JP2001139712A - 多孔質ポリオレフィン成形体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 比強度（σ^1/2 ／ρ）、比剛性（Ｅ^1/3 ／
ρ）に優れ、且つリサイクル性、耐熱性、耐水性に優れ
たポリオレフィン成形体の提供。 【解決手段】 多孔質ポリオレフィン延伸体を強化材と
した成形体であって、密度が０. ４〜０. ８ｇ／ｃｃで
ある多孔質ポリオレフィン成形体。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はポリオレフィン成形
体に関し、より詳細には、軽量、高強度、高剛性で、且
つリサイクル性、耐熱性、耐水性に優れた成形体に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、構造部材や建材といった、高剛
性、高強度が要求される部材には、主として鋼材が用い
られてきた。近年、この種の部材の軽量化を果たす手段
として合成樹脂をガラス繊維で補強してなる複合材料、
いわゆるＦＲＰ広くが使用されている。しかしながら、
ＦＲＰを用いた部材では、ガラス繊維を含んでいるため
リサイクルが困難であるという問題があった。

【０００３】他方、結晶性熱可塑性樹脂は、高倍率に延
伸すると、延伸方向に分子が配向し、延伸方向の強度及
び剛性が著しく向上し、ガラス繊維に匹敵する物性を得
ることも可能であることが知られている。上記の高倍率
に延伸した樹脂は、通常、繊維状の形態で得られるが、
このような高倍率延伸樹脂を良好な接着方法で一体化す
ることにより構造部材や建材などに十分利用可能である
と考えられる。

【０００４】特開昭６１‐１７３９８３号公報、特開平
２‐１９８８３４号公報には、延伸シートよりも融点の
低い被覆樹脂を該延伸シートの両面に被覆し熱接着した
積層体が開示されている。しかし、成形体の強度、弾性
率を更に向上させるには、成形体の厚みを厚くする必要
があり、その結果として、成形体の重量が増加してしま
い、構造部材の更なる軽量化を図る上で上記方法では不
十分であった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、構造
部材の軽量化を主眼としたものであり、上記方法よりも
更に比強度（σ^1/2 ／ρ）、比剛性（Ｅ^1/3 ／ρ）の優
れたポリオレフィン成形体を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
多孔質ポリオレフィン延伸体を強化材とした成形体であ
って、密度が０. ４〜０. ８ｇ／ｃｃである多孔質ポリ
オレフィン成形体である。

【０００７】請求項２記載の発明は、多孔質ポリオレフ
ィン延伸体がシートであって、該シートが少なくとも２
層以上で構成され、多孔質ポリオレフィン延伸体と接着
層が交互に存在する請求項１記載の多孔質ポリオレフィ
ン成形体である。

【０００８】請求項３記載の発明は、接着層が、該延伸
体よりも低融点でありかつ該延伸体と接着性を有するヒ
ートシール性樹脂層である請求項２記載の多孔質ポリオ
レフィン成形体である。

【０００９】請求項４記載の発明は、多孔質ポリオレフ
ィン延伸体の延伸倍率が１０倍以上である請求項１〜３
いずれかに記載の多孔質ポリオレフィン成形体である。

【００１０】本発明の多孔質ポリオレフィン延伸体に用
いられるポリオレフィン樹脂としては、例えば、エチレ
ン、プロピレン、１‐ブテン及び１‐ペンテン等のα‐
オレフィンの単独重合体や上記α‐オレフィンからなる
共重合体、上記α‐オレフィンと酢酸ビニル、ビニルア
ルコール、塩化ビニル、アクリル酸、（メタ）アクリル
酸エステル等のビニル系単量体との共重合体等が挙げら
れる。上記α‐オレフィンとビニル系単量体との共重合
体中におけるビニル系単量体は１０重量％以下が好まし
い。１０重量％を越えるとポリオレフィンとしての特性
が失われるからである。上記ポリオレフィンの内、ポリ
プロピレン樹脂が好ましく用いられる。

【００１１】上記ポリプロピレン樹脂としては、例え
ば、ホモポリプロピレン樹脂、ブロックポリプロピレン
樹脂、ランダムポリプロピレン樹脂等がが挙げられる
が、結晶性の高いホモポリプロピレン樹脂が好適に用い
られる。また、ホモポリプロピレン樹脂に３０重量％以
下のブロックポリプロピレン樹脂、ランダムポリプロピ
レン樹脂を含有せしめた樹脂も好適に用いられる。更
に、上記ポリプロピレン樹脂には、１０重量％以下の量
の酢酸ビニル、ビニルアルコール、塩化ビニル、アクリ
ル酸、（メタ）アクリル酸エステル等のビニル系単量体
が共重合されていても良い。

【００１２】上記ポリオレフィン樹脂のメルトインデッ
クス（ＭＩ）は、延伸性、物性面から０. １〜２０が好
ましく、より好ましくは０. ５〜１０である。又、上記
ポリオレフィン樹脂の重量平均分子量は、通常１０万〜
５０万以下である。上記ポリプロピレン樹脂には、成形
に際して各種安定剤、滑剤、顔料等の添加剤が添加され
ても良い。

【００１３】本発明において多孔質ポリオレフィン成形
体に用いる延伸体は、シート状、繊維状、不織布、織
物、ロッド状などの形態をとることができうるが、成形
体の成形性、物性等からシート状の形態をとることが好
ましい。多孔質延伸シート製造に際しては、通常、原反
シートを製造した後に、延伸により多孔質化し、多孔質
延伸シートとされる。

【００１４】原反シートを成形する方法は、特に限定さ
れるものではなく、従来の方法を適宜選択して用いれば
よい。通常は、原料となるポリオレフィン樹脂組成物を
混練機にて十分に溶融混練し、シートダイを用いてシー
ト状に押出成形し、冷却固化する方法が用いられる。原
反シートの厚みについては特に限定されるものではない
が、０. ５〜１０ｍｍ程度のものが好ましい。０. ５ｍ
ｍ未満の場合には、延伸後の厚みが薄くなりすぎること
があり、また１０ｍｍ以上の場合、下記に示す圧延処理
を施しても延伸が困難になることがあるからである。

【００１５】原反シートを延伸して多孔質化させる方法
としては、特定の温度条件で延伸する方法や、無機充填
材を原反シートに配合し延伸する方法等があるが、高強
度、高弾性であり、且つ延伸シート内の空隙を均一に存
在させる為には、特定の温度条件で延伸するのが好まし
く、通常、原反シートのガラス転移温度とガラス転移温
度より３０度低い温度との間の温度領域で延伸成形され
る。上記延伸シートの製造方法については特に限定され
ず、通常の、速度の異なる２対のロール間に挟んで原反
シートを加熱しながら一軸方向に引張るロール延伸法
や、原反シートを局所的に加熱し、局所的に延伸するゾ
ーン延伸法等が用いられる。また、原反シートが厚い場
合には、延伸処理を施す前に圧延処理を施すとよい。

【００１６】上記圧延処理の方法については、特に限定
されるものではないが、一般的なロール圧延法を用いる
ことができる。ロール圧延法とは、回転する一対の圧延
ロール間に、該圧延ロールのクリアランスよりも厚いシ
ートを挿入し、シート厚みを減少させると同時に長さ方
向に伸長させることにより行われる。この際、原反シー
トに応じて原反シートの予熱、圧延ロールの加熱温調を
行う事が好ましい。原反シートの予熱、圧延ロールの加
熱温調を行わないと、圧延時の圧下力が増大するだけで
なく、シート自体の分子鎖が切断するなど後の延伸処理
において問題が生じる。

【００１７】上記多孔質延伸シートの製造の際の延伸倍
率は１０倍以上が好ましく、更に好ましくは２０倍以上
である。延伸倍率が１０倍未満では補強体としての物性
が不足するおそれがあるからである。また上限は特に限
定されないが、事実上、連続成形において５０倍より高
い延伸倍率ではシートの厚みが薄くなり、また成形安定
性も極端に悪くなるおそれが有り安定的にシートをえる
事が困難になるおそれがある。また、該延伸シートの厚
みは特に限定されないが、延伸後のシート厚みは通常５
０〜３００μｍが好ましい。薄くなると積層して得られ
る成形体中に占める多孔質延伸シートの量が減少し、成
形体の強度、剛性を損なうおそれがある。更に好ましく
は１００〜３００μｍである。

【００１８】この方法により得られるポリオレフィン延
伸シートは、延伸時に発生するミクロボイド、ミクロク
レーズにより該シート内部に空隙が生じ多孔質化する。
この成形体を構成する該延伸シートが多孔質化される事
により、本発明に於ける成形体の軽量化が達成される。

【００１９】本発明において、多孔質ポリオレフィン延
伸シートが２層以上積層されて、多孔質ポリオレフィン
成形体が成形されるが、この際の積層方法は、該シート
間に接着層を介在させる事により行われる。本発明で接
着層を介在させる方法としては、相溶性を有する反応性
モノマー等を介在させ該シートを変性、溶解し分子同士
が架橋等を介して絡み合わせる方法（化学接着）、該シ
ートの表面層を加熱により軟化、溶融させて積層一体化
させる方法（自己融着）、該シート間に該シートよりも
低融点のヒートシール性樹脂を介在させ熱接着により接
着する方法（融着）等が挙げられ、用途により適宜選択
されるものである。

【００２０】化学接着法においては、反応性モノマーを
少なくとも一方の多孔質延伸シートの表面に塗布、もし
くは表面層に含浸させた多孔質延伸シートを重ね合わせ
た後に加熱により反応性モノマーを重合せしめて、多孔
質延伸シートを接着させる。加熱温度としては、反応性
モノマー、後述の過酸化物等の種類により異なるが、通
常は、１００〜１２０℃の範囲で行われる。上記反応性
モノマーとしては、例えば、スチレン、ジビニルベンゼ
ン、ジアリルフタレート、トリメチロールプロパンメタ
クリレート、トリプロピレングリコールジアクリレー
ト、グリシジルメタクリレート等が挙げられる。更に、
より低温で、短時間に反応せしめるために過化物を加え
る事が好ましい。過酸化物としては、例えば、ジクミル
パーオキサイド、ジターシャリーブチルパーオキサイ
ド、ターシャリーブチルパーオキシピバレイト、ターシ
ャリーブチルパーオキシイソブチレート等が挙げられ
る。

【００２１】自己融着法においては、多孔質ポリオレフ
ィン延伸シート層の表面のみを加熱溶融後加圧等の手段
を用い一体化させる事ができ、多孔質ポリオレフィン層
間にシート同士が融着した接着層が形成される。この
際、シート成分中に主成分よりも低い融点を有する相溶
性のよい材料をポリマーアロイ成分として配合したシー
トを用いて加熱一体化する方法が、加熱時の該シートの
強度低下を防ぐ事ができるので好ましい。ここで用いら
れるアロイ成分としては前述の酢酸ビニル、ビニルアル
コール、塩化ビニル、アクリル酸、（メタ）アクリル酸
エステル等を含有する樹脂が好適に用いられる。この中
でも特にヒートシール性を有する樹脂を用いる方法が最
も好適に用いられる。

【００２２】融着法においては、延伸シートの融点より
も低融点のヒートシール性樹脂を接着層として用い、延
伸シートとヒートシール性シートを重ね合わせて、加熱
圧着させることにより、積層し成形体を得る。

【００２３】上記ヒートシール性樹脂としては、ホモポ
リプロピレン、ブロックポリプロピレン、ランダムポリ
プロピレン、及びこれらのポリプロピレンに酢酸ビニ
ル、ビニルアルコール、塩化ビニル、アクリル酸、マレ
イン酸等が共重合された共重合体等が挙げられる。上記
ポリプロピレン樹脂としては、強化層である多孔質ポリ
プロピレン延伸シートよりも融点が低いポリプロピレン
樹脂がが用いられる。上記多孔質ポリプロピレン延伸シ
ートの融点をＴ_m1、上記ポリプロピレンの融点をＴ_m2、
両者の融点の差をΔＴ_m 、とし、ΔＴ_m ＝Ｔ_m1−Ｔ_m2と
すると、ΔＴ _m が５〜４０℃であるポリプロピレン樹脂
が好適に用いられる。更に好ましくは、ΔＴ_m が１０〜
３０℃であるポリプロピレン樹脂である。ΔＴ_m が４０
℃を越える場合は、成形体の耐熱性が低下する事が考え
ら、また、ΔＴ_m が５℃未満の場合は積層時に延伸シー
トの配向が緩和するおそれがあり、積層一体化工程が困
難になるからである。ここでいう融点とは、示差走査熱
量測定（ＤＳＣ）等の熱分析における結晶の融解にとも
なう吸熱ピークの温度である。

【００２４】上記ヒートシール性樹脂は、必要に応じて
シート状に成形されたものを用いても良く、通常Ｔダイ
法やインフレーション法による押出成形により得られ
る。該ヒートシール性樹脂フィルムの厚みは積層一体化
する多孔質ポリプロピレン延伸シートの厚みにもよる
が、１０〜１００μｍの厚みのものが好適に用いられ
る。厚みが１０μｍ未満では接着層の厚みが少ない為に
未接着部分が多くなり、また１００μｍを超えると、多
孔質ポリオレフィン延伸体の比率が低くなり、成形体の
強度、剛性が不足するおそれがある。

【００２５】本発明において用いられる多孔質ポリプロ
ピレン延伸シート成形体は、上記延伸処理により得られ
た多孔質ポリプロピレン延伸シートと前記ヒートシール
性樹脂シートを用いて加熱接着され成形体の密度が０.
４〜０. ８ｇ／ｃｃになる様に積層一体化される。密度
が０. ４ｇ／ｃｃ未満の場合、高強度、高弾性の延伸シ
ートを得ることが困難であり、また、密度が０. ８ｇ／
ｃｃを超えるものでは、多孔質化させることにより達成
される軽量化の効果が少なくなり、比強度、比剛性が低
下してしまう。

【００２６】更に、予め多孔質ポリプロピレン延伸シー
トの少なくとも片面にヒートシール性樹脂が積層一体化
されていても良く、この手段としては、例えば、該延伸
シートとヒートシール性樹脂シートを、延伸シートの融
点より低くヒートシール性樹脂シートの融点よりも高い
温度に加熱し、両者を重ね合わせ、ラミネートする方
法、ヒートシール性樹脂をシート状に成形する際に、直
接延伸シート上に成形する方法等が挙げられる。

【００２７】また、上記多孔質ポリオレフィン延伸シー
トの積層方向は特に限定されず、用途に応じて、成形体
軸方向に対し０〜９０゜の範囲で適宜選択されうる。こ
の際、一般的には、成形体軸方向に対して、左右対称と
なるように積層される。

【００２８】上記多孔質ポリプロピレン延伸シートとヒ
ートシール性シートを交互に積層し加熱接着する際の方
法は特に限定されないが、例えば熱プレス成形、引き抜
き成形等が簡便に用いられ、成形体形状や寸法に応じて
適宜選択されるものである。熱プレス成形とは、加熱温
調された上下型内に材料を投入し、加圧しつつ型締めを
行う成形法である。また引き抜き成形法とは、ある形状
を有する型内に連続的に材料を供給し、加圧、加熱と同
時に引抜力を与えながら成形する方法である。

【００２９】上記方法を用いる場合、成形型の温度はヒ
ートシール性シートの融点以上であり且つ多孔質ポリプ
ロピレン延伸シートの融点よりも低い温度である必要が
ある。ヒートシール性シートの融点よりも低い温度で
は、ヒートシール性樹脂が十分に溶融せず接着性が不足
してしまう、また、多孔質ポリプロピレン延伸シートの
融点より高い場合は、加熱時に延伸シートの分子の配向
が緩和し強度、剛性面が低下してしまう恐れがあるから
である。更に、必要に応じてポリプロピレン延伸シート
とヒートシール性樹脂を延伸シートの融点未満の温度で
予め加熱しておいても良い。

【００３０】本発明でいう接着とは、得られる成形体が
層間で剥離することなく概ね接着されていることをさ
し、気泡の巻き込み等による僅かな未接着部分が存在し
ても成形体として事実上支障がなければよいが、接着面
積が広く、接着力が高いことがより好ましい。ここで、
多孔質ポリプロピレン延伸シートとヒートシール性シー
トとの接着強度を向上させるために、多孔質ポリプロピ
レン延伸シートを表面処理しても良く、該シート表面層
のみを局所的に融解させ延伸シートの分子の配向を緩和
させる方法、サンドブラストやショットピーニングによ
り粗面化する方法が好適に用いられる。

【００３１】本発明により得られる成形体は、そのまま
構造部材や建材等に利用してもよいし、勿論各種構造部
材の強化材（芯材）として利用することもできる。更
に、表層材を貼り合わせ意匠性を付加したり、耐候性を
向上させることもできる。ここで、本発明において記載
する成形体は、板状に限られるものではなく、異形形状
にも適用され、断面二次モーメントが厚みに大きく左右
される形状については特に軽量化することができる。

【００３２】( 作用)本発明において上記手段を用いる
ことにより従来技術よりも更に軽量化し、比強度、比剛
性の高い各種部材を得ることができる。また、ポリオレ
フィン樹脂を主体とした成形体であるため、リサイクル
性に優れこれらを溶融混練することにより再度使用でき
うるという利点、更にポリオレフィン樹脂の特性である
耐水性、耐薬品性に優れるという利点を併せ持つ。

【００３３】

【実施例】以下に実施例を掲げて本発明を更に詳細に説
明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるもの
ではない。実施例１ 〔多孔質延伸シートの作成〕ホモポリプロピレン樹脂
（商品名；ＭＡ３、ＭＩ；１１、融点；１６３℃、三菱
化学社製）を二軸同方向混練押出機（商品名；ＰＣＭ３
０、池貝鉄工社製）を用いて樹脂温度約２２０℃で溶融
混練、成形し、厚み２. ０ｍｍ、巾１００ｍｍのシート
を得た。得られたシートを、１００℃に加熱しつつ、二
対のロールを有するロール延伸機を用いて２５倍に延伸
し、厚み０. ２ｍｍ、巾５６ｍｍの多孔質延伸シートを
得た。シートの密度は０. ６５ｇ／ｃｃであった。

【００３４】〔ヒートシール性シートの作成〕ランダム
ポリプロピレン樹脂（商品名；ＭＧ０５ＢＳ、ＭＩ；４
５、融点；１４０℃、三菱化学社製）を二軸同方向混練
押出機（商品名；ＰＣＭ３０、池貝鉄工社製）を用いて
樹脂温度約２００℃で溶融混練、成形し、厚み０. ０５
ｍｍ、幅１００ｍｍのシートを得た。

【００３５】〔積層による成形体の作成〕上記多孔質延
伸シートとヒートシール性シートを交互に２０枚積層
し、プレス器を用い、加熱温度１４５℃、圧力０. １Ｍ
Ｐａで３分間加圧し、積層した後、冷却プレスにて常温
まで冷却した。得られた成形体の密度は０. ７０ｇ／ｃ
ｃであった。

【００３６】実施例２ 実施例１の多孔質延伸シート作成において、ホモポリプ
ロピレン樹脂（商品名；ＭＡ３、ＭＩ；１１、融点；１
６３℃、三菱化学社製）の代わりに、ホモポリプロピレ
ン樹脂（商品名；ＭＡ３、ＭＩ；１１、融点；１６３
℃、三菱化学社製）８０重量部とランダムポリプロピレ
ン樹脂（商品名；ＭＧ０５ＢＳ、ＭＩ；４５、融点；４
０℃、三菱化学株式会社製）２０重量部を用いる以外は
実施例１と同様に行った。得られた多孔質延伸シートは
厚み０. ２０ｍｍ、巾５０ｍｍ、密度０. ７３ｇ／ｃｃ
であり、成形体の密度は０. ７６ｇ／ｃｃであった。

【００３７】（比較例１）実施例１の多孔質延伸シート
作成において、延伸温度を１５０℃の代わりに、１００
℃にする以外は実施例と同様に行った。得られた多孔質
延伸シートは厚み０. １５ｍｍ、巾５４ｍｍ、密度０.
９１ｇ／ｃｃであり、成形体の密度は０.９１ｇ／ｃｃ
であった。

【００３８】〔評価〕実施例１〜２及び比較例１で得ら
れた多孔質延伸成形体について、下記の方法で評価を行
って、比強度、比弾性率を測定し、比強度、比剛性を算
出した。結果を表１に示す。 （曲げ強度、曲げ弾性率）ＪＩＳ Ｋ７１１３に準拠し
て、主積層方向（延伸方向）の曲げ強度、曲げ弾性率を
測定した。 （密度）ＪＩＳ Ｋ７１１２に準拠し密度を測定した。 （比強度、比剛性）上記で得られた曲強度( σ) 、曲げ
弾性率( Ｅ) 、密度( ρ) より、下式に従い比強度、比
剛性を算出した。

【００３９】

【表１】

【００４０】

【発明の効果】請求項１記載の多孔質ポリオレフィン成
形体は、多孔質ポリオレフィン延伸体を強化材とした成
形体であって、密度が０. ４〜０. ８ｇ／ｃｃであるの
で、優れた比強度、比剛性、リサイクル性、耐熱性、耐
水性を示す。請求項２記載の多孔質ポリオレフィン成形
体は、多孔質ポリオレフィン延伸体がシートであって、
該シートが少なくとも２層以上積層され、多孔質ポリオ
レフィン延伸体と接着層が交互に存在するので請求項１
記載の効果をより確実に奏することができる。請求項３
記載の多孔質ポリオレフィン成形体は、接着層が、該延
伸体よりも低融点であり、且つ、該延伸体と接着性を有
するヒートシール性樹脂層であるので、請求項２記載の
効果をより確実に奏することができる。請求項４記載の
多孔質ポリオレフィン成形体は、多孔質ポリオレフィン
延伸体の延伸倍率が１０倍以上であるので、請求項１〜
３いずれかに記載の効果をより確実に奏することができ
る。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｂ２９Ｋ 23:00 Ｂ２９Ｋ 23:00 105:04 105:04 Ｆターム(参考） 4F074 AA16 AA24 AB03 AB05 CA02 CC02Y CE02 DA02 DA50 4F100 AK03A AK03C AK07 AK68 AK69 AK70 AK71 AL02 AL03 BA03 BA05 BA08 BA10A BA10C BA13 CB00 DJ06A DJ06C EJ37A EJ37C GB08 JA04B JA04G JA13A JA13C JB07 JJ03 JK01 JL12B JL16 YY00A YY00C 4F210 AA11 AA11F AA11H AE02 AG01 AH48 QA03 QC01 QD03 QG01

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多孔質ポリオレフィン延伸体を強化材と
   した成形体であって、密度が０. ４〜０. ８ｇ／ｃｃで
   あることを特徴とする多孔質ポリオレフィン成形体。
2. 【請求項２】 多孔質ポリオレフィン延伸体がシートで
   あって、該シートが少なくとも２層以上積層され、多孔
   質ポリオレフィン延伸体と接着層が交互に存在する事を
   特徴とする請求項１記載の多孔質ポリオレフィン成形
   体。
3. 【請求項３】 接着層が、該延伸体よりも低融点であ
   り、且つ、該延伸体と接着性を有するヒートシール性樹
   脂層であることを特徴とする請求項２記載の多孔質ポリ
   オレフィン成形体。
4. 【請求項４】 多孔質ポリオレフィン延伸体の延伸倍率
   が１０倍以上であることを特徴とする請求項１〜３いず
   れかに記載の多孔質ポリオレフィン成形体。