JP2740187B2 - 超延伸可能な重合体材料の製法、超延伸可能な材料及び該材料を用いた物品の製法 - Google Patents
超延伸可能な重合体材料の製法、超延伸可能な材料及び該材料を用いた物品の製法Info
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Description
重量平均分子量(Mw)を有するポリオレフィン粒子から
出発して超延伸可能な重合体材料を製造する方法に関す
る。
で、例えば溶融体相で延伸することにより予め配向され
ていなくても、少なくとも10倍延伸することができる材
料であると理解されるべきである。
発明は、高分子量の重合体を商業的規模で紡糸しかつ得
られたフィラメントを融点よりもそれ程低くない温度で
延伸することを可能にした。このことは、分子がごく僅
かに絡み合わされた、例えば2〜3GPaの引張強さを有す
る極めて強いフィラメントを提供する。
で、該重合体は恐らく高度に絡み合わされていたと見な
される。多数の重合体、例えばポリプロピレン及びポリ
エチレンは、重合過程で粒子として生成することがで
き、その粒子においては、重合環境に基づき、細長い分
子は未だ互いに絡み合う機会を持っていない。このよう
な重合体粒子を予め絡み合わせることなく延伸によって
強い材料に転換できれば有用である。
の、単結晶状のポリエチレン粒子を小さな間隙を通すこ
とにより達成することが試みられた(例えばPolymer Jo
urnal 15,(1983),pp.327ff参照)。この手段によっ
て、確かに超延伸可能なストリップが得られた。しかし
ながら、この高いプロセスコストを伴う、固相での好ま
しくない処理特性は、該粉末の大規模な適用を大きな問
題点とする。
射して、絡み合いを阻止する架橋を起こさせ、次いでそ
の成形体を融点以上でかつプロセス助剤を用いて又は用
いないで製造しかつ引き続き融点未満で延伸を実施する
ことも公知である(オランダ国特許第8502298号明細書
参照)。この手段は僅かに1.8Gpaの引張強さを有する製
品を提供する。しかしながら、粉末状の重合体を均一に
照射することは技術的に容易ではないという欠点を有す
る。
子を、この密度を増大させないか又は実質的に増大しな
いような形式で処理することができる方法を提供するこ
とであった。詳言すれば、本発明の目的は、超延伸可能
な材料を前記の粒子から一層容易に得ることができる方
法を提供することであった。又、本発明の目的は、それ
らの超延伸可能な材料から大きな強度を有する物品を製
造することであった。別の利点は、以下に記載する。
とも10%の溶融液エンタルピー低下を示しかつ400,000
よりも高い重量平均分子量(Mw)を有するポリオレフイ
ンの粒子から出発して超延伸可能な重合体材料を製造す
る方法において、高めた、但しプロセス助剤を有しない
純粋なポリオレフインの融点未満である温度で、前記ポ
リオレフイン粒子をプロセス助剤と一緒に圧縮して超延
伸可能な材料にすることにより解決される。
とも90%が1種類の単量体から成るエチレン及びプロピ
レンのようなアルケンの粒子状重合体、特に3〜10個の
炭素原子を有する高級アルケン、例えばプロピレン、ブ
チレン、ヘキシレン又はオクチレン0〜5モル%、有利
には0〜2モル%を用いて、気相内で又は懸濁液内で配
位触媒を用いて製造されたポリエチレンが理解されるべ
きである。
マトグラフィーによって決定した重量平均分子量が理解
されるべきである。500,000〜10,000,000のMwを有する
ポリエチレンを使用するのが好ましい。より有利な材料
は、分子量分布が比較的に狭い、特にMw/Mn比が10未
満、有利には5未満である場合に得られる。
は、例えばJ.Boor著“Ziegler−Natta Catalysts and P
olymerization",Academic Press Inc.,p.202を参照され
たい。絡み合い密度は、例えば粒子のメルトエンタルピ
ー又はこのエンタルピーと、粒子を完全に溶融しかつ再
び固化した場合のエンタルピーとの間の差分から導かれ
る。この差分は最初のメルトエンタルピーの少なくとも
10%、有利には20%以上であるべきである。プロセス助
剤としては、多くの物質、例えば脂肪族炭化水素例えば
パラフィン油又はパラフィン蝋、芳香族炭化水素例えば
キシレン又は水素添加芳香族化合物例えばデカリン又は
テトラリンを使用することができる。これらのプロセス
助剤の効果は、一定の範囲まで、ゴム工業における粘着
付与剤の効果に比較することができる。
物質を、プロセス助剤に添加することができる。
きる。一般には重合体に対して少なくとも1重量%、最
大100重量%で使用される。後でプロセス助剤を除去す
ることが意図されていれば、5〜35重量%を使用するの
が有利である。それ以外の場合には、より少ない量、例
えば製造すべき物品の用途及びプロセス助剤の性質に基
づき、例えば1〜5重量%を使用すべきである。
ラミド、ポリエチレン繊維及びその他の凝結体を粉末に
添加することができる。
いの場合十分である。しかしがら、それよりも高い又は
低い圧力、例えば10バール又は1000バールの圧力も適用
可能である。
べきである、有利には所定量の重合体及び使用されるプ
ロセス助剤から成る混合物のための溶解温度から30℃未
満低いべきである。この温度は、融点降下のフローリー
ハッギンス関数を基礎として計算することができる。デ
カリンに関しては、約0.2であることが判明した(D.J.F
lory:“Principales of Polymer Chemistry",Cornell U
niv.Press,p.569参照)。
た重合体はそれ自体における前記粒子内で、ほぼ融点の
温度で超延伸を可能ならしめと見なされる。しかしなが
ら、このことはそれらの分子が、超延伸の過程を開始さ
せるほど容易に操作できないという問題点をのこす。プ
ロセス助剤を加えると、表面での重合体分子の運動を開
始させることができる。その際、これらの分子は、恐ら
く部分的に高密度化の効果によって、相互にかつ僅かな
深さに位置する分子と絡み合うことができるようにな
る。従って、得られる材料内の総ての分子は、該材料が
超延伸可能であるように絡み合わされ得る。
抽出又は蒸発を介して除去することができる。若干の場
合には、その総てをポリオレフィン内に残留させること
もできる。
ことなく超延伸処理することができる。しばしば、90℃
未満に冷却すべきである。超延伸は高めた温度、但し重
合体が標準的条件下で溶融又は溶解を開始する温度より
70℃より低くない温度で実施するのが有利である。500,
000よりも高いMwを有する高分子量ポリエチレンの場合
には、超延伸を実施することができる温度は、一般に少
なくとも90℃である。超延伸のための最高温度は、一般
的条件下で重合体の融点によって決定され、該温度は公
知であるように、重合体にかけられる引張力に依存す
る。延伸処理は、1工程より多くの工程で、有利には上
昇温度で実施することができる。
べきでないという事実は、超延伸可能な材料を処理する
場合に、ごく僅かな絡み合いが生じるような短い時間で
ありかつそのような環境下で行われるということを前提
条件として、予め溶融が行われないということを意味す
るものではない。従って、超延伸可能な材料のタブレッ
ト、ストランド又はペレットは高速で加熱間隙を通過す
ることができ、その後にフィラメント、ストリップ、ロ
ッド又はシートの形で得られた物品を延伸処理にかける
ことができる。溶融が極めて短時間又は極めて部分的に
行われた場合、特にそのような条件下で完全に又は部分
的に溶融した物品を迅速に延伸する場合には、低分子量
重合体のメルトプロセスから得られるものよりも明らか
に良好である、好ましい機械的特性を有する物品が得ら
れる。同じ結果は、超延伸可能な材料を例えば射出成形
法に基づき融点よりも高い温度で処理する場合も得られ
る。
る。
バ又はフィラメントで強化することが公知である、多く
の種類の材料において強化のために、かつ低重量と共に
高い強度が所望されるあらゆる適用形、例えばロープ、
ネット、フィルタクロス、編織布、磁気テープのために
使用することができる。
いかには拘わらず、多くの適用形のために好適である。
該フィルムは強力なストリップ、バンド、テープにカッ
トすることができる。これらはそれ自体をフィルム又は
バンドで強化することが公知である、多くの種類の強化
において、かつ低重量と共に高い強度が所望される適用
形、例えばビデオテープ又は磁気テープ、医療適用のた
めのテープ、包装フィルム、カバーフィルム、接着剤の
支持フィルム、コンデンサにおける絶縁フィルム等のた
めに使用することができる。
バ処理剤及び同種のものを物品内に又は上に、特にポリ
エチレンに対して0.1〜10重量%の量で配合することが
できる。
により本発明が限定されるものではない。
溶融熱量230J/g(加熱率5℃/minでDSC−7で測定)を
有するポリエチレン粉末を、デカリン17重量%(ポリエ
チレンに対して)とヘンシェル・ミキサー(Henschel m
ixer)内で室温で17分間激しく混合した。
トンの力で135℃で10分間プレスして、厚さ0.5mmのシー
トを成形した。
30分間蒸発させることにより除去した。
状の試験棒を、10mm/minのクランプ速度で引張ベンチで
120℃で40倍に等温度で延伸した。
さは、それぞれ70GPa及び1.8GPaであった。
状の試験棒を、120、130及び140℃で3工程法で53倍に
一緒に延伸した。室温及び引張速度0.01s-1でのE−弾
性率及び引張強さは、それぞれ92GPa及び2.3GPaであっ
た。
の延伸比は42倍であり、かつ室温及び引張速度0.01s-1
でのE−弾性率及び引張強さは、それぞれ72GPa及び2.0
GPaであった。
なかった。得られたシートは、それからダンベル形状の
棒を打抜くにはあまりにも脆弱すぎた。
film)の上に展開させかつ炉内で窒素雰囲気下に180℃
で30分間加熱した。この処理した粉末の、DSC−7で5
℃/minで測定したメルトエンタルピーは、145.3J/gであ
った。デカリン17%を添加した後に、処理した粉末を、
実施例4に記載した方法を使用して高密度化した(高密
度化温度130℃)。こうして得られたシートは、脆弱で
ありかつその内部に尚グレイン境界を認めることができ
た。慎重に処理して、5×の最大延伸率を得ることがで
きると見なされた。室温及び0.01s-1で測定したE−弾
性率及び引張強さは、それぞれ8GPa及び0.2GPaであっ
た。
Claims (11)
- 【請求項1】溶融及び固化後に少なくとも10%の溶融液
エンタルピー低下を示しかつ400,000よりも高い重量平
均分子量(Mw)を有するポリオレフインの粒子から出発
して超延伸可能な重合体材料を製造する方法において、
高めた、但しプロセス助剤を有しない純粋なポリオレフ
インの融点未満である温度で、前記ポリオレフイン粒子
をプロセス助剤と一緒に圧縮して超延伸可能な材料にす
ることを特徴とする、超延伸可能な重合体材料の製法。 - 【請求項2】ポリオレフインに対してプロセス助剤1〜
100重量%を使用する請求項1記載の方法。 - 【請求項3】使用ポリオレフインが配位触媒を用いて製
造されたエチレン少なくとも95モル%を有するエチレン
重合体である請求項1又は2記載の方法。 - 【請求項4】エチレン重合体が500,000〜10,000,000のM
wを有する請求項3記載の方法。 - 【請求項5】重量平均分子量(Mw)の数平均分子量(M
n)に対する比Mw/Mnが5未満である請求項3又は4記載
の方法。 - 【請求項6】プロセス助剤がキシレン、デカリン、パラ
フイン油又はパラフイン蝋である請求項1から5までの
いずれか1項記載の方法。 - 【請求項7】前記の超延伸可能な材料への圧縮温度がフ
ローリ−ハッギンス溶液温度よりも30℃未満低い請求項
1から6までのいずれか1項記載の方法。 - 【請求項8】請求項1から7までのいずれか1項記載に
基づいて製造された超延伸可能な材料。 - 【請求項9】高い引張強さ及び高い弾性を有する物品を
製造する方法において、請求項8記載の超延伸可能な材
料を、含有されているプロセス助剤を除去する前又は除
去した後に、プロセス助剤を含有しない純粋なポリオレ
フインが、一般にポリマーの融点を決定する標準的条件
下で溶融する温度よりも最大70℃低い温度からなる下限
温度と、前記の純粋なポリオレフインの溶融温度である
上限温度との間の温度で延伸することを特徴とする、物
品の製法。 - 【請求項10】前記の超延伸可能な材料を120℃の下限
温度と、前記の純粋なポリオレフインの溶融温度である
上限温度との間の温度で延伸する請求項9記載の方法。 - 【請求項11】超延伸可能な材料を少なくとも一部分溶
融させかつ押出し、少なくとも部分的に溶融した押出物
を完全に固化する前及び後の両者で延伸する請求項10記
載の方法。
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