JP5134810B2 - ポリプロピレン系ブロック共重合体組成物の製造方法、及びそれから得られるポリプロピレン系ブロック共重合体組成物とその発泡成形体 - Google Patents
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Description
そのため、プロピレン系ブロック共重合体樹脂を射出発泡成形用途に用いた場合も同様にMFRが高くなることから、射出発泡成形に必要な溶融張力が得られないために、十分な発泡性能が得られないという問題があった。
しかしながら、一般に、これらの方法では溶融張力の向上は認められるものの、有機過酸化物や架橋助剤により臭気が残留する問題や、リサイクル加工しようとすればその工程でMFRが上昇するため、それによって熱安定性が低下するなどの点で改善すべき問題を有していた。また、このような方法は、ポリプロピレンの生産効率の点でも十分満足できるものではなかった。
しかし、これらの方法では、第3成分としてポリエン化合物を新たに準備する必要が生じ、最終的に得られるポリオレフィン組成物への予備重合されたポリエチレン等の分散性が不均一になる結果、ポリオレフィン組成物の品質が不安定になりやすいなどの問題があった。
また、高分子領域に分岐ポリマーを使用することで、押出成形により発泡体が得られることが見出されている(例えば、特許文献11参照。)が、ベースであるポリプロピレン系樹脂はMFRが低く、高溶融特性を必要とする射出発泡成形には不適である。
また、自由末端長鎖分岐を有するため空気酸化による影響を受けやすいために、リサイクル性に問題があることを発明者等は見出している(例えば、特許文献12参照。)。
ポリプロピレン系ブロック共重合体(B)は、(I)チタン、マグネシウム及びハロゲンを必須成分とする固体成分と(II)有機アルミニウム化合物と(III)電子供与体とから形成されてなるオレフィン重合用触媒の存在下で、下記の工程(b−1)および工程(b−2)を行って製造されることを特徴とする射出発泡成形用ポリプロピレン系ブロック共重合体組成物の製造方法が提供される。
工程(b−1):水素の存在下にプロピレンを重合してポリプロピレン重合体(B−1)を製造する工程
工程(b−2):水素濃度が5ppm以下の条件下でエチレン及び炭素数4から8のα−オレフィンからなる群から選ばれる1以上のモノマーとプロピレンとを重合して極限粘度([η])が10〜20dl/gのオレフィンランダム共重合体(B−2)を製造する工程
工程(a−2):オレフィン重合用触媒の存在下に、エチレン単独またはそれと炭素数3から12のα−オレフィンからなる群から選ばれる1以上のモノマーとを重合して、オレフィン重合用触媒中の金属原子1gに対して0.01〜500gのエチレン重合体(A)を製造する予備活性化工程
工程(a−1):オレフィン重合用触媒の存在下に、プロピレンを重合して(I)チタン、マグネシウム及びハロゲンを必須成分とする固体成分1gに対して0.01〜100gのポリプロピレンを製造し担持させる予備重合工程
が提供される。
本発明のポリプロピレン系ブロック共重合体組成物は、溶融特性及び発泡性能に優れたポリプロピレン系ブロック共重合体に好適である。また、本発明のポリプロピレン系ブロック共重合体組成物組成物は、中空成形、押出発泡成形等に用いられるが、特に自動車部品や家電部品に代表される射出発泡成形用途に好適に用いることが出来る。また、本発明のポリプロピレン系ブロック共重合体組成物は自由末端長鎖分岐を有しないためリサイクル性に優れる。
また、本発明のポリプロピレン系ブロック共重合体組成物を用いてなる発泡成形体は、ポリプロピレン系ブロック共重合体の高い品質を維持しており、自動車材料、特にインストルメントパネルやドアトリム等の大型成形体に好適なものである。
本発明のポリプロピレン系ブロック共重合体組成物の製造方法は、エチレン重合体(A)と、ポリプロピレン重合体部(B−1)およびオレフィンランダム共重合体部(B−2)を有するポリプロピレン系ブロック共重合体(B)とを含むポリプロピレン系ブロック共重合体組成物を製造する方法であって、ポリプロピレン系ブロック共重合体(B)は、(I)チタン、マグネシウム及びハロゲンを必須成分とする固体成分と(II)有機アルミニウム化合物と(III)電子供与体とから形成されてなるオレフィン重合用触媒の存在下で、水素の存在下にプロピレンを重合してポリプロピレン重合体(B−1)を製造する工程(工程(b−1))および実質的に水素の非存在下でエチレン及び炭素数4から8のα−オレフィンからなる群から選ばれる1以上のモノマーとプロピレンとを重合して極限粘度([η])が8〜25dl/gのオレフィンランダム共重合体(B−2)を製造する工程(工程(b−2))を行って製造されるポリプロピレン系ブロック共重合体組成物の製造方法である。
以下、本発明のポリプロピレン系ブロック共重合体組成物の各製造工程について具体的に例示する。
本発明において使用されるオレフィン重合用触媒は、(I)チタン、マグネシウム及びハロゲンを必須成分とする固体成分と、(II)有機アルミニウム化合物と、(III)電子供与体とから形成されてなるものである。このオレフィン重合用触媒を形成する各成分について、以下に詳説する。
本発明において、(I)チタン、マグネシウム及びハロゲンを必須成分とする固体成分(以下、「チタン含有固体成分」ともいう。)としては、チタン(I−1)、マグネシウム(I−2)、ハロゲン(I−3)を必須成分として含有し、任意成分として電子供与体(I−4)を用いることが出来る。ここで、「必須成分として含有する」という事は、挙示の三成分以外に、本発明の効果を損なわない範囲で任意の成分を任意の形態で含んでも良いという事を示すものである。チタン、マグネシウム、ハロゲンを必須成分として含有する固体成分自体は公知のものであり、以下に詳述する。
チタン源となるチタン化合物としては、任意のものを用いることが出来る。代表的な例としては特開平3−234707号公報に開示されている化合物を挙げることが出来る。チタンの価数に関しては、4価、3価、2価、0価の任意の価数を持つチタン化合物を用いることが出来るが、好ましくは4価および3価のチタン化合物、更に好ましくは4価のチタン化合物を用いる事が望ましい。
これらの中で、四塩化チタンとテトラブトキシチタンが特に好ましい。
上記のチタン化合物類は単独で用いるだけではなく、複数の化合物を併用する事も可能である。
マグネシウム源となるマグネシウム化合物としては、任意のものを用いることが出来る。代表的な例としては、特開平3−234707号公報に開示されている化合物を挙げることが出来る。一般的には、塩化マグネシウムに代表されるハロゲン化マグネシウム化合物類、ジエトキシマグネシウムに代表されるアルコキシマグネシウム化合物類、金属マグネシウム、酸化マグネシウムに代表されるオキシマグネシウム化合物類、水酸化マグネシウムに代表されるヒドロキシマグネシウム化合物類、ブチルマグネシウムクロライドに代表されるグリニャール化合物類、ブチルエチルマグネシウムに代表される有機金属マグネシウム化合物類、炭酸マグネシウムやステアリン酸マグネシウムに代表される無機酸及び有機酸のマグネシウム塩化合物類、及びそれらの混合物や平均組成式がそれらの混合された式となる化合物(例えば、Mg(OEt)mCl2−m;0<m<2などの化合物)、などを用いる事が出来る。この中で特に好ましいのは、塩化マグネシウム、ジエトキシマグネシウム、金属マグネシウム、ブチルマグネシウムクロライドである。
ハロゲンとしては、フッ素、塩素、臭素、沃素、及びそれらの混合物を用いる事が出来る。この中で塩素が特に好ましい。
ハロゲンは上記のチタン化合物類及び/又はマグネシウム化合物から供給されるのが一般的であるが、その他の化合物より供給することも出来る。代表的な例としては、四塩化ケイ素に代表されるハロゲン化ケイ素化合物類、塩化アルミニウムに代表されるハロゲン化アルミニウム化合物類、1,2−ジクロロエタンやベンジルクロライドに代表されるハロゲン化有機化合物類、トリクロロボランに代表されるハロゲン化ボラン化合物類、五塩化リンに代表されるハロゲン化リン化合物類、六塩化タングステンに代表されるハロゲン化タングステン化合物類、五塩化モリブデンに代表されるハロゲン化モリブデン化合物類、などを挙げることが出来る。これらの化合物は単独で用いるだけでなく、併用する事も可能である。この中で、四塩化ケイ素が特に好ましい。
本発明の固体成分(I)には、上記のチタン、マグネシウム、ハロゲンの他、触媒の性能を妨げない範囲で、必要に応じて、電子供与体を含むことができる。後述するが、本発明で任意成分として用いられる化合物(I−4)が電子供与体(III)と同一であっても異なっても良い。
電子供与体の代表的な例としては、特開2004−124090号公報に開示されている化合物を挙げることが出来る。一般的には、有機酸及び無機酸並びにそれらの誘導体(エステル、酸無水物、酸ハライド、アミド)化合物類、エーテル化合物類、ケトン化合物類、アルデヒド化合物類、アルコール化合物類、アミン化合物類、などを用いることが望ましい。
エステルの構成要素であるアルコールとしては、脂肪族及び芳香族アルコールを用いることが出来る。これらのアルコールの中でも、エチル基、ブチル基、イソブチル基、ヘプチル基、オクチル基、ドデシル基、等の炭素数1から20の脂肪族の遊離基からなるアルコールが好ましい。更に好ましくは炭素数2から12の脂肪族の遊離基からなるアルコールが望ましい。また、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、等の脂環式の遊離基からなるアルコールを用いる事も出来る。
アミドの構成要素であるアミンとしては、脂肪族及び芳香族アミンを用いることが出来る。これらのアミンの中でも、アンモニア、エチルアミンやジブチルアミンに代表される脂肪族アミン、アニリンやベンジルアミンに代表される芳香族の遊離基を分子内に有するアミン、などを好ましい化合物として例示する事が出来る。
電子供与体として用いることの出来るアルデヒド化合物としては、プロピオンアルデヒドに代表される脂肪族アルデヒド化合物類、ベンズアルデヒドに代表される芳香族アルデヒド化合物類、などを例示する事が出来る。
チタン化合物類の使用量は、使用するマグネシウム化合物類の使用量に対してモル比(チタン化合物のモル数/マグネシウム化合物のモル数)で、好ましくは0.0001から1,000の範囲内であり、特に好ましくは0.01から10の範囲内が望ましい。
ハロゲンの使用量は、マグネシウム化合物類及びチタン化合物類の各々がハロゲンを含むか含まないかに関わらず、使用するマグネシウム化合物類の使用量に対してモル比(ハロゲン源となる化合物のモル数/マグネシウム化合物のモル数)で、好ましくは0.01から1,000の範囲内であり、特に好ましくは0.1から100の範囲内が望ましい。
電子供与体を用いる場合の使用量は、使用するマグネシウム化合物の量に対してモル比(電子供与体のモル数/マグネシウム化合物のモル数)で、好ましくは0.001から10の範囲内であり、特に好ましくは0.01から5の範囲内が望ましい。
接触温度は、−50から200℃程度、好ましくは0から100℃である。接触方法としては、回転ボールミルや振動ミルなどによる機械的な方法、並びに、不活性希釈剤の存在下に撹拌により接触させる方法、などを例示することが出来る。
得られたチタン含有固体成分(I)は、更に有機アルミニウム化合物(II)及び電子供与体(III)と組み合わせて、オレフィン重合用触媒として使用することができる。
有機アルミニウム化合物(II)としては、特開2004−124090号公報に開示された化合物等を用いることが出来る。一般的には、下記一般式(1)にて表される化合物を用いることが望ましい。
R1 aAlXb(OR2)c …(1)
(一般式(1)中、R1は炭化水素基を表す。Xはハロゲン若しくは水素を表す。R2は炭化水素基若しくはAlによる架橋基を表す。a≧1、0≦b≦2、0≦c≦2、a+b+c=3である。)
一般式(1)中、Xはハロゲン若しくは水素である。Xとして用いる事の出来るハロゲンとしては、フッ素、塩素、臭素、沃素、などを例示することが出来る。この中で、塩素が特に好ましい。
一般式(1)中、R2は炭化水素基若しくはAlによる架橋基である。また、有機アルミニウム化合物としてメチルアルモキサンに代表されるアルモキサン化合物類を用いることも可能である。
有機アルミニウム化合物(II)は単独の化合を用いるだけでなく、複数の化合物を併用することもできる。
電子供与体(III)として用いることの出来る化合物の例としては、たとえば、エーテル類、アルコール類、エステル類、アルデヒド類、脂肪酸類、ケトン類、ニトリル類、アミン類、アミド類、尿素およびチオ尿素類、イソシアネート類、アゾ化合物、ホスフィン類、ホスファイト類、ホスフィナイト類、硫化水素およびチオエーテル類、ネオアルコール類、シラノール類などの分子中に酸素、窒素、硫黄、燐のいずれかの原子を有する有機化合物および分子中にSi−O−C結合を有する有機ケイ素化合物などが挙げられる。
R2R3Si(OR4)2 …(2)
(式中、R2は2級の炭素原子を有する鎖状炭化水素基であり、R3はR2と同一もしくは異なる脂肪族炭化水素基又はヘテロ原子含有炭化水素基であり、R4は炭化水素基である。)
R3がヘテロ原子含有炭化水素基である場合は、ヘテロ原子が、窒素、酸素、硫黄、リン、ケイ素から選ばれる事が望ましく、とりわけ、窒素又は酸素である事が望ましい。R3のヘテロ原子含有炭化水素基の骨格構造としては、R3が炭化水素基である場合の例示から選ぶことが望ましい。とりわけ、N,N−ジエチルアミノ基、キノリノ基、イソキノリノ基、などが好ましい。
本発明のポリプロピレン系ブロック共重合体組成物の製造方法において、エチレン重合体(A)は、前記工程(b−1)に先立って、オレフィン重合用触媒の存在下に、エチレン単独またはそれと炭素数3から12のα−オレフィンからなる群から選ばれる1以上のモノマーとを重合して、オレフィン重合用触媒中の金属原子1gに対して0.01〜500gのエチレン重合体(A)を製造する予備活性化工程(工程(a−2))を行って製造されるが好ましい。
さらに、前記工程(a−2)に先立って、オレフィン重合用触媒の存在下に、プロピレンを重合して(I)チタン、マグネシウム及びハロゲンを必須成分とする固体成分1gに対して0.01〜100gのポリプロピレンを製造し担持させる予備重合工程(工程(a−1))を行うことを行って製造されるのが好ましい。
この予備重合を行わないと、パウダーBD(嵩密度)及び粉体特性が低下する場合がある。
予備活性化触媒は、エチレン重合体(A)を、チタン含有固体成分(I)に担持したものである。チタン含有固体成分(I)1g当たり0.01〜2,000g、好ましくは0.05〜1,000g、さらに好ましくは0.1〜500gの割合で生成するような条件で行う限り、特に制限はないが、通常、−40〜40℃、好ましくは−40〜30℃、さらに好ましくは−40〜20℃程度の比較的低温度下において、0.1〜5MPa、好ましくは0.2〜5MPa、特に好ましくは0.3〜5MPaの圧力下で、1分〜24時間、好ましくは5分〜18時間、特に10分〜12時間に渡って実施されることが好ましい。予備活性化は、水素の存在下で実施してもよいが、極限粘度が15〜100dl/gのエチレン重合体(A)を得るためには、水素を用いないほうが望ましい。
モノマーの供給方法は、モノマーを反応槽に定速的にあるいは定圧状態若しくは一定濃度になるように維持する供給方法やその組み合わせ、段階的な変化をさせるなど、任意の方法が可能である。
さらに、上記各成分の接触の際、もしくは接触の後に、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレンなどの重合体やシリカ、チタニアなどの無機酸化物固体を共存させることも可能である。
(I)重合法
本発明のポリプロピレン系ブロック重合体組成物の製造方法において、重合法としては、スラリー重合法、バルク重合法、気相重合法、液相重合法及びこれらを組み合わせた方法等の公知のオレフィン重合プロセスが使用可能である。
具体的には、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、デカン、ドデカン等の脂肪族炭化水素、シクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の脂環族炭化水素、トルエン、キシレン、エチルベンゼン等の芳香族炭化水素、他にガソリン留分や水素化ジーゼル油留分等の不活性溶媒中で、オレフィンの重合を実施するスラリー重合法、オレフィン自身を溶媒として用いるバルク重合法、オレフィンの重合を気相中で実施する気相重合法、さらに重合して生成するポリオレフィンが液状である液相重合法、あるいはこれらのプロセスの2以上を組み合わせた重合プロセスを使用することができる。
本発明の製造方法においては、前述したオレフィン重合用触媒のもとで、水素の存在下にプロピレンを重合してポリプロピレン重合体(B−1)を製造する工程(b−1)に引き続き、実質的に水素の非存在下でエチレン及び炭素数4から8のα−オレフィンからなる群から選ばれる1以上のモノマーとプロピレンとを重合して極限粘度([η])が8〜25dl/gのオレフィンランダム共重合体(B−2)を製造する工程(b−2)を行うことが必要である。工程(b−1)とこれに引き続き工程(b−2)を行うことにより、ポリプロピレン系ブロック共重合体(B)が製造される。
(b−2)工程に先立って行われる(b−1)の工程は、水素の存在下にプロピレンを重合してポリプロピレン重合体(B−1)を製造する工程である。
本発明の製造方法で得られるポリプロピレン系ブロック重合体組成物は、公知のオレフィン重合方法と同様に、重合時に水素等を用いることにより、得られるポリプロピレン系ブロック重合体の分子量を調整することができ、オレフィン重合用触媒の存在下、前述した重合法において、第1工程である(b−1)工程では所定条件下、プロピレン使用量に対する水素使用量のモル比:H2/C3(モル比)=0.01〜10で行う。好ましくはH2/C3=0.1〜10のプロピレン使用量に対する水素使用量のモル比で原材料をフィードするのが好ましい。さらに好ましくはH2/C3=0.1〜5でフィードするのが好ましい。バルク重合及びスラリー重合などの重合溶媒を用いる重合方法においては、使用原料の重合溶媒中への溶解量は本発明においては使用量に含まないものとする。
(b−1)工程に引き続き行われる(b−2)の工程は、実質的に水素の非存在下でエチレン及び炭素数4から8のα−オレフィンからなる群から選ばれる1以上のモノマーとプロピレンとを重合して極限粘度([η])が8〜25dl/gのオレフィンランダム共重合体(B−2)を製造する工程である。
(b−2)工程においても、公知のオレフィン重合方法と同様に、重合時に水素等を用いることにより、得られるポリプロピレン系ブロック重合体の分子量を調整することができる。オレフィン重合用触媒の存在下、前述した重合法において、第2工程である(b−2)工程では重合は所定のプロピレン、オレフィンガスを導入し、実質的に水素は入れないで重合を行う。
本発明においては、いずれの重合法を採用したとしても、第2工程である(b−2)工程での重合槽における水素濃度は、5ppm以下の条件で実施することが必要である。水素濃度が5ppm以上であると、オレフィンランダム共重合体(B−2)の極限粘度が低下し、ポリプロピレン系ブロック共重合体の発泡性能の低下に起因するため好ましくない。
第2重合装置内の気相部の一部を周期的ないし連続的に上部配管からコンデンサーへと抜き出し、コンデンサーにて凝縮する。凝縮した液体は各成分に分離後、第2重合装置内に重合媒体(重合モノマー)として移送する。
滞留室および第2重合装置の操作により第2工程である(b−2)工程での重合槽における水素濃度は、5ppm以下の条件で実施することが可能となる。
滞留槽1(滞留槽2)へは、滞留槽上部に付随したバルブ13(またはバルブ14)を開とし、ポリプロピレン重合体(B−1)および重合媒体(重合モノマー)を周期的に取り込む。この時、滞留槽下部に付随したバルブ17(またはバルブ18)は締としておく。また、滞留槽1(滞留槽2)へのポリプロピレン重合体(B−1)の受入時は反応器1よりも低い圧力に保持することが好ましい。所定量のポリプロピレン重合体(B−1)を滞留槽1(滞留槽2)へ受入後、配管15(または16)を通して不活性ガスまたは重合原料により反応器1より取り込んだ水素、重合媒体(重合モノマー)等を置換する。置換ガスとして、重合媒体(重合モノマー)すなわち重合原料ガスであるプロピレンガスで置換することが好ましい。プロピレンモノマーを利用すると反応器1、2内での、モノマー分圧が保持できるため、生産上優位である。排出した不活性ガスまたは重合原料は、配管19(配管20)から、配管21を通してコンデンサー6へと戻される。
反応器2では、反応器1と同様に除熱のための液化成分として液化プロピレンまたはヘキサン等の不活性炭化成分は配管23を通して導入される。蒸気の再循環流は、配管24を通して導入される。また、組成調整用の水素、エチレンおよびα−オレフィンは配管24に接続され、導入される。
工程(b−2)で得られるポリプロピレン重合体(B−2)は、連続的に製造されるため反応器2の出口側である配管29側へ移動していく。配管29を通して気/固分離装置30へ移される。重合媒体から分離されたポリプロピレン系重合体(B)は配管31を通して周期的に排出される。
上記製造量比の調節は、各工程におけるオレフィン重合用触媒の活性からも影響を受けるが、各工程におけるオレフィン重合用触媒は、使用する触媒種、プロセス、滞留時間等にも影響するが、チタン含有固体触媒成分(I)1g当たり1,000〜500,000g−PPの活性である。
本発明の製造方法により得られるポリプロピレン系ブロック共重合体組成物には、各成分の混合及び製造に際して、本発明の目的を損なわない範囲内で、各種の重合体、フィラー(充填材)、添加剤を任意に配合してもよい。
重合体としては、低密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、エチレン・不飽和カルボン酸エステル共重合体、カルボン酸変成ポリオレフィン等を挙げることができる。
フィラーとしては、有機フィラー、無機フィラーのいずれであってもよく、具体的にはガラス繊維、鉱物繊維、炭酸カルシウム、タルク、カオリンクレー、マイカ、石英粉、珪藻土、硫酸バリウム、軽石粉、パルプ粉、カーボン繊維、合成繊維、ガラス中空体等が挙げられる。これらのうち、ガラス繊維、タルク、又はマイカが特に好ましい。フィラーの含有量は、剛性、軽量性に優れる成形品が得られる理由により、成形材料全体に対し好ましくは5〜50重量%である。ポリプロピレンにフィラーとしてガラス繊維を配合して熱可塑性樹脂成形材料とする場合は、ガラスとポリプロピレンとの相溶性に優れ剛性の高い成形品が得られる理由により、前記ポリプロピレンとして変性ポリプロピレンを用いるのが好ましい。
また添加剤としては、酸化防止剤、耐熱安定剤、耐候安定剤、耐光安定剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、老化防止剤、脂肪酸金属塩、軟化剤、分散剤、核剤、滑剤、難燃剤、顔料、染料、有機充填剤、無機充填剤を例示することができる。
(1)重合体組成物成分
本発明の製造方法により製造されるポリプロピレン系ブロック重合体組成物(以下、「ポリプロピレン重合体組成物」ともいう。)は、以下の各重合体組成物成分からなるものである。以下、重合体組成物成分について詳細に説明する。
本発明の製造方法により製造されるポリプロピレン系ブロック共重合体組成物の構成成分であるエチレン重合体(A)は、135℃のテトラリン中で測定した極限粘度が15〜100dl/gの範囲の値を有する。
エチレン重合体(A)の極限粘度が15dl/g未満であると、ポリプロピレン系ブロック重合体組成物又は該重合体組成物成分の混合物を溶融混練して得られるポリプロピレン重合体組成物組成物の溶融張力の向上効果が不十分となる恐れがある。
エチレン重合体(A)の極限粘度の上限については特に限定されないが、ポリプロピレン系ブロック共重合体(B)との極限粘度の差が大きすぎると、得られる組成物は、ポリプロピレン系ブロック共重合体(B)とエチレン重合体(A)の均一分散性が低下したものとなり、その結果、安定した高溶融張力を有するポリプロピレン重合体組成物が得られにくくなる恐れがある。また、高い極限粘度のポリエチレン重合体(A)を得ようとすればするほど、その重合温度をより低温に設定しなければならない点を考慮すれば、ポリエチレン重合体(A)の生産性の点からも、そのエチレン重合体(A)の極限粘度の上限は100dl/g程度とするのがよい。エチレン重合体(A)の極限粘度は、好ましくは17以上80dl/g以下、更に好ましくは17以上50dl/g以下の範囲である。
エチレン重合体(A)の含まれる量が、ポリプロピレン系ブロック共重合体(B)100重量部に対して0.01重量部未満であると、発泡成形時の気泡の抑制効果が働かず、発泡時に破泡する恐れや得られるポリプロピレン系ブロック共重合体組成物の溶融張力の向上効果が少なくなる恐れがあり、また5.0重量部を超えると、発泡性能の面で発泡成形時に気泡が膨らみ難くなる恐れや樹脂全体の粘度が低くなり流動特性が低下する恐れや、エチレン重合体(A)を含有する効果が飽和する恐れがあるほか、エチレン重合体(A)とポリプロピレン系ブロック共重合体(B)の均一分散性が損なわれる恐れがある。
また、該エチレン系共重合体(A)は、2種類以上のエチレン共重合体(B)の混合物からなってもよい。
本発明の製造方法によって製造されるポリプロピレン系ブロック共重合体組成物を構成する成分の一つであるポリプロピレン系ブロック共重合体(B)は、オレフィン重合用触媒を用いて、重合工程(b−1)で、プロピレン重合体(B−1)をオレフィン多段重合体(B)の重量基準で30〜95重量%の範囲で製造したのち、引き続く重合工程(b−2)で、オレフィンランダム重合体(B−2)をポリプロピレン系ブロック共重合体(B)の重量基準で70〜5重量%の範囲で製造して得られる。
プロピレン重合体(B−1)とオレフィンランダム重合体(B−2)の重量比を調節するには、プロピレン重合体(B−1)を製造する第一重合工程とオレフィンランダム重合体(B−2)を製造する第二重合工程の製造量比を制御することより可能である。重合温度や滞留時間を変化させる事により両者の製造量比を制御出来る事は、当該事業者には良く知られた事である。
ポリプロピレン系ブロック共重合体(B)のMFRは、主としてプロピレンからなる重合体成分(B−1)のMFR、プロピレンとその他のモノマーとのオレフィンランダム重合体(B−2)のMFR、成分(B−1)と成分(B−2)の量比、の3つの因子により一義的に決まる。従って、ブロック共重合体のMFRはこの3つの因子を調整する事により制御する事が出来る。本発明における、流動特性と溶融特性とのバランスを良くするには、このうち成分(B−1)のMFRを調整する事によりブロック共重合体のMFRを調整する事が望ましい。本発明の主旨に逸脱しない成分(B−1)と成分(B−2)の極限粘度[η](詳細は後述)の範囲において、成分(B−1)のMFRは、MFRが50g/10分以上である事が好ましく、より好ましくはMFRが50g/10分以上1,000g/10分以下、更に好ましくは60g/10分以上800g/10分以下、最も好ましくは100g/10分以上500g/10分以下である。成分(B−1)のMFRが1,000g/10分以上であると、ポリプロピレン系ブロック共重合体(B)のMFRが高くなり、流動特性は上がるが、溶融張力の低下により独立気泡率の低下を引き起こす。一方、MFRが50g/10分以下であると、ポリプロピレン系ブロック共重合体(B)のMFRが低くなり、溶融張力は上がるが、流動特性悪化により成形性が低下する。
成分(B−2)中のプロピレンの含量を調節する為には、成分(B−2)の重合を行う反応器における各モノマーの濃度を変えればよい。成分(B−2)中のプロピレンの含量は成分(B−2)中のその他のモノマー成分と同様の手法により分析する事が出来る。
[ηB−2]=([ηB]×100−[ηB−1]×WB−1)÷WB−2 (式1)
WB−1:プロピレン重合体(B−1)成分の含有量
WB−2:オレフィンランダム重合体(B−2)成分の含有量
以下にチタン含有固体触媒成分(I)にエチレン重合体(A)が担持された触媒成分を用い連続重合において得られるプロピレン重合体(B−1)、オレフィンランダム重合体(B−2)、ポリプロピレン系ブロック共重合体(B)の極限粘度の分析方法を具体的に説明する。
[ηB−1]:重合工程(b−1)で得られる、プロピレン重合体(B−1)成分(エチレン重合体(A)を含む)を溶媒としてODCB溶媒を用い、温度0〜140℃の間の温度上昇分離分別において、80〜100℃の溶出部を除く溶出成分をGPCで、前述の条件にて測定。
[ηB]:重合工程(b−2)で得られる、ポリプロピレン系ブロック共重合体(B)成分を前述の条件にてGPCで測定。
[ηB−2]:下記式2より算出する。
[ηB−2]=([ηB]×100−[ηA]×WA−[ηB−1]×WB−1)÷WB−2 (式2)
WA:プロピレン重合体(A)成分の含有量
WB−1:プロピレン重合体(B−1)成分の含有量
WB−2:オレフィンランダム重合体(B−2)成分の含有量
本発明におけるプロピレン重合体成分(B−1)の極限粘度[ηB−1]は、0.2以上1.0dl/g以下、好ましくは0.4以上1.0dl/g以下、更に好ましくは0.5以上1.1dl/g以下である。
また、プロピレン重合体成分(B−1)の100℃のODCBに不溶、かつ140℃のODCBに可溶な成分のプロピレン含有量が、99.5重量%以上である。
ODCBは、ポリオレフィンの良溶媒であり、沸点が181℃と高いことから、低温〜高温という幅広い温度領域で溶媒分別に使用される。100℃のODCBに不溶であることは、ブロック共重合体を構成する成分の中でも結晶性の高いポリプロピレン成分であることを意味し、プロピレン系ブロック共重合体から結晶性に乏しい成分を除去して残った高結晶性成分のみを取り出すという意義を有する。当該成分のプロピレン含有量が99.5重量%以上であることは、その成分がホモポリプロピレンであるか、またはプロピレンとα−オレフィンの共重合体であったとしても0.5重量%以下の極めて少量のα−オレフィンしか含まないことを意味する。従って、100℃のODCB不溶成分は、結晶性が高く、プロピレン系ブロック共重合体の剛性を高める効果を有することを意味する。
ここで、その他のモノマーの含量は任意の分析手法により求めることが出来る。具体的な例としては、赤外分光分析法(IR)、核磁気共鳴分析法(NMR)、などを挙げることが出来る。
本発明におけるプロピレンとその他のモノマーとのオレフィンランダム重合体(B−2)は、エチレン及び炭素数4から8のα−オレフィンからなる群から選ばれる1以上のモノマーとプロピレンとのランダム共重合体である。好ましくは、プロピレン以外のモノマーはエチレン及び/又は1−ブテンである事が望ましく、最も望ましいのはエチレンである。炭素数9以上のα−オレフィンでは、触媒活性が著しく低下して好ましくない。例えば、炭素数4から8のα−オレフィンとして、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、1−オクテン、1−デセン、4−メチル−1−ペンテン,3−メチル−1−ペンテン等が挙げられる。成分(B−2)中のプロピレンの含量は10重量%以上70重量%以下である。プロピレンの含量がこの範囲を外れると、ポリプロピレン系ブロック共重合体(B)の溶融張力、発泡性能が低下して好ましくない。より好ましくは、プロピレンの含量が15重量%以上65重量%以下であり、特に好ましくは20重量%以上60重量%以下である事が望ましい。最も好ましくは、プロピレン単位の含量が20重量%以上55重量%以下である。
本発明のポリプロピレン系ブロック共重合体組成物は、上記ポリプロピレン系ブロック共重合体組成物構成成分の混合物を、特定の温度条件で溶融混練することによって好適に得ることができる。ここで、「ポリプロピレン系ブロック共重合体組成物」とは、その構成成分の製造方法を問わず、エチレン重合体(A)とポリプロピレン系ブロック共重合体(B)とを連続して製造する製造方法と、エチレン重合体(A)とポリプロピレン系ブロック共重合体(B)とを別に製造する製造方法との、両者を含むものとする。本発明では、ポリプロピレン系ブロック共重合体(B)とエチレン重合体(A)とが混合されたものであるが、それぞれが互いに対して自由度をもって混在している状態であるか、或いは互いが見かけ上結合されて存在している状態であるかを問わない。また、本発明において、「溶融混練」とは、本発明の重合体混合物を、押出造粒機などを用いて、該混合物が溶融状態となる条件で、加熱しながら混練することを意味する。
本発明の製造方法によって得られるポリプロピレン系ブロック共重合体組成物は、特定の極限粘度を持つ高分子量ポリエチレン(A)及びポリプロピレン系ブロック共重合体(B)よりなる組成物である。
本発明の製造方法により得られるポリプロピレン系ブロック共重合体組成物は、溶融特性と発泡特性に優れたものであるため、特に射出発泡成形等の流動性及び発泡特性が同時に必要とされる成形に優位である。
本発明のポリプロピレン系ブロック共重合体組成物は多段重合装置を用い、第1段階でポリプロピレン重合体(B−1)の組成割合が30〜95重量%で製造し、第2段階でオレフィンランダム共重合体(B−2)の組成割合が70〜5重量%で製造し、得られたポリプロピレン系ブロック共重合体(B)の100重量部に対し、15〜100dl/gの範囲の値を有するエチレン重合体(A)0.01〜5.0重量部を含むポリプロピレン系ブロック共重合体である。エチレン重合体(A)は0.02〜3.0重量部、さらに好ましくは0.05〜2.0重量部含むのが好ましい。含有量が多いと発泡性能の面で発泡成形時に気泡が膨らみ難くなる、樹脂全体の粘度が低くなり流動特性が低下する、一方、含有量が低いと発泡成形時の気泡の抑制効果が働かず、発泡時に破泡する恐れがある。
1)Mn:数平均分子量:ポリマ−の分子数に直接関係する物性値を測定することによって求められる最も基本的な平均分子量で、分子の総数に依存する。
2)Mw:重量平均分子量:測定される物性値がポリマ−の重量に直接関係するときに求められる平均分子量であって、分子量の2乗平均であり、Mnより高重合度分子に依存する。
3)Mz:Z平均分子量:最も高次の平均分子量で、分子量の3乗平均である。
4)Mw/Mn:一般的に分子量分布の広狭を強く受けるパラメーター
5)Mz/Mw:超高分子量成分の影響を受けるパラメーター
本発明の製造方法によるにポリプロピレン系ブロック共重合体組成物においては、ブロック共重合体のオレフィンランダム共重合体部を高分子量成分化することにより、ブロック共重合体の分子量分布が広く、分子量分布の指標であるMw/Mn、Mz/Mwの値が高いポリプロピレン系ブロック共重合体(B)が得られる。一方、成形体及び発泡成形におけるゲルの発生は皆無であることが特徴である。
また、高分子量成分であるエチレン重合体(A)は、WO97/14725号公報に見られるように、平均粒子直径は1〜1000μm、さらに好ましくは10〜500μmの範囲でポリプロピレン中に微分散していることが特徴であり、成形体にゲルが発生しないことは確認されている。
本発明における現象を説明する明確な解明には至っていないが、本発明においてポリプロピレン系ブロック共重合体(B)の高分子量成分のオレフィンランダム共重合体部とエチレン重合体(A)が相溶し、ゲルの発生を防止していると推測される。
一方、本発明で得られたポリプロピレン系ブロック共重合体組成物は直鎖状を示し、熱やせん断に強いためリサイクルして使用することができる。
本発明の製造方法にて得られるポリプロピレン系ブロック重合体組成物(以下、「樹脂組成物」ともいう。)は、公知の押出発泡、射出発泡成形、また、超臨界発泡等に利用できる。特に本発明で得られるポリプロピレン系ブロック共重合体は、高MFRで、溶融特性に優れるので射出発泡成形に適している。
1)無機系発泡剤:重炭酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、重炭酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、亜硝酸アンモニウム
2)有機系発泡剤:
(a)N−ニトロソ化合物:N,N’−ジニトロソテレフタルアミド、N,N’−ジニトロソペンタメチレンテトラミン
(b)アゾ化合物:アゾジカルボンアミド、アゾビスイソブチロニトリル、アゾシクロヘキシルニトリル、アゾジアミノベンゼン、バリウムアゾジカルボキシレート
(c)スルフォニルヒドラジド化合物:ベンゼンスルフォニルヒドラジド、トルエンスルフォニルヒドラジド、p,p’−オキシビス(ベンゼンスルフェニルヒドラジド)、ジフェニルスルフォン−3,3’−ジスルフォニルヒドラジド
(d)アジド化合物:カルシウムアジド、4,4’−ジフェニルジスルフォニルアジド、p−トルエンスルフォニルアジド
射出工程では、加熱シリンダー内で溶融された発泡成形体用材料を、ポリプロピレン樹脂発泡成形体の予定体積の10〜95%の容積を有する金型のキャビティー内に射出し充填する。
このとき、加熱シリンダーの先端部(ノズル側)の設定温度を後方部(ホッパー側)の設置温度より高くすることにより、発泡成形体用材料のシリンダー内での発泡を抑え、無発泡状態の発泡成形体用材料をキャビティー内に射出することができる。先端部と後方部の設定温度の差は、20〜100℃、好ましくは20〜70℃、より好ましくは30〜60℃である。
射出工程で、金型のキャビティー容積がポリプロピレン樹脂発泡成形体の予定体積の10%未満であると、射出時に発泡成形体用材料にかかる圧力の勾配が過大となり、均一な充填が困難となることがある。また、キャビティー容積がポリプロピレン樹脂発泡成形体の予定体積の95%を超える金型では、射出工程で発泡が始まり、ポリプロピレン樹脂発泡成形体表面に良好な無発泡層が得られなくなる。
前工程で金型内に充填された発泡成形体用材料を、金型に接する表面層のみが固化し内部は溶融状態にまで冷却する。具体的には、発泡成形体用材料が充填された金型を、一定時間、その容積を変化させることなく保持することにより実施する。保持する時間は、金型温度、発泡成形体用材料の種類、ポリプロピレン樹脂発泡成形体の形状、無発泡層の厚さ等に応じて経験的に決定されるが、通常1〜20秒程度である。無発泡層の好ましい厚さは0.2〜2mm程度である。
一次冷却工程の終了後、金型のキャビティーを発泡成形体の予定体積まで拡大することにより。溶融状態の発泡成形体用材料を発泡させる。キャビティーの拡大は、射出成形機の型締め機構による金型の移動、あるいは金型に設けられたスライドコアの移動等、公知の方法が利用できる。
二次冷却は、金型キャビティーを拡大した後、ポリプロピレン樹脂発泡成形体の形状が安定するまでの間、金型をその容積を変化させることなく保持することにより実施する。二次冷却に要する時間はポリプロピレン樹脂発泡成形体の形状によって異なるので、経験的に決定される。二次冷却工程の終了後、金型を開いてポリプロピレン樹脂発泡成形体を取り出す。
(1)MFR:タカラ社製メルトインデクサーを用い、JIS−K7210に規定された方法に基づき、230℃、0.216N(単位:g/10min)の条件で評価した。
(2)極限粘度[ηA]:オスヴァルト粘度計(三井東圧化学(株))製)を用い、135℃のテトラリン中で測定した(単位:dl/g)。
(3)極限粘度[ηB]、[ηB−1]、[ηB−2]:極限粘度[ηB]、[ηB−1]はGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフ);Waters社製、GPC150−C型機、ポリマーラボラトリーズ社製カラムPlmixedBを用いて測定した。ポリスチレンを標準物質として、測定温度135℃、溶媒o−ジクロロベンゼン中で測定した。極限粘度[ηB]、[ηB−1]より、明細書中記載の(式1)または(式2)を用い極限粘度[ηB−2]を算出した。
(4)分子量分布、Mn、Mw、Mz:GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフ);Waters社製、GPC150−C型機、ポリマーラボラトリーズ社製カラムPlmixedBを用いて測定した。ポリスチレンを標準物質として、測定温度135℃、溶媒o−ジクロロベンゼン中で測定した。
(i)サンプルの調製
試料(ポリプロピレン重合体(B−1))を加熱加圧プレスにより厚さ500μmのシートに成形した。プレス条件は、温度190℃、予熱時間2分、加圧圧力50MPa、加圧時間2分とした。
(ii)赤外分光光度計による吸光度の測定
上記にて得られたシートを用い、以下の条件にて吸収量を測定した。
装置:島津FTIR−8300
分解能:4.0cm−1
測定範囲:4,000〜400cm−1
吸光度ピーク面積算出範囲:700〜760cm−1
(iii)ポリプロピレン重合体(B−1)中のエチレン重合体(A)含量の計算
予めNMRでエチレン含量を定量してあるサンプルを用いて検量線を作成し、この検量線に基づいて、プロピレン重合体(B−1)中のエチレン重合体(A)含量を計算した。
(iv)ポリプロピレン系ブロック共重合体中(B)のエチレン重合体(A)含量の計算
ポリプロピレン重合体を製造する第1重合工程(b−1)と、オレフィンランダム共重合体(B−2)成分を製造する第2重合工程(b−2)の生産量の値から計算して、重量%としてエチレン重合体(A)含量の値を得た。
(i)サンプルの調製
試料(ポリプロピレン重合体(B−1))を加熱加圧プレスにより厚さ200μmのシートに成形した。プレス条件は、温度190℃、予熱時間2分、加圧圧力30MPa、加圧時間2分とした。
(ii)赤外分光光度計による吸光度の測定
上記にて得られたシートを用い、以下の条件にて吸収量を測定した。
装置:島津FTIR−8300
分解能:4.0cm−1
測定範囲:4,000〜400cm−1
吸光度ピーク面積算出範囲:700〜760cm−1
(iii)ポリプロピレン系ブロック共重合体中(B)のエチレン含量の計算
予めNMRでエチレン含量を定量してあるサンプルを用いて検量線を作成し、この検量線に基づいて、プロピレン重合体(B−1)中のエチレン重合体(A)含量を計算した。また、ポリプロピレン系ブロック共重合体中(B)にエチレン重合体(A)を含む場合は、(3)で得られたエチレン重合体(A)含量を引いた値として算出した。
プロピレン単独重合体を製造する第1重合工程(b−1)と、プロピレンエチレンランダム共重合体成分を製造する第2重合工程(b−2)の生産量の値から計算し、重量%として値を得た。
(8)プロピレンエチレンランダム共重合体成分中のエチレン含量の計算
プロピレンエチレンブロック共重合体中のエチレン含量、及び、プロピレンエチレンブロック共重合体中のプロピレンエチレンランダム共重合体成分の含量値から計算し、値を得た。
(9)発泡倍率:未発泡品の比重(dc0)および発泡体の比重(dc1)を水中置換法によって求め、その値から[dc0/dc1]を算出して発泡倍率とした。なお、発泡体の比重は、スキン層を含む状態で測定した。
(10)セル形状:発泡体断面の顕微鏡観察(SEM)を行い、気泡状態を調べた。隣接する気泡同士が互いに独立している状態を「独立」、繋がっている状態を「連通」として評価した。
(11)独立気泡率:重量と水没法により求めた体積とから見かけ密度(D)を算出し、真比重(0.90)をその見かけ密度で除して求めた。
すなわち、独立気泡率=0.90/D
(12)外観:発泡成形体の表面を目視で観察。タイガーストライプ、シルバーストリープの発生により、外観の良否を以下の基準で評価した。
○:表面に全く見られない
△:表面にわずかに見られる
×:表面の一部にはっきり見られる
(13)ODCBを溶媒として用いた、温度0〜140℃の間の温度上昇溶離分別における、0〜100℃の溶出分に対する40〜100℃の溶出分の比率、および40〜100℃の溶出分のMwは以下の方法により求める。
・使用する分析装置
(i)クロス分別装置
ダイヤインスツルメンツ社製CFC T−100(CFCと略す)
フーリエ変換型赤外線吸収スペクトル分析
(ii)ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)
CFCの後段に、GPCカラム(昭和電工社製AD806MS)を直列に接続して使用する。
・CFCの測定条件
(i)溶媒:オルトジクロルベンゼン(ODCB)
(ii)サンプル濃度:4mg/mL
(iii)注入量:0.4mL
(iv)結晶化:140℃から40℃まで約40分かけて降温する。
(v)分別方法:昇温溶出分別時の分別温度は40、100、140℃とし、全部で3つのフラクションに分別する。なお、40℃以下で溶出する成分(フラクション1)、40〜100℃で溶出する成分(フラクション2)、100〜140℃で溶出する成分(フラクション3)の溶出割合(単位 重量%)を各々W40、W100、W140と定義する。W40+W100+W140=100である。
本発明における0〜100℃の溶出分に対する40〜100℃の溶出分の比率は、
W100/(W40+W100)×100
と、表すことができる。
また、分別した各フラクションは、そのままGPCへ自動輸送し、分子量分布Mwを測定する。
(1)チタン含有固体成分(I)の調製 スラリー用触媒
撹拌機付きステンレス製反応器中において、デカン37.5リットル、無水塩化マグネシウム7.14kg、および2−エチル−1−ヘキサノール35.1リットルを混合し、撹拌しながら140℃に4時間加熱して均一な溶液とした。この均一溶液中に無水フタル酸1.67kgを添加し、さらに130℃にて1時間撹拌して、無水フタル酸をこの均一溶液に溶解した。得られた均一溶液を室温(23℃)に冷却した後、この均一溶液を−20℃に保持した四塩化チタン200リットル中に3時間かけて全量滴下した。滴下後、4時間かけて110℃に昇温し、110℃に達したところでフタル酸ジ−i−ブチル5.03リットルを添加し、2時間110℃にて撹拌保持して反応を行った。2時間の反応終了後、熱濾過にて固体部を採取し、固体部を275リットルの四塩化チタンにて再懸濁させた後、再び110℃で2時間、反応を持続した。反応終了後、再び熱濾過により固体部を採取し、n−ヘキサンにて、洗浄液中に遊離のチタンが検出されなくなるまで充分洗浄した。続いて、濾過により溶媒を分離し、固体部を減圧乾燥してチタン2.4重量%を含有するチタン含有担持型触媒成分(遷移金属化合物触媒成分)を得た。また、固体触媒の平均粒径は20μmであった。
内容積30リットルの傾斜羽根付きステンレス製反応器を窒素ガスで置換後、n−ヘキサン20リットル、トリエチルアルミニウム40ミリモル、および前項で調製したチタン含有担持型触媒成分80g(チタン原子換算で40ミリモル)を添加した後、15℃でプロピレン420gを120分間供給して予備重合を行った。反応時間終了後、未反応のプロピレンを反応器外に放出し、反応器の気相部を1回、窒素置換した。別途、同一の条件で行った予備重合後に生成したポリマーを分析した結果、チタン含有担持型触媒成分1g当たり、2.2gのポリプロピレン(W0P)が生成し、このポリプロピレンの極限粘度[η1]は2.9dl/gであった。
WA=W0T−W0P
また、エチレンによる予備活性化で生成したエチレン重合体(A)の極限粘度[ηA]は、予備重合で生成したポリプロピレンの極限粘度[η0P]、および予備重合工程に引き続く予備活性化工程終了後に生成していた重合体の極限粘度[η0T]から次式により求められる。
[ηA]=([η0T]×W0T−[η0P]×W0P)/(W0T−W0P)
上記の式に従って、エチレンによる予備活性化で生成したエチレン重合体(A)量は、チタン含有担持型触媒成分1g当たり73.0g、その極限粘度[ηA]は32.2dl/gと算出された。
内容積500リットルの撹拌機付き、ステンレス製重合器を窒素置換した後、n−ヘキサン240リットル、トリエチルアルミニウム780ミリモル、ジイソプロピルジメトキシシラン78ミリモル、および上記で得た予備活性化触媒を10g投入した(ただし予備重合ポリマー分は除く)。引き続いて、水素700リットルを重合器内に導入し、重合温度70℃、重合器内の気相部圧力を1.0MPaに保持しながらプロピレンを連続的に1.5時間供給して、プロピレン重合体(B−1)の製造(重合工程(b−1))を実施した。この時の重合工程(b−1)で使用したプロピレンに対する水素の割合はモル比で、H2/C3=0.30であった。重合終了後、重合器内の温度を30℃まで冷却した後、水素と未反応プロピレンを放出した。次いで、重合スラリーの一部を抜き出して測定した結果、[η]は0.90dl/gであり、予備活性化で生成したエチレン重合体(A)の含有率は1.08重量%であった。
重合器内温度を60℃に昇温後、エチレン4.3kg、およびプロピレン12kgを、2時間連続して供給し、オレフィンランダム共重合体(B−2)の製造(重合工程(b−2))を実施した。この時のリアクター内の気相部をAgilent Technologies社製、マイクロGC−3000Aを用いて水素濃度を測定したところ1ppmであった。重合終了後、重合器内の温度を30℃まで冷却して、水素と未反応のエチレンおよびプロピレンを放出した。次いで、メタノール50リットルを重合器内に導入し、触媒失活反応を60℃にて30分間実施した。更に20重量%の苛性ソーダ水溶液0.7リットルを加え、20分間攪拌した後、純水100リットルを加えて、20分間攪拌した。水層を抜き出した後に、再度300リットルの純水を加え、20分間攪拌して水層を抜き出した。ついでヘキサンスラリーを抜き出し、濾過、乾燥した。乾燥後のパウダー収量は8.05kgであった。重合工程(b−2)終了後の重合体(本発明でいう「ポリプロピレン系ブロック共重合体(B)」に該当)、および、重合工程(b−2)で得られたオレフィンランダム共重合体(B−2)の分析結果を表1に示した。また、本発明で言う「ポリプロピレン系ブロック共重合体(B)」の生成量は、重合工程(b−2)終了後の重合体の生成量から、予備重合で得られたポリプロピレンと予備活性化で得られたエチレン重合体(A)の生成量を差し引くことにより算出した。
スクリュー径50mmの加熱シリンダーおよび型締め制御機構を有し最大型締め力が300トンの射出成形機を用い、加熱シリンダーの各加熱ゾーンの温度を、先端部から後方部へ順に230℃、230℃、230℃、210℃、及び180℃と設定し、背圧を9.8MPaとし、金型冷却水温度40℃で、平板成形体の移動型と固定型の間隔が2.0mmで容積が160cm3であるキャビティー内に、加熱溶融した発泡成形体用材料145gを射出充填した。射出完了後1秒間一次冷却をし、次いで移動型を2.0mm後退させて、キャビティー容積を320cm3に拡大して発泡させた。その後60秒間二次冷却をしてポリプロピレン樹脂発泡成形体を得た。発泡成形体の分析結果を表2に示した。
(1)チタン含有固体成分(I)の調製
撹拌装置を備えた容量10Lのオートクレーブを充分に窒素で置換し、精製したトルエン2Lを導入した。ここに、室温で、Mg(OEt)2を200g、TiCl4を1L添加した。温度を90℃に上げて、フタル酸−n−ブチルを50ml導入した。その後、温度を110℃に上げて3hr反応を行った。反応生成物を精製したトルエンで充分に洗浄した。次いで、精製したトルエンを導入して全体の液量を2Lに調整した。室温でTiCl4を1L添加し、温度を110℃に上げて2hr反応を行った。反応生成物を精製したトルエンで充分に洗浄した。更に、精製したn−ヘプタンを用いて、トルエンをn−ヘプタンで置換し、チタン含有固体成分(I)のスラリーを得た。このスラリーの一部をサンプリングして乾燥した。分析したところ、固体成分(I)のTi含量は2.7wt.%であった。また、固体触媒の平均粒径は33μmであった。
内容積30リットルの傾斜羽根付きステンレス製反応器を窒素ガスで置換後、n−ヘキサン20リットル、トリエチルアルミニウム40ミリモル、および前項で調製したチタン含有担持型触媒成分40g(チタン原子換算で40ミリモル)を添加した後、15℃でプロピレン210gを120分間供給して予備重合を行った。反応時間終了後、未反応のプロピレンを反応器外に放出し、反応器の気相部を1回、窒素置換した。別途、同一の条件で行った予備重合後に生成したポリマーを分析した結果、チタン含有担持型触媒成分1g当たり、2.1gのポリプロピレン(W0P)が生成し、このポリプロピレンの極限粘度[η1]は2.9dl/gであった。
図1に示したフローシートによって説明する。2台の重合槽を用いる気相重合反応器を用いた。2台の重合器1及び重合器2は、内径D:340mm、長さL:1260mm、回転軸の径:90mm、内容積:110dm3の攪拌機を備えた連続式横型気相重合器(長さ/直径=3.7)である。
重合器1内を置換後、500μm以下の重合体粒子を除去したポリプロピレン粉末(平均粒径1500μm)を25kg導入し、更に上記で得られた予備活性化触媒を0.49g/h(ただし予備重合ポリマー分は除く)、またトリエチルアルミニウムの15重量%n−ヘキサン溶液を触媒成分(A)中のTi原子1モルに対し、モル比が90、ジイソプロピルジメトキシシランをTi原子1モルに対し10となるように連続的に供給した。また、重合器1内のプロピレンに対する水素使用量の割合がモル比で0.15となるように水素を、重合器1内の圧力が2.15MPa、温度が65℃を保つようにプロピレンモノマーをそれぞれ重合器1内に供給した。反応熱は、原料混合ガス供給配管3から供給する原料プロピレンの気化熱により除去した。重合器1から排出される未反応ガスは、未反応ガス抜き出し配管5を通して反応器系外に抜き出し、冷却・凝縮させてリサイクルガス配管4を通して重合器1に還流した。重合器1内で生成したプロピレン重合体は、重合体の保有レベルが反応容積の50容量%となる様に重合体抜き出し配管11および抜き出し配管12を通して重合器1から連続的に抜き出し、第2重合工程の重合器2に供給した。ただし、重合器1と重合器2の間の配管11および配管12に設置した滞留室15および16内において、重合器1より持ち込むガス相はプロピレンガスで還流した。
次いで、重合器1内で生成したプロピレン重合体の一部を抜き出して測定した結果、[η]は0.92dl/gであり、予備活性化で生成したエチレン重合体(A)の含有率は1.19重量%であった。
重合器2内に、第1重合工程からの重合体、プロピレン、エチレンガスを連続的に供給し、オレフィンランダム共重合体(B−2)の製造(重合工程(b−2))を実施した。反応条件は、攪拌速度25rpm、温度65℃、圧力2.0MPaで行った。水素ガスは供給しなかった。また、反応熱は原料混合ガス配管23から供給される原料液化プロピレンの気化熱で除去した。重合器2から排出される未反応ガスは、未反応ガス抜き出し配管25を通して反応器系外に抜き出し、冷却・凝縮させた。気相部は、微量水素を精留分離機22にて分離させ、リサイクルガス配管7を通して重合器2に還流させた。
第2重合工程で生成したプロピレン重合体組成物は、重合体の保有レベルが反応容積の60容量%となる様に重合体抜き出し配管29を通して重合器2から連続的に抜き出した。この時の重合器2内の水素濃度は2ppmであった。
プロピレン重合体組成物の生産速度は10.1kg/hrであった。
得られたプロピレン重合体組成物の分析結果は、表1に示した。
実施例2で重合工程(b−1)で重合器1内の水素濃度のプロピレン濃度に対する比が0.20となるように水素を重合器1内に供給した以外は、実施例2と同様に行った。
重合器1内で生成したプロピレン重合体の一部を抜き出して測定した結果、[η]は0.85dl/gであり、予備活性化で生成したエチレン重合体(A)の含有率は1.23重量%であった。
重合器2内:重合工程(b−2)は実施例2と同様に行った。このときの重合器2内の水素濃度は1ppm、プロピレン重合体組成物の生産速度は10.5kg/hrであった。得られたプロピレン重合体組成物の分析結果は、表1に示した。
重合工程(b−1)は、実施例3と同様に行った。
重合器1内で生成したプロピレン重合体の一部を抜き出して測定した結果、[η]は0.91dl/gであり、予備活性化で生成したエチレン重合体(A)の含有率は1.18重量%であった。
重合器2内:重合工程(b−2)は実施例2のエチレンとプロピレンの導入比率を変えた以外は、実施例3と同様に行った。このときの重合器2内の水素濃度は1ppm、プロピレン重合体組成物の生産速度は11.0kg/hrであった。得られたプロピレン重合体組成物の分析結果は、表1に示した。
重合工程(b−1)は、実施例2と同様に行った。
重合器1内で生成したプロピレン重合体の一部を抜き出して測定した結果、[η]は0.90dl/gであり、予備活性化で生成したエチレン重合体(A)の含有率は1.20重量%であった。
重合器2内:重合工程(b−2)は実施例2においてエチレンとプロピレンの導入比率を変えると同時に、滞留時間も短くした。それ以外は実施例2と同様に行った。このときの重合器2内の水素濃度は2ppm、プロピレン重合体組成物の生産速度は9.3kg/hrであった。得られたプロピレン重合体組成物の分析結果は、表1に示した。
重合工程(b−1)は、実施例4で、重合器1内の水素濃度のプロピレン濃度に対する比が0.20となるように水素を重合器1内に供給した以外は、実施例4と同様に行った。
重合器1内で生成したプロピレン重合体の一部を抜き出して測定した結果、[η]は0.82dl/gであり、予備活性化で生成したエチレン重合体(A)の含有率は1.21重量%であった。
重合器2内:重合工程(b−2)は実施例4において60℃で重合するところを40℃で重合を行った。それ以外は実施例4と同様に行った。このときの重合器2内の水素濃度は3ppmであった。プロピレン重合体組成物の生産速度は10.1kg/hrであった。得られたプロピレン重合体組成物の分析結果は、表1に示した。
実施例2で重合工程(b−1)で重合器1内の水素濃度のプロピレン濃度に対する比が0.10となるように水素を重合器1内に供給した以外は、実施例2と同様に行った。
重合器1内で生成したプロピレン重合体の一部を抜き出して測定した結果、[η]は0.97dl/gであり、予備活性化で生成したエチレン重合体(A)の含有率は1.19重量%であった。
重合器2内:重合工程(b−2)は実施例2において滞留時間を短くして重合を行った。それ以外は実施例2と同様に行った。このときの重合器2内の水素濃度は2ppm、プロピレン重合体組成物の生産速度は9.1kg/hrであった。得られたプロピレン重合体組成物の分析結果は、表1に示した。
実施例2で重合工程(b−1)で重合器1内の水素濃度のプロピレン濃度に対する比が0.85となるように水素を重合器1内に供給した以外は、実施例2と同様に行った。
重合器1内で生成したプロピレン重合体の一部を抜き出して測定した結果、[η]は0.58dl/gであり、予備活性化で生成したエチレン重合体(A)の含有率は1.16重量%であった。
重合器2内:重合工程(b−2)は実施例2において滞留時間を長くして重合を行った。それ以外は実施例2と同様に行った。このときの重合器2内の水素濃度は1ppm、プロピレン重合体組成物の生産速度は12.0kg/hrであった。得られたプロピレン重合体組成物の分析結果は、表1に示した。
比較例1は実施例1の「重合工程(b−2)」において、エチレン4.3kg、およびプロピレン12kgを供給するほかに水素を15リットル供給した。それ以外は、実施例1に準拠してプロピレン重合体組成物を得た。この時リアクター内、気相部における水素濃度は30ppmであった。
得られたプロピレン重合体組成物を用いて、実施例1に準拠して発泡成形体を成形した。該プロピレン重合体組成物および得られた発泡成形体の分析値を表1及び表2に示した。
比較例2は実施例2の「重合工程(b−2)」において、プロピレン、エチレンガスを連続的に供給するほかに水素も連続的に供給する以外は、実施例2に準拠してプロピレン重合体組成物を得た。この時リアクター内の水素濃度は12ppmであった。また、得られたプロピレン重合体組成物を用いて、実施例1に準拠して発泡成形体を成形した。該プロピレン重合体組成物および得られた発泡成形体の分析値を表1及び表2に示した。
比較例3は実施例6の「重合工程(b−2)」において、重合温度を45℃から25℃に変更、また、滞留時間を短くした。それ以外は、実施例6に準拠してプロピレン重合体組成物を得た。この時リアクター内の水素濃度は2ppmであった。また、得られたプロピレン重合体組成物を用いて、実施例1に準拠して発泡成形体を成形した。該プロピレン重合体組成物および得られた発泡成形体の分析値を表1及び表2に示した。
比較例4は実施例5の「重合工程(b−2)」において、重合温度を65℃から25℃に変更した以外は、実施例5に準拠してプロピレン重合体組成物を得た。この時リアクター内の水素濃度は2ppmであった。また、得られたプロピレン重合体組成物を用いて、実施例1に準拠して発泡成形体を成形した。該プロピレン重合体組成物および得られた発泡成形体の分析値を表1及び表2に示した。
比較例4は、実施例1においてチタン含有触媒調製、プロピレンによる予備重合終了後、引き続くエチレンによる予備活性化処理を行わない以外は実施例1と同様に行った。また、得られたプロピレン重合体組成物を用いて、実施例1に準拠して発泡成形体を成形した。該プロピレン重合体組成物および得られた発泡成形体の分析値を表1及び表2に示した。
比較例6は、実施例2においてチタン含有触媒調製、プロピレンによる予備重合終了後、引き続くエチレンによる予備活性化処理を行わない以外は実施例2と同様に行った。また、得られたプロピレン重合体組成物を用いて、実施例1に準拠して発泡成形体を成形した。該プロピレン重合体組成物および得られた発泡成形体の分析値を表1及び表2に示した。
2 助触媒導入配管
3 液化成分またはヘキサン等の不活性炭化成分等導入配管
4 リサイクルガス配管
5 未反応ガス抜き出し配管
6 コンデンサー
7 配管
8 気/液分離装置
9、10 滞留室
11、12 重合体抜き出し配管
13、14 重合体抜き出し配管バルブ
15、16 ガス導入配管
17、18 重合体抜き出し配管バルブ
19、20 ガス抜き出し配管バルブ
21 循環ガス配管
22 精留分離設備
23 液化成分またはヘキサン等の不活性炭化成分等導入配管
24 リサイクルガス配管
25 未反応ガス抜き出し配管
26 コンデンサー
27 配管
28 気/液分離装置
29 重合体抜き出し配管
30 気/固分離装置
31 配管
32 反応器1
33 反応器2
Claims (13)
- エチレン重合体(A)と、ポリプロピレン重合体部(B−1)およびオレフィンランダム共重合体部(B−2)を有するポリプロピレン系ブロック共重合体(B)とを含むポリプロピレン系ブロック共重合体組成物を製造する方法において、
ポリプロピレン系ブロック共重合体(B)は、(I)チタン、マグネシウム及びハロゲンを必須成分とする固体成分と(II)有機アルミニウム化合物と(III)電子供与体とから形成されてなるオレフィン重合用触媒の存在下で、下記の工程(b−1)および工程(b−2)を行って製造されることを特徴とする射出発泡成形用ポリプロピレン系ブロック共重合体組成物の製造方法。
工程(b−1):水素の存在下にプロピレンを重合してポリプロピレン重合体(B−1)を製造する工程
工程(b−2):水素濃度が5ppm以下の条件下でエチレン及び炭素数4から8のα−オレフィンからなる群から選ばれる1以上のモノマーとプロピレンとを重合して極限粘度([η])が10〜20dl/gのオレフィンランダム共重合体(B−2)を製造する工程 - エチレン重合体(A)は、前記工程(b−1)に先立って、下記の工程(a−2)を行って製造されることを特徴とする請求項1に記載のポリプロピレン系ブロック共重合体組成物の製造方法。
工程(a−2):オレフィン重合用触媒の存在下に、エチレン単独またはそれと炭素数3から12のα−オレフィンからなる群から選ばれる1以上のモノマーとを重合して、オレフィン重合用触媒中の金属原子1gに対して0.01〜500gのエチレン重合体(A)を製造する予備活性化工程 - 前記工程(a−2)に先立って、下記の工程(a−1)を行うことを特徴とする請求項2に記載のポリプロピレン系ブロック共重合体組成物の製造方法。
工程(a−1):オレフィン重合用触媒の存在下に、プロピレンを重合して(I)チタン、マグネシウム及びハロゲンを必須成分とする固体成分1gに対して0.01〜100gのポリプロピレンを製造し担持させる予備重合工程 - エチレン重合体(A)の含有量は、ポリプロピレン系ブロック共重合体(B)100重量部に対して、0.01〜5.0重量部であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のポリプロピレン系ブロック共重合体組成物の製造方法。
- ポリプロピレン系ブロック共重合体(B)におけるポリプロピレン重合体(B−1)の組成割合が、40〜95重量%であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のポリプロピレン系ブロック共重合体組成物の製造方法。
- (II)有機アルミニウム化合物が、トリエチルアルミニウム及び/又はトリイソブチルアルミニウムであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のポリプロピレン系ブロック共重合体組成物の製造方法。
- (III)電子供与体が、有機ケイ素化合物であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のポリプロピレン系ブロック共重合体組成物の製造方法。
- 工程(b−1)で使用するプロピレンに対する水素の平均使用量の割合(H2/C3)は、モル比で0.01〜10の範囲であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載のポリプロピレン系ブロック共重合体組成物の製造方法。
- 工程(b−1)は、気相重合法により行われることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載のポリプロピレン系ブロック共重合体組成物の製造方法。
- 工程(b−2)は、気相重合法により行われることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載のポリプロピレン系ブロック共重合体組成物の製造方法。
- 工程(b−1)と工程(b−2)とは、ともに気相重合法により行われ、その際、工程(b−1)に使用される第1の重合装置と工程(b−2)に使用される第2の重合装置との間には、滞留室が設けられており、第1の重合装置から滞留室に移送された気体の少なくとも一部を、不活性ガスまたは重合原料により置換することにより、滞留室から第2の重合装置に移送されるガス中に水素が含有されないものとすることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載のポリプロピレン系ブロック共重合体組成物の製造方法。
- 請求項1〜11のいずれか1項に記載の製造方法により製造されることを特徴とする射出発泡成形用ポリプロピレン系ブロック共重合体組成物。
- 請求項12に記載の射出発泡成形用ポリプロピレン系ブロック共重合体組成物を用いることを特徴とする射出発泡成形体。
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