JP5162407B2 - ポリオレフィン系樹脂架橋体とその融着接合物 - Google Patents

Description

本発明は、例えば管やエレクトロヒュージョン継手のような継手の構成材料として用いられる融着接合物の改良に関するものである。

一般に、架橋ポリエチレン成型物同士の接着は難しい。特許文献１には、接着性を有する改質ポリエチレンからなり、発熱体を埋設した接着層を継手内面に設け、該接着層によって架橋ポリエチレン管同士を接合するエレクトロヒュージョン継手が報告され、架橋ポリエチレン管について上記接着層の接着性能の評価がなされている。
特開2000-28073号公報

上述した従来技術では、上記接着層には特殊な接着性樹脂を添加する必要があり、強度の向上に対する影響が明確でない。

本発明は、上記実情に鑑み、特殊な接着性樹脂の添加無しに融着性能を有した融着接合物を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、架橋ポリオレフィン系樹脂体と、主鎖炭素数１０００に対し、分岐鎖を０．５〜１０個持ちその分岐鎖の炭素数が１または２である高密度ポリエチレン１００重量部と、主鎖炭素数１０００に対し、分岐鎖を５〜１５個持ちその分岐鎖の炭素数が２である直鎖低密度ポリエチレン１０〜１０００重量部とからなるエチレン共重合体からなる融着体とからなる融着接合物である。
請求項２に係る発明は、該架橋ポリオレフィン系樹脂が、過酸化物によって架橋されたものである請求項1記載の融着接合物である。
請求項３に係る発明は、架橋ポリオレフィン系樹脂からなる管を接続する継手であって、主鎖炭素数１０００に対し、分岐鎖を０．５〜１０個持ちその分岐鎖の炭素数が１または２である高密度ポリエチレン１００重量部と、主鎖炭素数１０００に対し、分岐鎖を５〜１５個持ちその分岐鎖の炭素数が２である直鎖低密度ポリエチレン１０〜１０００重量部とからなるエチレン共重合体からなる接着層を内面に具備した継手である。
請求項４に係る発明は、架橋ポリオレフィン系樹脂体と、主鎖炭素数１０００に対し、分岐鎖を０．５〜１０個持ちその分岐鎖の炭素数が１または２である高密度ポリエチレン１００重量部と、主鎖炭素数１０００に対し、分岐鎖を５〜１５個持ちその分岐鎖の炭素数が２である直鎖低密度ポリエチレン１０〜１０００重量部とからなるエチレン共重合体からなる融着体と、被着体とを熱によって接合する融着接合体の製造方法である。
請求項５に係る発明は、融着をレーザー照射で行う請求項４記載の融着接合体の製造方法である。

融着接合物の架橋ポリオレフィン系樹脂は、一般に炭素原子と水素原子からなる(削除)ポリオレフィン系樹脂の架橋物であり、好ましくは架橋ポリエチレンである。

該架橋ポリオレフィン系樹脂は、過酸化物によって架橋されたものでも、シラン架橋によるものでも、電子線照射によって架橋されたものでもよいが、過酸化物によって架橋されたものが好ましい。

過酸化物による架橋ポリエチレンの作成方法としては、例えば、高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレンなどのポリエチレンに、過酸化物を0.1％〜2％添加して樹脂を混練し、得られた混練物を過酸化物の半減期以上に加熱すると共に架橋するか、または該混練物を未架橋状態で賦形した後に赤外線などで同じく過酸化物の半減期以上に加熱すると共に架橋する。

過酸化物としては成形機中での反応を抑えるため1分半減期が160℃〜250℃以下であるものが好ましく、具体例としては2，5-ジメチルヘキサン−2，5−ジヒドロパーオキサイド、2，5−ジメチル−2，5ジ(tert-ブチルパーオキシ)ヘキシン−3、ジ−tert-ブチルパーオキサイド、tert-ブチル-クミルパーオキサイド、3,3,5,7,7-ペンタメチル-1,2,4-トリオキセパン等が挙げられる。

融着接合物のエチレン共重合体は、エチレンと、炭素数３〜８のα−オレフィン、具体的には、プロピレン、１ブテン、１-ヘキセン、１-オクテンなどの単独または２種類以上の組み合わせとからなる共重合体である。

エチレン共重合体としては、具体的には直鎖状低密度ポリエチレン樹脂(ＬＬＤＰＥ）や中密度ポリエチレン(ＭＤＰＥ）および高密度ポリエチレン(ＨＤＰＥ）などを単独でまたは組合せで用いることが出来る。

該エチレン共重合体の好ましい例は、該エチレン共重合体が、主鎖の炭素数１０００に対する分岐鎖を０．５〜１０個持ちその分岐鎖の炭素数が１または２である高密度ポリエチレン１００重量部と、主鎖の炭素数１０００に対する分岐鎖を５〜３０個持ちその分岐鎖の炭素数が２〜８である直鎖低密度ポリエチレン１０〜１０００重量部とからなるものである。

本発明による融着接合物は、種々の成型品の材料として用いることができ、代表的なものは、架橋ポリオレフィン系樹脂からなる管を接続する継手であって、
主鎖の炭素数１０００に対する分岐鎖を０．５〜３０個持ちその分岐鎖の炭素数が１〜８であるエチレン共重合体からなる接着層を内面に具備したエレクトロヒュージョン継手のような継手である。

上記架橋ポリオレフィン、エチレン共重合体には耐熱安定座剤、耐候性安定剤、ブロッキング防止剤、滑剤、分散剤、難燃剤、顔料、無機・有機重点剤、金属不活性剤など各種樹脂添加剤を本発明の目的を損なわない範囲で配合することができる。

上記架橋ポリオレフィン系樹脂体と、エチレン共重合体からなる融着体と、被着体とは熱によって融着することによって強固な融着性能を示す。

上記融着はレーザー照射により行うことによって迅速な熱融着が可能となる。

本発明によれば、融着体には特殊な接着性樹脂を添加せずに良好な融着性能を有した融着接合物を提供することができる。その融着は熱によって強固な融着性能を示し、さらにレーザーを使用することによって迅速な熱融着が可能となる。

つぎに、本発明を具体的に説明するために、本発明の実施例およびこれとの比較を示すための比較例をいくつか挙げる。尚、実施例１〜３、８および９は参考として挙げたものである。

実施例１〜１１、比較例１〜３
１）架橋体の作成
過酸化物架橋体(A)の作成
HDPE（JPE社製「HE421」）に対して過酸化物（日本油脂社製「ハ゜ーヘキシン25B」）を0.4重量％添加し、混練機(東洋精機社製「ラボプラストミル))にて160℃で3分間混練した
。得られた混練物を220℃で5分間熱プレスして架橋させ、過酸化物架橋体（Ａ）を得た。

シラン架橋体(B）の作成
シラン架橋性エチレン系重合体樹脂ペレット（三菱化学社製「リンクロン ＸＨＥ７４０
Ｎ」）に触媒マスターバッチ（三菱化学社製 HZ082）を５重量％添加し、混練機(東洋精機社製「ラボプラストミル))にて1８0℃で3分間混練した。得られた混練物を200℃で3分
間熱プレスして厚さ1mmのシートを作成し、80℃の熱水中24時間浸漬して架橋を完了させ
た(ゲル分率72％)。こうして、シラン架橋体（Ｂ）を得た。

２）接着層の作成
ＨＤＰＥ（旭化成社製「S360」、主鎖の炭素数１０００に対する分岐鎖の炭素数１、分岐数の分析結果３）、
ＨＤＰＥ（旭化成社製「A260」、主鎖の炭素数１０００に対する分岐鎖の炭素数０、分岐数の分析結果０）、
ＬＬＤＰＥ（旭化成社製「MA2010」、主鎖の炭素数１０００に対する分岐鎖の炭素数２、分岐数の分析結果１５）、および
ＬＬＤＰＥ（JPE社製「SF720」、主鎖の炭素数１０００に対する分岐鎖の炭素数４、分岐数の分析結果９）
を単独でまたは２種類以上の組合せで混練機(東洋精機社製「ラボプラストミル))に入れ、180℃で3分間混練した。得られた混練物を180℃で3分間熱プレスして厚さ0.3mmのシートを作成した。

分岐の数については分岐構造については、ＦＴ−ＮＭＲ ＪＥＯＬ ＪＮＭ−ＡＬ−３００(日本電子(株)製)を用いて、 1３Ｃ測定（プロトン完全デカップリング）積算回数２００００回、溶媒o-ジクロロベンゼン：C6D6＝３：１にて実施し、そのピークより同定を行った。

３）試験サンプルの作成
実施例１〜６、８〜１０、比較例１〜３の試験サンプルについては融着を熱フ゜レスで行い、図１に示すように架橋体（１）−接着層（２）−架橋体（３）から成る３層構造を２００℃で５分間熱プレスし接着層を溶融させることにより試験サンプルを作成した。

実施例７と実施例１１の試験サンプルについては融着をファイバーレーザー照射で行い、同様に架橋体（１）−接着層（２）−架橋体（３）から成る３層構造をファイバーレーザーの照射強度35W、2mm/minの照射速度にて照射時間約5秒間レーザーを照射し、接着層を溶融させることにより試験サンプルを作成した。レーザー照射は、照射時の表面やけを防ぐためにレーザーを透過する放熱体(ヒートシンク)を照射面に当てて、実施した。

４）性能評価試験
上記のように作成した試験サンプルについて、万能試験機(島津製作所社製)にて１８０度ピール試験を実施し、結果を表１に纏めて示した。なお、表中、破壊形態は接着層が破壊したものについては「破壊」と、接着層と架橋体との間で剥離したものについては「剥離」と記した。

表１からわかるように、実施例１〜３と比較例1の比較より、接着層を構成するエチレン共重合体は分岐を持つものほどピール強度が強く、実施例１〜７と実施例８〜１１および比較例２〜３との比較より、接着層と架橋体（A）との融着接合物の接着強度は、接着層を持たない融着接合物や、接着層と架橋体（B）との融着接合物に比べ、大きなピール強度を示す。また接着層を2種混合したものはさらにピール強度が増し、破壊形態が接着層と架橋体との間の剥離でなく接着層の破壊になる。このように高密度ポリエチレンと直鎖状低密度ポリエチレンからなる融着層と架橋ポリエチレンの融着は強固に結合されている。またレーザー融着ではピール強度がやや落ちるが溶融時間を短縮することが出来る。

実施例１２（管、継手による評価）
１）上述した過酸化物架橋体(A)の作成方法に準じて過酸化物架橋ポリエチレン管を作成した。すなわち、口径50ｍｍのシングル押出機(L/D＝27)にてHDPE（JPE社製「HE421」）に対して過酸化物（日本油脂社製「パーヘキシン25B」）を0.4重量％、安定剤（チハ゛・ジャパン社製「イルカ゛ノックス1010）を0.5重量％添加し、160℃にて押出管を成形した。

成形後、近赤外線ヒーターにて210℃以上に加熱し、架橋を終了させ、管サンプルを得た(ゲル分率70％以上)。

２）上述したシラン架橋体(B）の作成方法に準じて作成したシラン架橋ポリエチレン管(積水化学社製、「エスロペックス」、呼び形13A)を用意した。

３）接着層の作成
ＨＤＰＥ（旭化成社製「S360」）：ＬＬＤＰＥ（旭化成社製「MA2010」）=50：50の組成物を用いて実施例１と同様の方法で接着層を作成した。

４）エレクトロヒュージョン継手の作成
エレクトロヒュージョン継手本体はシラン架橋性エチレン系重合体樹脂ペレット（三菱化学社製「リンクロン ＸＨＥ７４０Ｎ」）で作成したものであり、その発熱体部分に上記接着層を導入し、接着層付きのエレクトロヒュージョン継手を作成した。

接着層付きのエレクトロヒュージョン継手に過酸化物架橋ポリエチレン管を接合し、エレクトロヒュージョン継手に電流を流し融着を完了させた。融着部分を1/4に切断し、１８０度ピール試験を行った。破壊形態は接着層が破壊した。その強度は98.2N/mmであった。

実施例１３
実施例１２で作成した接着層付きのエレクトロヒュージョン継手に、シラン架橋ポリエチレン管を接合し、エレクトロヒュージョン継手に電流を流し融着を完了させた。融着部分を1/4に切断し、１８０度ピール試験を行った。破壊形態は接着層と、シラン架橋ポリエチレン管との間の剥離であった。その強度は23.4N/mmであった。

比較例４
シラン架橋性エチレン系重合体樹脂ペレット（三菱化学社製「リンクロン ＸＨＥ７４０Ｎ」）のみで接着層無しのエレクトロヒュージョン継手を作成した。この継手に過酸化物架橋ポリエチレン管を接合し、エレクトロヒュージョン継手に電流を流し融着を完了させた。融着部分を1/4に切断し、１８０度ピール試験を行った。破壊形態はエレクトロヒュージョン継手と過酸化物架橋ポリエチレン管との間の剥離であった。その強度は8.8N/mmであった。

実施例１２〜１３、比較例４の評価結果を表２にまとめて示す。

Ａ：架橋体(A)からなる管、Ｂ：架橋体(B)からなる管
表２からわかるように、実施例１２では実施例１３および比較例４に比べ接着層と過酸化物架橋ポリエチレン管との融着が強固である。

試験サンプルを示す断面図である。

符号の説明

(1)(3) 架橋体
(2) 接着層

Claims (5)

1. 架橋ポリオレフィン系樹脂体と、主鎖炭素数１０００に対し、分岐鎖を０．５〜１０個持ちその分岐鎖の炭素数が１または２である高密度ポリエチレン１００重量部と、主鎖炭素数１０００に対し、分岐鎖を５〜１５個持ちその分岐鎖の炭素数が２である直鎖低密度ポリエチレン１０〜１０００重量部とからなるエチレン共重合体からなる融着体とからなる融着接合物。
2. 該架橋ポリオレフィン系樹脂が、過酸化物によって架橋されたものである請求項1記載の融着接合物。
3. 架橋ポリオレフィン系樹脂からなる管を接続する継手であって、主鎖炭素数１０００に対し、分岐鎖を０．５〜１０個持ちその分岐鎖の炭素数が１または２である高密度ポリエチレン１００重量部と、主鎖炭素数１０００に対し、分岐鎖を５〜１５個持ちその分岐鎖の炭素数が２である直鎖低密度ポリエチレン１０〜１０００重量部とからなるエチレン共重合体からなる接着層を内面に具備した継手。
4. 架橋ポリオレフィン系樹脂体と、主鎖炭素数１０００に対し、分岐鎖を０．５〜１０個持ちその分岐鎖の炭素数が１または２である高密度ポリエチレン１００重量部と、主鎖炭素数１０００に対し、分岐鎖を５〜１５個持ちその分岐鎖の炭素数が２である直鎖低密度ポリエチレン１０〜１０００重量部とからなるエチレン共重合体からなる融着体と、被着体とを熱によって接合する融着接合体の製造方法。
5. 融着をレーザー照射で行う請求項４記載の融着接合体の製造方法。

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