JP2017515937A - ポリオレフィンから安定化された加工物品を作製するためのプロセス - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、The Dow Chemical Companyとアメリカ合衆国エネルギー省の管轄下で運営されるオークリッジ国立研究所(Oak Ridge National Laboratory)の運営管理請負人であるUT−Battelle,LLCとの間で、NFE−10−02991に基づいてなされた。政府はこの発明に対して一定の権利を所有する。
85%エチレン、10.1%プロピレン、及び4.9%エチリデンノルボルネンを含有する、架橋性官能基を有するエチレン−コ−プロピレン−コ−エチリデンノルボルネンポリオレフィン樹脂(EPDM 1)(融点=90℃、密度=0.910g/cm3、2.16kgの印加重量を使用した、190℃で1.0g/10分のメルトインデックス、及び125℃で20MUのムーニー粘度)は、架橋性官能基を有するポリオレフィン樹脂を圧縮成形により647μmの平均厚のフィルムに押圧することにより、加工物品に形成された。
実施例1Aで調製された加工物品の矩形シートを、25℃で72時間、化学剤として純粋なt−ブチルペルオクトエート(TBPO)液体に浸漬した。フィルムの表面を乾燥させた後、フィルムを細いワイヤから吊るし、120℃の空気中で1時間加熱して、フィルムを架橋した。次に、180℃の空気中で1時間加熱し、続いて240℃の空気中で12時間加熱を続けることにより、架橋されたフィルムを安定化し、それにより安定化された加工物品を得た。安定化された加工物品は、鋭角を有する矩形形状を維持したことが認められ、得られた安定化された加工物品の色は、暗褐色または黒色と認められた。
実施例1Bにより調製された安定化された加工物品は、続いて、流動窒素の雰囲気下で、4℃/分のランプ速度で20℃から1150℃に加熱され、それにより炭素質物品をもたらした。
実施例1Aで調製された加工物品の矩形シートを細いワイヤから吊るし、120℃の空気中で1時間加熱し、次いで180℃の空気中で1時間加熱し、次いで240℃の空気中で12時間加熱した。加熱後、加工物品は、大幅に変形したと認められ、その結果として加工物品は形状がもはや矩形ではなく、またもはや鋭角を有さず、加工物品の色は、暗褐色または黒色と認められた。この比較実施例は、高濃度の架橋性ペンダントビニル基を有するポリオレフィン樹脂から形成される加工物品に関して、加工物品が化学剤(TBPO過酸化物)を使用して効果的に架橋されない場合、ポリオレフィン系加工物品は、安定化プロセスを受けたとき変形し、よって炭素質物品として調製されるのに好適ではないことを図示する。
架橋性官能基を有さないエチレン/1−オクテンコポリマー樹脂(密度=0.900g/cm3、2.16kgの印加重量を使用した、190℃でのメルトインデックス=30g/10分、結晶度=16%)は、ポリオレフィン樹脂ペレットを圧縮成形により102μmの平均厚のフィルムに押圧することにより、加工物品に形成された。このフィルムは細いワイヤから吊るされ、これは、120℃で1時間、予め加熱した炉に吊るされた(空気中)。この期間の終わりに、フィルムは、そのワイヤハンガーから落ちたと認められ、炉の底に溶融したポリマー溜まりを形成した。この比較実施例は、架橋性官能基を有さない架橋されないポリオレフィンから形成される加工物品に関して、加工物品が融点より上ではその形状を失い、よって安定化された加工物品を生産するために、融点を超える温度での酸化に好適ではないことを図示する。
85%エチレン、10.1%プロピレン、及び4.9%エチリデンノルボルネンを含有する、架橋性官能基を有するエチレン−コ−プロピレン−コ−エチリデンノルボルネンポリオレフィン樹脂(EPDM 1)(融点=90℃、密度=0.910g/cm3、2.16kgの印加重量を使用した、190℃で1.0g/10分のメルトインデックス、及び125℃で20MUのムーニー粘度)は、架橋性官能基を有するポリオレフィン樹脂を圧縮成形により102μmの平均厚のフィルムに押圧することにより、加工物品に形成された。
実施例2Aで調製された架橋された加工物品の細片を、プラチナ熱重量分析(TGA)皿に設置した。TA Instruments Q5000 TGAに皿を充填し、これは、最初に架橋された加工物品を空気中で10℃/分のランプ速度で20℃から230℃に加熱し、次いで架橋された加工物品を230℃で10時間保持し、それにより安定化された加工物品をもたらし、そして次に安定化された加工物品を窒素雰囲気下で10℃/分のランプ速度で230℃から800℃に加熱し、それにより炭素質物品をもたらした。炭素質物品は、加工物品の14.71%の質量を有するとして測定された。
92%エチレン及び8.0%メタクリル酸グリシジルを含有する、架橋性官能基を有するエチレン−コ−メタクリル酸グリシジルポリオレフィン樹脂(融点=106℃、d=0.94g/cm3、2.16kgの印加重量を使用した、190℃で5.0g/10分のメルトインデックス)は、架橋性官能基を有するポリオレフィン樹脂を圧縮成形により114μmの平均厚のフィルムに押圧することにより、加工物品に形成された。加工物品を、25℃で16時間、エチレンジアミンに浸漬し、次に空気中で120℃に加熱し、この温度で1時間保持し、それにより架橋された加工物品を得た。
実施例3Aで調製された架橋された加工物品の矩形シートを細いワイヤから吊るし、空気中で1時間180℃に加熱し、次いで12時間240℃に加熱し、それにより安定化された加工物品を生産した。この空気酸化プロセスの終わりに、フィルムは暗褐色を呈し、その矩形形状を維持した。
実施例3Aで調製された架橋された加工物品の細片を、プラチナ熱重量分析(TGA)皿に設置した。TA Instruments Q5000 TGAに皿を充填し、これは、最初に架橋された加工物品を空気中で10℃/分のランプ速度で20℃から230℃に加熱し、次いで架橋された加工物品を230℃で10時間保持し、そして次に安定化された加工物品を窒素下で10℃/分のランプ速度で230℃から800℃に加熱し、それにより炭素質物品をもたらした。炭素質物品は、加工物品の16.94%の質量を有するとして測定された。
1重量%を超える無水マレイン酸を含有する、無水マレイン酸グラフトされた架橋性官能基を有する高密度ポリエチレンポリオレフィン樹脂(The Dow Chemical CompanyによりAMPLIFY GR 204の名称で販売されている)(融点=127℃、d=0.954g/cm3、2.16kgの印加重量を使用した、190℃で12.0g/10分のメルトインデックス)は、架橋性官能基を有するポリオレフィン樹脂を圧縮成形により102μmの平均厚のフィルムに押圧することにより、加工物品に形成された。加工物品を、25℃で16時間、エチレンジアミンに浸漬し、次に乾燥させ、次に空気中で140℃に加熱し、この温度で1時間保持し、それにより架橋された加工物品を得た。
実施例4Aで調製された架橋された加工物品の細片を、プラチナ熱重量分析(TGA)皿に設置した。TA Instruments Q5000 TGAに皿を充填し、これは、最初に架橋された加工物品を空気中で10℃/分のランプ速度で20℃から230℃に加熱し、次いで架橋された加工物品を230℃で10時間保持し、それにより安定化された加工物品をもたらし、そして次に安定化された加工物品を窒素下で10℃/分のランプ速度で230℃から800℃に加熱し、それにより炭素質物品をもたらした。炭素質物品は、加工物品の17.08%の質量を有するとして測定された。
0.5〜1.0重量%の無水マレイン酸を含有する、無水マレイン酸グラフトされた架橋性官能基を有する非常に低密度のポリエチレン樹脂(The Dow Chemical CompanyによりAMPLIFY GR 209の名称で販売されている)(融点=115℃、d=0.898g/cm3、2.16kgの印加重量を使用した、190℃で2.0g/10分のメルトインデックス)は、架橋性官能基を有するポリオレフィン樹脂を圧縮成形により114μmの平均厚のフィルムに押圧することにより、加工物品に形成された。次に、加工物品を、25℃で16時間、エチレンジアミンに浸漬し、次に乾燥させ、次に空気中で120℃に加熱し、この温度で1時間保持し、それにより架橋された加工物品を得た。
実施例5Aで調製された架橋された加工物品の細片を、プラチナ熱重量分析(TGA)皿に設置した。TA Instruments Q5000 TGAに皿を充填し、これは、最初に架橋された加工物品を空気中で10℃/分のランプ速度で20℃から230℃に加熱し、次いで架橋された加工物品を230℃の空気中で10時間保持し、それにより安定化された加工物品をもたらし、次いで安定化された加工物品を窒素下で10℃/分のランプ速度で230℃から800℃に加熱し、それにより炭素質物品をもたらした。炭素質物品は、加工物品の10.81%の質量を有するとして測定された。
エチレン/1−オクテンコポリマー樹脂(密度=0.941g/cm3、メルトインデックス=35g/10分、結晶度=48%)を、25mm二軸押出機において過酸化物を用いてビニルトリメトキシシラン(VTMS)でグラフトし、それにより架橋性官能基を有するポリオレフィン樹脂を得た。架橋性官能基を有するポリオレフィン樹脂は、中性子放射化分析により決定された、1.15重量%のVTMSを含有した。架橋性官能基を有するポリオレフィン樹脂を、350マイクロメートルオリフィスサイズを備える143孔ダイを通して245℃の商業用のHills Inc.紡糸ラインで溶融紡糸し、それにより繊維の性質を帯びた加工物品を形成した。得られた繊維を、室温で4時間、イソプロパノール中5%ジルコニウムアルコキシド触媒(KenRich KenReact NZ−01)で処理し、続いて80℃で3日間、湿炉中で処理することにより架橋し、それにより直径が19マイクロメートルとして測定される繊維を有する架橋された加工物品を形成した。次に、架橋された加工物品を、230℃の空気中で10時間加熱し、それにより安定化された加工物品を得た。
エチレン/1−オクテンコポリマー樹脂(密度=0.900g/cm3、メルトインデックス=30g/10分、結晶度=16%)を、25mm二軸押出機において過酸化物を用いてVTMSでグラフトし、それにより架橋性官能基を有するポリオレフィン樹脂を得た。架橋性官能基を有するポリオレフィン樹脂は、中性子放射化分析により決定された、1.03重量%のVTMSを含有した。架橋性官能基を有するポリオレフィン樹脂を、350マイクロメートルオリフィスサイズを備える143孔ダイを通して210℃の商業用のHills Inc.紡糸ラインで溶融紡糸し、それにより繊維の性質を帯びた加工物品を形成した。得られた繊維を、室温で4時間、イソプロパノール中5%ジルコニウムアルコキシド触媒(KenRich KenReact NZ−01)で処理し、続いて80℃で3日間、湿炉中で処理することにより架橋し、それにより直径が17〜23マイクロメートルとして測定される繊維を有する架橋された加工物品を形成した。次に、架橋された加工物品を、230℃の空気中で10時間加熱し、それにより安定化された加工物品を得た。
エチレン/1−オクテンコポリマー樹脂(密度=0.870g/cm3、メルトインデックス=30g/10分、結晶度=9%)を、25mm二軸押出機において過酸化物を用いてVTMSでグラフトし、それにより架橋性官能基を有するポリオレフィン樹脂を得た。架橋性官能基を有するポリオレフィン樹脂は、中性子放射化分析により決定された、1.23重量%のVTMSを含有した。架橋性官能基を有するポリオレフィン樹脂を、350マイクロメートルオリフィスサイズを備える143孔ダイを通して190℃の商業用のHills Inc.紡糸ラインで溶融紡糸し、それにより繊維の性質を帯びた加工物品を形成した。得られた繊維を、室温で4時間、イソプロパノール中5%ジルコニウムアルコキシド触媒(KenRich KenReact NZ−01)で処理し、続いて80℃で3日間、湿炉中で処理することにより架橋し、それにより直径が23マイクロメートルとして測定される繊維を有する架橋された加工物品を形成した。次に、架橋された加工物品を、230℃の空気中で10時間加熱し、それにより安定化された加工物品を得た。
エチレンとビニルトリメトキシシランのコポリマー(密度=0.922g/cm3、メルトインデックス=1.5、〜1.5%のVTMS含量、結晶度=42%)を、350マイクロメートルオリフィスサイズを備える143孔ダイを通して285℃の商業用Hills Inc.紡糸ラインで溶融紡糸した。得られた繊維は、直径が約200マイクロメートルであった。得られた繊維を、室温で4時間、イソプロパノール中5%ジルコニウムアルコキシド触媒(KenRich KenReact NZ−01)で処理し、続いて80℃で3日間、湿炉中で処理することにより架橋した。
エチレンとビニルトリメトキシシランのコポリマー(密度=0.922g/cm3、メルトインデックス=1.5、〜1.5%のVTMS含量、結晶度=42%)を、350マイクロメートルオリフィスサイズを備える143孔ダイを通して285℃の商業用Hills Inc.紡糸ラインで溶融紡糸した。低温押出は、この樹脂の低メルトインデックスを考えると行うことができなかった。得られた繊維は、直径が約200マイクロメートルであった。得られた繊維をガラスバイアルに設置し、20時間空気中で190℃に加熱した。この熱空気酸化ステップの過程中、繊維は次第に白から褐色そして黒に色が暗くなった。結果は、高酸化炭素含量を有する高度に不調な非結晶炭素であるとTEM及びラマン分光法により特徴付けされた。
実施例9から得られた安定化された繊維を石英容器に設置し、5時間にわたって窒素下で1150℃に加熱した。得られた繊維は、ある程度の2次元秩序化を伴う波状の格子構造を含有する非結晶黒鉛状材料とTEM及びラマン分光法により特徴付けされた。
Claims (11)
- 安定化された加工物品を生産するためのプロセスであって、
(a)架橋性官能基を有するポリオレフィン樹脂を提供することと、
(b)前記ポリオレフィン樹脂を加工物品に変換することと、
(c)前記架橋性官能基の少なくとも一部を架橋して、架橋された加工物品を得ることと、
(d)前記架橋された加工物品を酸化環境下で加熱して、前記安定化された加工物品を得ることと、を含む、プロセス。 - ステップ(a)の前記ポリオレフィン樹脂が、少なくとも0.1mol%の架橋性官能基を有する、請求項1に記載のプロセス。
- 前記架橋性官能基を架橋するために、ステップ(c)で化学剤が使用される、請求項1または2のいずれか一項に記載のプロセス。
- ステップ(c)が、前記加工物品を160℃以下の温度に加熱することを更に含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記架橋性官能基を架橋するために、ステップ(c)で照射が使用されない、請求項1〜4のいずれか一項に記載のプロセス。
- ステップ(d)が、前記架橋された加工物品を160℃以上で加熱することを含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載のプロセス。
- ステップ(d)の前記酸化環境が、空気である、請求項1〜6のいずれか一項に記載のプロセス。
- ステップ(b)が、繊維紡糸、フィルム押出流延、吹込フィルム加工、ダイを通した異形押出、射出成形、溶液流延、または圧縮成形により、前記ポリオレフィン樹脂を加工物品に変換することを含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載のプロセス。
- 炭素質物品を作製するためのプロセスであって、不活性環境下で、請求項1〜8のいずれか一項に記載の安定化された加工物品を600℃以上で加熱することを含む、プロセス。
- 請求項1〜9のいずれか一項に記載のプロセスによって調製された安定化された加工物品。
- 炭素質物品を作製するためのプロセスであって、不活性環境下で、請求項10に記載の安定化された加工物品を600℃以上で加熱することを含む、プロセス。
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