプロピレン樹脂に極性基を導入することが可能であるので、他の素材との親和性が改良され、かつ機械物性も良好な、変性ポリプロピレン樹脂及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
以下、本発明について具体的に説明する。
本発明の変性ポリプロピレン樹脂は、ポリプロピレン樹脂(A)、不飽和カルボン酸および/またはその誘導体(B)、有機過酸化物(C)を溶融混合することにより得られる。
【0013】
ポリプロピレン樹脂(A)
本発明で使用する変性前のポリプロピレン樹脂(A)はプロピレンの単独重合体であってもよいし、少量の他のモノマーとの共重合体であってもよい。共重合体の場合、ランダム共重合体であってもよいし、ブロック共重合体であってもよい。
【0014】
本発明で使用する変性前のポリプロピレン樹脂(A)のメルトフローレート(MFR;
230℃、2160g荷重)は、0.1〜100g/10min、好ましくは0.5〜20g/10minである。
【0015】
ポリプロピレン樹脂(A)として具体的には、プロピレン単独重合体、エチレン−プロピレンランダム共重合体、プロピレン−α−オレフィンランダム共重合体、プロピレンブロック共重合体があげられる。また、これらの重合体をブレンドしてもかまわない。これらの中では、プロピレン単独重合体が好ましい。前述のα−オレフィンの具体例としては、1−ブテン、2−メチル−1−プロペン、2−メチル−1−ブテン、3−メチル−1−ブテン、1−ヘキセン、2−エチル−1−ブテン、2,3−ジメチル−1−ブテン、2−メチル−1−ペンテン、3−メチル−1−ペンテン、4−メチル−1−ペンテン、3,3−ジメチル−1−ブテン、1−ヘプテン、メチル−1−ヘキセン、ジメチル−1−ペンテン、エチル−1−ペンテン、トリメチル−1−ブテン、メチルエチル−1−ブテン、1−オクテン、メチル−1−ペンテン、エチル−1−ヘキセン、ジメチル−1−ヘキセン、プロピル−1−ヘプテン、メチルエチル−1−ヘプテン、トリメチル−1−ペンテン、プロピル−1−ペンテン、ジエチル−1−ブテン、1−ノネン、1−デセン、1−ウンデセン、1−ドデセン等をあげることができる。
【0016】
不飽和カルボン酸および/またはその誘導体(B)
本発明で使用する不飽和カルボン酸および/またはその誘導体(B)は、1分子内にエチレン性不飽和結合とカルボキシル基、酸無水物基または誘導体基とを有する化合物である。不飽和カルボン酸および/またはその誘導体(B)の具体例としては、アクリル酸、メタクリル酸、α−エチルアクリル酸、マレイン酸、フマール酸、テトラヒドロフタル酸、メチルテトラヒドロフタル酸、イタコン酸、シトラコン酸、クロトン酸、イソクロトン酸、エンドシス−ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2,3−ジカルボン酸(ナジック酸、商標)、メチル−エンドシス−ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボン酸(メチルナジック酸、商標)等の不飽和カルボン酸;これらの不飽和カルボン酸の無水物;不飽和カルボン酸ハライド、不飽和カルボン酸アミド、および不飽和カルボン酸イミドの誘導体などがあげられる。より具体的には、塩化マレニル、マレイミド、N−フェニルマレイミド、無水マレイン酸、無水イタコン酸、無水シトラコン酸、マレイン酸モノメチル、マレイン酸ジメチル、グリシジルマレエートなどをあげることができる。これらの中では、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、ナジック酸、無水マレイン酸、無水イタコン酸、無水ナジック酸が好ましく、特に無水マレイン酸が好ましい。不飽和カルボン酸および/またはその誘導体(B)は1種単独で使用することもできるし、2種以上を組み合せて使用することもできる。
【0017】
有機過酸化物(C)
本発明で使用する有機過酸化物(C)としては、1分間半減期温度が100℃以上150℃以下であり、かつパーオキシエステル構造またはジアシルパーオキサイド構造を有する有機過酸化物が用いられる。
【0018】
本発明で使用する有機過酸化物(C)の1分間半減期温度は、好ましくは110℃〜140℃の範囲にあるものが用いられる。有機過酸化物(C)の1分間半減期温度が100℃未満であると、得られる変性ポリプロピレン樹脂の分子量は大きくなるが、不飽和カルボン酸のグラフト量が少なくなる場合がある。また、有機過酸化物(C)の1分間半減期温度が150℃を越えると、不飽和カルボン酸のグラフト量が大きくなるが、得られる変性ポリプロピレン樹脂の分子量が極端に小さくなる場合がある。
【0019】
パーオキシエステル構造またはジアシルパーオキサイド構造を有する有機過酸化物とは、それぞれ下記式(i)または(ii)で表わされる構造を有する有機過酸化物である。
【0020】
【化1】

【0021】
パーオキシエステル構造
〔式中、R1〜R2は炭素数1〜30の炭化水素基を示し、好ましくは炭素数3〜15の範囲にある炭化水素基である。〕
【0022】
【化2】

【0023】
ジアシルパーオキサイド構造
〔式中、R3〜R4は炭素数1〜30の炭化水素基を示し、好ましくは炭素数3〜20の範囲にある炭化水素基である。〕
【0024】
有機過酸化物(C)がパーオキシエステル構造またはジアシルパーオキサイド構造のいずれでもない場合、目的とする変性ポリプロピレン樹脂が得られない場合がある。例えばパーオキシジカーボネート構造を有する有機過酸化物であると、得られる変性ポリプロピレン樹脂の分子量は大きくなるが、不飽和カルボン酸のグラフト量が少なくなる場合があり、またジアルキルパーオキサイド構造を有する有機過酸化物であると、不飽和カルボン酸のグラフト量が大きくなるが、得られる変性ポリプロピレン樹脂の分子量が極端に小さくなる場合がある。
【0025】
有機過酸化物(C)の具体例としては、t−ヘキシルパーオキシネオデカノエート、t−ブチルパーオキシネオデカノエート、t−ヘキシルパーオキシピバレート、t−ブチルパーオキシピバレート、1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、2,5−ジメチル−2,5−ビス2−エチルヘキサノイルパーオキシヘキサン、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシイソブチレート等のパーオキシエステル類;ジオクタノイルパーオキサイド、ジラウロイルパーオキサイド、ジ(3,5,5−トリメチルヘキサノイル)パーオキサイド、ジステアリルパーオキサイド、ジベンゾイルパーオキサイド、ジ(4−メチルベンゾイル)パーオキサイド、ジサクシニックアシッドパーオキサイドのジアシルパーオキサイド類などをあげることができる。これらの中ではt−ブチルパーオキシピバレート、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシイソブチレート、ジベンゾイルパーオキサイド、ジ(4−メチルベンゾイル)パーオキサイド、ジサクシニックアシッドパーオキサイドなどが好ましい。これらは1種単独で、あるいは二種以上組み合わせて用いることができる。
【0026】
変性ポリプロピレン樹脂の製造
本発明では、上述した各成分を用いて、変性ポリプロピレン樹脂を製造することができる。すなわち、ポリプロピレン樹脂(A)、不飽和カルボン酸および/またはその誘導体(B)、有機過酸化物(C)の各成分を用いて混合物を調製し、成分(A)と、成分(B)、成分(C)とを溶融混合してグラフト共重合させることにより変性ポリプロピレン樹脂が得られる。
【0027】
本発明の変性ポリプロピレン樹脂の製造方法における各成分の使用割合は、(A)成分100重量部に対して、(B)成分0.1〜10重量部、(C)成分0.01〜10重量部であって、好ましくは(A)成分100重量部に対して、(B)成分0.5〜5重量部、(C)成分0.5〜5重量部である。この割合にて溶融混合することにより、変性ポリプロピレン樹脂の分子量を極端に低下させることなく高グラフト化することができ、しかも成分(A)として使用したポリプロピレン樹脂の機械的特性を保持することができる。
【0028】
本発明での溶融混合の方法としては、樹脂同士あるいは樹脂と固体もしくは液体の添加物を混合するための公知の各種方法が採用可能である。好ましい例としては、各成分の全部もしくはいくつかを組み合わせて別々にヘンシェルミキサー、リボンブレンダー、ブレンダー等により混合して均一な混合物とした後、該混合物を混練する等の方法を挙げることができる。混練の手段としては、バンバリーミキサー、プラストミル、ブラベンダープラストグラフ、一軸又は二軸の押出機等の従来公知の混練手段が広く採用可能である。混練機の混練を行う場合の温度(例えば、押出機ならシリンダー温度)は、100〜300℃、好ましくは160〜250℃である。温度が低すぎるとグラフト量が向上しない場合があり、また、温度が高すぎると過度に樹脂の分解が起こる場合がある。また、未グラフト成分を除去するため、真空ベント装置を設けた混練機を使用することが好ましい。
【0029】
上記のようにして得られた変性ポリプロピレン樹脂において、不飽和カルボン酸および/またはその誘導体(B)に由来する構成単位の含有量(グラフト量)は、0.3〜5重量%であり、好ましくは、0.4〜3重量%である。
【0030】
成分(B)のグラフト量が0.3重量%未満であれば、グラフト量が少ないため、所定の性能が得られない。成分(B)のグラフト量が5重量%を超えると、ポリプロピレン樹脂との相溶性が低下し、逆に性能が低下してしまう場合がある。
【0031】
変性ポリプロピレン樹脂
本発明に係る変性ポリプロピレン樹脂は、上述した製造方法により好適に製造することができる。
【0032】
本発明の変性ポリプロピレン樹脂は、分子量が大きいためポリプロピレン本来の特性を保持しつつ、従来からのポリプロピレン樹脂の欠点であった塗料や接着剤との密着性を改善し、かつ極性樹脂との複合化においても相溶性を改善したポリプロピレン樹脂組成物を得ることができる。更にこの変性ポリプロピレン樹脂は単独でも使用できるし、改質材としても使用できる。
【0033】
本発明に係る変性ポリプロピレン樹脂は、各種添加剤としてたとえばフェノール系、イオウ系、リン系などの酸化防止剤、滑剤、帯電防止剤、分散剤、銅害防止剤、中和剤、発泡剤、可塑剤、気泡防止剤、難燃剤、架橋剤、紫外線吸収剤、耐光安定剤などを含有していてもよい。
【0034】
本発明に係る変性ポリプロピレン樹脂は、未変性のポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂、ABS樹脂などの極性樹脂、オレフィン系エラストマー、スチレン系エラストマーなどの熱可塑性エラストマー、タルク、モスハイジ、ガラスファイバー、カーボンブラックなどの充填材等と混合し、改質材として使用してもよい。
【0035】
本発明の変性ポリプロピレン樹脂は、従来の変性ポリプロピレン樹脂に比べて、高グラフト量、かつ高分子量であるので、他の素材との親和性が改良され、かつ機械物性も良好である。このような特性を有する本発明の変性ポリプロピレン樹脂は、単独でも使用可能であり、自動車、家電等の工業部品分野;フィルム、シート等の包装分野;その他容器分野、繊維分野などの分野において幅広く使用することができる。
【実施例】
【0036】
以下、実施例に基づいて本発明をさらに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。
以下の実施例および比較例において、得られた変性ポリプロピレン樹脂の各種性状は以下の方法により測定あるいは評価し、表2,3に示した。
【0037】
(1)メルトフローレート(MFR)
ASTM D1238に準拠し、230℃、2160g荷重の条件で測定した。
(2)無水マレイン酸のグラフト量
変性ポリプロピレン樹脂約2gを採取し、500mlの沸騰p−キシレンに完全に加熱溶解した。冷却後、1200mlのアセトン中に投入し、析出物を濾過、乾燥してポリマー精製物を得た。熱プレスにより厚さ20μmのフィルムを作成した。この作成したフィルムの赤外吸収スペクトルを測定し、1780cm-1付近の吸収により無水マレイン酸のグラフト量を定量した。
【0038】
〔実施例1〕
(A)成分としてポリプロピレン樹脂(A−1)(商品名:J105P、(株)プライムポリマー製、MFR=10g/10min、プロピレンンホモポリマー)を100重量部に、(B)成分として無水マレイン酸(B−1)(和光純薬(株)製、試薬)1重量部、(C)成分としてt−ブチルパーオキシピバレート(C−1)(日本油脂(株)製、商標;パーブチルPV、1分間半減期温度が110.3℃であるパーオキシエステル構造の有機過酸化物)1重量部をヘンシェルミキサーで均一に混合した後、同方向二軸混練機(テクノベル(株)製、商標:KZW31−30HG)にて210℃で加熱混練し、変性ポリプロピレン樹脂を得た。
【0039】
〔実施例2〕
(C)成分を(C−1)2重量部に変更した以外は、実施例1と同じ方法で変性ポリプロピレン樹脂を得た。
【0040】
〔実施例3〕
(C)成分をt−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート(C−2)(日本油脂(株)製、商標;パーブチルO、1分間半減期温度が134℃であるパーオキシエステル構造の有機過酸化物)1重量部に変更した以外は、実施例1と同じ方法で変性ポリプロピレン樹脂を得た。
【0041】
〔実施例4〕
(C)成分を(C−2)2重量部に変更した以外は、実施例1と同じ方法で変性ポリプロピレン樹脂を得た。
【0042】
〔実施例5〕
(C)成分をベンゾイルパーオキサイド(C−3)(日本油脂(株)製、商標;ナイパーBW、1分間半減期温度が130℃であるジアシルパーオキサイド構造の有機過酸化物)1重量部に変更した以外は、実施例1と同じ方法で変性ポリプロピレン樹脂を得た。
【0043】
〔実施例6〕
(A)成分をポリプロピレン樹脂(A−2)(商品名:H−100M、(株)プライムポリマー製、MFR=0.5g/10min、プロピレンホモポリマー)100重量部に、無水マレイン酸(B−1)を1.5重量部に、(C)成分を(C−2)2.5重量部に変更した以外は、実施例1と同じ方法で変性ポリプロピレン樹脂を得た。
【0044】
〔実施例7〕
(C)成分を(C−1)0.5重量部、(C−2)0.5重量部に変更した以外は、実施例1と同じ方法で変性ポリプロピレン樹脂を得た。
【0045】
〔比較例1〕
(C)成分をt−ブチルパーオキシベンゾエート(C−4)(日本油脂(株)製、商標;パーブチルZ、1分間半減期温度が166.8℃であるパーオキシエステル構造の有機過酸化物)1重量部に変更した以外は、実施例1と同じ方法で変性ポリプロピレン樹脂の製造を行った。しかしながら、MFRが著しく上昇し、ストランドを安定して引くことができず生産することができなかった。
【0046】
〔比較例2〕
(C)成分を2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン(C−5)(日本油脂(株)製、商標;パーヘキサ25B、1分間半減期温度が179.8℃であるジアルキルパーオキサイド構造の有機過酸化物)1重量部に変更した以外は、実施例1と同じ方法で変性ポリプロピレン樹脂の製造を行った。しかしながら、MFRが著しく上昇し、ストランドを安定して引くことができず生産することができなかった。
【0047】
〔比較例3〕
(A)成分をポリプロピレン樹脂(A−2)100重量部に、無水マレイン酸(B−1)を1.5重量部に、(C)成分を(C−4)2.5重量部に変更した以外は、実施例1と同じ方法で変性ポリプロピレン樹脂の製造を行った。しかしながら、MFRが著しく上昇し、ストランドを安定して引くことができず生産することができなかった。
【0048】
〔比較例4〕
(C)成分をジセチルパーオキシジカーボネート(C−6)(化薬アクゾ(株)製、商標;パーカドックス24fl、1分間半減期温度が92℃であるパーオキシジカーボネート構造の有機過酸化物)1重量部に変更した以外は、実施例1と同じ方法で変性ポリプロピレン樹脂の製造を行った。
【0049】
〔比較例5〕
(C)成分をクミルパーオキシネオデカノエート(C−7)(日本油脂(株)製、商標;パークミルND、1分間半減期温度が94℃であるパーオキシエステル構造の有機過酸化物)1重量部に変更した以外は、実施例1と同じ方法で変性ポリプロピレン樹脂の製造を行った。
【0050】
〔比較例6〕
(C)成分を(C−5)0.5重量部、(C−6)0.5重量部に変更した以外は、実施例1と同じ方法で変性ポリプロピレン樹脂の製造を行った。しかしながら、MFRが著しく上昇し、ストランドを安定して引くことができず生産することができなかった。
【0051】
【表1】

【0052】
【表2】

【0053】
【表3】


【特許請求の範囲】
【請求項1】
ポリプロピレン樹脂(A)、不飽和カルボン酸および/またはその誘導体(B)、および1分間半減期温度が100℃以上150℃以下であり、かつパーオキシエステル構造またはジアシルパーオキサイド構造を有する有機過酸化物(C)を含む混合物を溶融混合することを特徴とする変性ポリプロピレン樹脂の製造方法。
【請求項2】
ポリプロピレン樹脂(A)100重量部に対して、不飽和カルボン酸および/またはその誘導体(B)0.1〜10重量部、および有機過酸化物(C)0.01〜10重量部を含む混合物を溶融混合することを特徴とする請求項1に記載の変性ポリプロピレン樹脂の製造方法。
【請求項3】
請求項1又は2に記載の製造方法により得られることを特徴とする変性ポリプロピレン樹脂。

【公開番号】特開2009−179665(P2009−179665A)
【公開日】平成21年8月13日(2009.8.13)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−18187(P2008−18187)
【出願日】平成20年1月29日(2008.1.29)
【出願人】(505130112)株式会社プライムポリマー (180)
【Fターム(参考)】