JP6207529B2 - ポリ−l−乳酸固化押出成形物の応用及びポリ−l−乳酸固化押出成形物の製造方法 - Google Patents
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Description
(1)充填剤が、繊維状充填剤である前記のポリ−L−乳酸固化押出成形物。
(2)充填剤が、100以上のアスペクト比を有する前記のポリ−L−乳酸固化押出成形物。
(3)樹脂材料が、前記のポリ−L−乳酸100質量部に対して、重量平均分子量が100,000〜380,000であり、温度240℃及び剪断速度120sec-1で測定した溶融粘度が20〜2,000Pa・sであり、かつ、D体比率が80〜100%のポリ−D−乳酸40〜200質量部を含有する前記のポリ−L−乳酸固化押出成形物。
(4)前記のポリ−L−乳酸及びポリ−D−乳酸が、ステレオコンプレックスを形成している前記のポリ−L−乳酸固化押出成形物。
(5)丸棒、中空または平板の形状を有する前記のポリ−L−乳酸固化押出成形物。
(6)機械加工用素材である前記のポリ−L−乳酸固化押出成形物。
(i)前記の坑井掘削用ダウンホールツール部材が、
a.マンドレル、
b.マンドレルの軸方向と直交する外周面上に置かれた1対のリング、並びに、
c.マンドレルの軸方向と直交する外周面上であって、1対のリングの間の位置に置かれたスリップまたはウエッジの一方または両方
からなる群より選ばれる少なくとも一つである前記の目止めプラグ。
(ii)マンドレルが、軸方向に沿う中空部を有する前記の目止めプラグ。
(iii)マンドレルが、マンドレルの直径に対する中空部の外径の比率が0.7以下である前記の目止めプラグ。
(iv)マンドレルと、1対のリングの一方のリングとが一体に形成されている前記の目止めプラグ。
(v)マンドレルの外周面の加工部分の曲率半径が0.5mm以上である前記の目止めプラグ。
(vi)マンドレルの外周面が、金属で保護されている箇所を有する前記の目止めプラグ。
(vii)マンドレルの外周面上に、スリップ及びウエッジを備えない前記の目止めプラグ。
(viii)マンドレルの軸方向と直交する外周面上であって、1対のリングの間の位置に置かれた、少なくとも1つのスリップとウエッジとの組み合わせを備える前記の目止めプラグ。
(ix)スリップとウエッジとの組み合わせを複数備える前記の目止めプラグ。
(x)マンドレルの軸方向と直交する外周面上であって、1対のリングの間の位置に置かれた、少なくとも1つの拡径可能な環状のゴム部材を備える前記の目止めプラグ。
(xi)拡径可能な環状のゴム部材は、マンドレルの軸方向の長さが、マンドレルの長さに対して10〜70%である前記の目止めプラグ。
(xii)マンドレルが、外周面に拡径可能な環状のゴム部材を圧縮状態のまま固定する固定部を有する前記の目止めプラグ。
(xiii)固定部が、溝、段部及びねじ山からなる群より選ばれる少なくとも1つである前記の目止めプラグ。
(xiv)拡径可能な環状のゴム部材を複数備える前記の目止めプラグ。
1)重量平均分子量が150,000〜540,000、温度240℃及び剪断速度120sec-1で測定した溶融粘度が30〜3,000Pa・s、かつ、L体比率が80〜100%であるポリ−L−乳酸を含有する樹脂材料を、押出機に供給し、押出機のシリンダー温度195〜260℃で溶融混練する工程1;
2)押出機先端の押出ダイから、溶融混練によって溶融した樹脂材料を、押出ダイの溶融樹脂通路と連通しかつ押出成形物の断面形状を有する流路と、冷却手段とを備えたフォーミングダイの流路内に押出する工程2;
3)フォーミングダイの流路内で樹脂材料からなる溶融押出物を冷却して固化させ、次いで、フォーミングダイの先端から固化押出物を外部に押出する工程3;並びに
4)固化押出物を加圧して、フォーミングダイ方向に背圧をかけながら引き取り、その際、加圧によって固化押出物の厚み方向または直径方向への膨張を抑制して、厚みまたは直径が10〜500mmの固化押出成形物を得る工程4;
を含む
10〜500mmの厚みまたは直径を有し、温度66℃における引張強度が5〜100MPaであるポリ−L−乳酸固化押出成形物の製造方法が提供される。
1’)重量平均分子量が150,000〜540,000、温度240℃及び剪断速度120sec-1で測定した溶融粘度が30〜3,000Pa・s、かつ、L体比率が80〜100%であるポリ−L−乳酸と、全量基準で5〜70質量%の充填剤とを含有する樹脂材料(樹脂材料の全量を100質量%とする。)を、押出機に供給し、押出機のシリンダー温度195〜260℃で溶融混練する工程1’;
2)押出機先端の押出ダイから、溶融混練によって溶融した樹脂材料を、押出ダイの溶融樹脂通路と連通しかつ押出成形物の断面形状を有する流路と、冷却手段とを備えたフォーミングダイの流路内に押出する工程2;
3)フォーミングダイの流路内で樹脂材料からなる溶融押出物を冷却して固化させ、次いで、フォーミングダイの先端から固化押出物を外部に押出する工程3;並びに
4)固化押出物を加圧して、フォーミングダイ方向に背圧をかけながら引き取り、その際、加圧によって固化押出物の厚み方向または直径方向への膨張を抑制して、厚みまたは直径が10〜500mmの固化押出成形物を得る工程4;
を含む
10〜500mmの厚みまたは直径を有し、温度66℃における引張強度が5〜200MPaであるポリ−L−乳酸固化押出成形物の製造方法が提供される。
本発明のポリ−L−乳酸固化押出成形物は、重量平均分子量が100,000〜380,000であり、温度240℃及び剪断速度120sec-1で測定した溶融粘度が20〜2,000Pa・sであり、かつ、L体比率が80〜100%のポリ−L−乳酸を含有する樹脂材料からなる、10〜500mmの厚みまたは直径を有し、温度66℃における引張強度が5〜100MPa、所望によっては5〜200MPaであるポリ−L−乳酸固化押出成形物である。
本発明のポリ−L−乳酸固化押出成形物に含有されるポリ−L−乳酸は、L体比率が80〜100%、すなわち、繰り返し単位として、L−乳酸単位80〜100%とD−乳酸単位0〜20%(ただし、L−乳酸単位とD−乳酸単位との合計を100%とする。)とを含有するポリ乳酸である(以下、L体比率が80〜100%であるポリ−L−乳酸を、単に「ポリ−L−乳酸」ということがある。)。ポリ−L−乳酸におけるL−乳酸単位の割合は、好ましくは85〜100%、より好ましくは90〜100%、更に好ましくは93〜100%であり、L−乳酸単位の割合が100%であるポリ−L−乳酸であってもよい。ポリ−L−乳酸におけるL−乳酸単位の割合が小さすぎると、固化押出成形物の温度66℃における引張強度が不十分であったり、10〜500mmの厚みまたは直径を有する固化押出成形物を形成することが困難であったり、形成された固化押出成形物が割れたり壊れたりすることがある。
本発明のポリ−L−乳酸固化押出成形物に含有される樹脂材料は、ポリ−L−乳酸を少なくとも25質量%以上、好ましくは主成分として含有する樹脂組成物である。主成分とは、樹脂成分におけるポリ−L−乳酸の含有割合が、通常50質量%以上、好ましくは70質量%以上、より好ましくは80質量%以上、更に好ましくは90質量%以上であることを意味する。樹脂材料中のポリ−L−乳酸以外のその他の樹脂成分としては、ポリ−L−乳酸以外の熱可塑性樹脂、例えば、ポリグリコール酸、ポリカプロラクトン、ポリヒドロキシアルカノエート、変性ポリビニルアルコール、カゼイン、変性澱粉、ポリエチレンテレフタレート共重合体などの他の生分解性樹脂を挙げることができる。樹脂成分におけるポリ−L−乳酸の含有割合が100質量%である樹脂組成物は、特に好ましい。
本発明のポリ−L−乳酸固化押出成形物に含有される樹脂材料には、機械的強度や耐熱性の向上を目的に、充填剤を含有させることができる。充填剤としては、繊維状充填剤や、粒状または粉末状充填剤を用いることができるが、繊維状充填剤が好ましい。
繊維状充填剤としては、ガラス繊維、炭素繊維、アスベスト繊維、シリカ繊維、アルミナ繊維、ジルコニア繊維、窒化硼素繊維、窒化珪素繊維、硼素繊維、チタン酸カリ繊維等の無機繊維状物;ステンレス、アルミニウム、チタン、鋼、真鍮等の金属繊維状物;アラミド繊維、ケナフ繊維、ポリアミド、フッ素樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂等の高融点有機質繊維状物質;などが挙げられる。繊維状充填剤としては、長さ(重量平均)が10mm以下、より好ましくは1〜6mm、更に好ましくは1.5〜4mmであり、径が2〜50μm、好ましくは5〜40μm、より好ましくは7〜30μmである短繊維が好ましく、また、無機繊維状物が好ましく使用され、ガラス繊維が特に好ましい。なお、繊維状充填剤の長さ(重量平均繊維長)は、公知の測定方法により、すなわち繊維状充填剤を含有する樹脂材料を、高温(500℃程度)で灰化処理または溶媒抽出処理して樹脂成分を除去し、残留した繊維状充填剤の顕微鏡観察像を画像解析することにより、重量平均の長さを算出するものである。
すなわち、本発明のポリ−L−乳酸固化押出成形物は、固化押出成形物中に、100以上のアスペクト比を有する充填剤、例えば繊維状充填剤、好ましくは150以上、より好ましくは200以上、更に好ましくは250以上のアスペクト比を有する充填剤を含有することによって、例えば、10〜500mmの厚みまたは直径を有し、温度66℃における引張強度が5〜200MPaであるようなポリ−L−乳酸固化押出成形物とすることができる。100以上のアスペクト比を有する充填剤のアスペクト比の上限は特にないが、充填剤の径が小さすぎるとポリ−L−乳酸固化押出成形物の機械的強度の向上効果が十分でないおそれがあることから、通常1,000未満、多くの場合800未満のアスペクト比である。
粒状または粉末状充填剤としては、マイカ、シリカ、タルク、アルミナ、カオリン、硫酸カルシウム、炭酸カルシウム、酸化チタン、フェライト、クレー、ガラス粉(ミルドファイバー等)、酸化亜鉛、炭酸ニッケル、酸化鉄、石英粉末、炭酸マグネシウム、硫酸バリウム等を用いることができる。
また、本発明のポリ−L−乳酸固化押出成形物に含有される樹脂材料には、染料や顔料などの着色剤を含有させることができる。着色剤を用いることにより、高級感があり、切削加工等の機械加工がしやすいポリ−L−乳酸固化押出成形物を得ることができる。着色剤としては、耐熱性に優れる点で顔料が好ましい。顔料としては、黄色顔料、赤色顔料、白色顔料、黒色顔料など、合成樹脂の技術分野で用いられている各種色調の顔料を用いることができる。これらの顔料の中でも、カーボンブラックが特に好ましい。カーボンブラックとしては、例えば、アセチレンブラック、オイルファーネスブラック、サーマルブラック、チャンネルブラックなどを挙げることができる。
本発明で用いる樹脂材料には、前記以外のその他の添加剤として、例えば、衝撃改質剤、樹脂改良剤、炭酸亜鉛、炭酸ニッケルなどの金型腐食防止剤、滑剤、熱硬化性樹脂、酸化防止剤、紫外線吸収剤、ボロンナイトライド等の核剤、難燃剤などを適宜添加することができる。
本発明のポリ−L−乳酸固化押出成形物の温度66℃における引張強度(以下、「66℃引張強度」ということがある。)は、5〜100MPaである。66℃引張強度は、好ましくは10〜90MPa、より好ましくは15〜80MPa、更に好ましくは20〜70MPa、特に好ましくは23〜65MPaである。
本発明のポリ−L−乳酸固化押出成形物は、下記1)〜4)に示す工程1乃至4を含む製造方法によって製造することができる。
1)重量平均分子量が150,000〜540,000、温度240℃及び剪断速度120sec-1で測定した溶融粘度が30〜3,000Pa・s、かつ、L体比率が80〜100%であるポリ−L−乳酸を含有する樹脂材料を、押出機に供給し、該押出機のシリンダー温度195〜260℃で溶融混練する工程1;
2)該押出機先端の押出ダイから、溶融混練によって溶融した樹脂材料を、該押出ダイの溶融樹脂通路と連通しかつ押出成形物の断面形状を有する流路と、冷却手段とを備えたフォーミングダイの流路内に押出する工程2;
3)該フォーミングダイの流路内で樹脂材料からなる溶融押出物を冷却して固化させ、次いで、該フォーミングダイの先端から固化押出物を外部に押出する工程3;並びに
4)該固化押出物を加圧して、該フォーミングダイ方向に背圧をかけながら引き取り、その際、加圧によって該固化押出物の厚み方向または直径方向への膨張を抑制して、厚みまたは直径が10〜500mmの固化押出成形物を得る工程4;
を含む10〜500mmの厚みまたは直径を有し、温度66℃における引張強度が5〜100MPaであるポリ−L−乳酸固化押出成形物の製造方法。
1’)重量平均分子量が150,000〜540,000、温度240℃及び剪断速度120sec-1で測定した溶融粘度が30〜3,000Pa・s、かつ、L体比率が80〜100%であるポリ−L−乳酸と、全量基準で5〜70質量%の充填剤とを含有する樹脂材料(樹脂材料の全量を100質量%とする。)を、押出機に供給し、該押出機のシリンダー温度195〜260℃で溶融混練する工程1’;
2)該押出機先端の押出ダイから、溶融混練によって溶融した樹脂材料を、該押出ダイの溶融樹脂通路と連通しかつ押出成形物の断面形状を有する流路と、冷却手段とを備えたフォーミングダイの流路内に押出する工程2;
3)該フォーミングダイの流路内で樹脂材料からなる溶融押出物を冷却して固化させ、次いで、該フォーミングダイの先端から固化押出物を外部に押出する工程3;並びに
4)該固化押出物を加圧して、該フォーミングダイ方向に背圧をかけながら引き取り、その際、加圧によって該固化押出物の厚み方向または直径方向への膨張を抑制して、厚みまたは直径が10〜500mmの固化押出成形物を得る工程4;
を含む10〜500mmの厚みまたは直径を有し、温度66℃における引張強度が5〜200MPaであるポリ−L−乳酸固化押出成形物の製造方法。
まず、工程1において、重量平均分子量が150,000〜540,000、温度240℃及び剪断速度120sec-1で測定した溶融粘度が30〜3,000Pa・s、かつ、L体比率が80〜100%であるポリ−L−乳酸を含有する樹脂材料を、押出機に供給する。ポリ−L−乳酸は、工程1〜4を経てポリ−L−乳酸固化押出成形物を得る過程で、通常、重量平均分子量や溶融粘度が低下するので、押出機に供給するポリ−L−乳酸としては、重量平均分子量が、好ましくは180,000〜510,000、より好ましくは210,000〜480,000、更に好ましくは240,000〜450,000、特に好ましくは270,000〜420,000であり、溶融粘度が、好ましくは75〜2,700Pa・s、より好ましくは120〜2,400Pa・s、更に好ましくは150〜2,100Pa・s、特に好ましくは180〜1,800Pa・sであるものを使用すればよい。
また、先に説明したように、工程1に代えて、工程1’すなわち、重量平均分子量が150,000〜540,000、温度240℃及び剪断速度120sec-1で測定した溶融粘度が30〜3,000Pa・s、かつ、L体比率が80〜100%であるポリ−L−乳酸と、全量基準で5〜70質量%の充填剤とを含有する樹脂材料(樹脂材料の全量を100質量%とする。)を、押出機に供給し、押出機のシリンダー温度195〜260℃で溶融混練する工程1’を行うことができる。
次に工程2において、押出機先端の押出ダイから、溶融混練によって溶融した樹脂材料を溶融押出する。押出ダイからの溶融樹脂材料は、押出ダイの溶融樹脂通路と連通しかつ押出成形物の断面形状を有する流路と、冷却手段とを備えたフォーミングダイの該流路内に押出する。押出成形物の断面形状とは、押出成形物が平板の場合には、長方形であり、丸棒の場合には、円形である。
次いで工程3において、フォーミングダイの流路内で樹脂材料からなる溶融押出物を冷却して固化させ、次いで、該フォーミングダイの先端から固化押出物を外部に押出する。押出速度は、通常、5〜50mm/10分、好ましくは10〜40mm/10分である。
工程4において、該固化押出物を加圧して、該フォーミングダイ方向に背圧をかけながら引き取り、その際、加圧によって該固化押出物の厚み方向若しくは直径方向への膨張を抑制して、厚みまたは直径が10〜500mmであるポリ−L−乳酸固化押出成形物を得る。加圧手段としては、例えば、上部ロール群と下部ロール群との組み合わせがある。下部ロール群を台の上に載せ、上部ロール群に荷重をかける方法により固化押出物を加圧することができる。下部ロール群に上部方向への負荷をかけ、上部ロール群に下部方向への負荷をかける方法によって固化押出物を加圧してもよい。
前記工程4で得られたポリ−L−乳酸押出成形物は、90〜190℃の温度で3〜24時間熱処理する工程5を配置してアニーリングすることが好ましい。このアニーリング処理によって、固化押出成形物の残留応力を除き、固化押出成形物自体及び機械加工後の二次成形物に変形などの不都合を生じさせないことができる。熱処理温度は、好ましくは100〜180℃、より好ましくは110〜170℃である。熱処理時間は、好ましくは4〜20時間、より好ましくは5〜15時間である。
ポリ−L−乳酸固化押出成形物に対して行うことができる機械加工としては、切削、穴あけ、切断、及びこれらの組み合わせが代表的なものである。広義の切削加工法には、切削のほか、穴あけ加工を含めることがある。切削加工法としては、単一刃工具を用いる旋削加工、研削加工、平削加工、中ぐり加工などがある。多数刃を用いる切削加工法としては、フライス加工、穴あけ加工、ねじ切り加工、歯切り加工、型彫加工、やすり加工などがある。本発明では、ドリルなどを用いた穴あけ加工を切削加工と区別することがある。切断加工法としては、刃物(鋸)による切断、砥粒による切断、加熱・融解による切断などがある。この他、研削仕上法、ナイフ状工具を用いる打ち抜き加工やけがき切断などの塑性加工法、レーザー加工などの特殊加工法なども適用することができる。
本発明の10〜500mmの厚みまたは直径を有し、温度66℃における引張強度が5〜100MPa、所望によっては5〜200MPaであるポリ−L−乳酸固化押出成形物は、切削、穴あけ、切断などの機械加工を行うことにより、様々な樹脂部品などの二次成形物に成形するための機械加工用素材とすることができる。二次成形物としては、石油やガス等の炭化水素資源の掘削に使用するダウンホールに使用する諸部材(坑井掘削用ダウンホールツールまたはその部材)が挙げられる。例えば、本発明のポリ−L−乳酸固化押出成形物は、機械加工して、坑井掘削用ダウンホールツールに備えられる坑井掘削用ダウンホールツール部材や坑井掘削用ボールシーラーを形成する機械加工用素材として使用することができる。具体的には、例えば、坑井掘削用ダウンホールツールまたはその部材や、直径20〜200mmの坑井掘削用ボールシーラーを形成するための直径20〜200mmの丸棒や、外径50〜200mmで内径5〜100mmの中空管等である機械加工用素材を得ることができる。また、中空管として内径が均一であって、一部、例えば端部の外径が拡径されている形状の中空管である機械加工用素材を得ることができる。
本発明のポリ−L−乳酸固化押出成形物を機械加工して形成した坑井掘削用ダウンホールツール部材を備える目止めプラグとしては、好ましくは、前記の坑井掘削用ダウンホールツール部材が、
a.マンドレル(芯棒)、
b.マンドレル(芯棒)の軸方向と直交する外周面上に置かれた1対のリング、並びに、
c.マンドレル(芯棒)の軸方向と直交する外周面上であって、1対のリングの間の位置に置かれたスリップまたはウエッジの一方または両方からなる群より選ばれる少なくとも一つである前記のポリ−L−乳酸固化押出成形物から形成した坑井掘削用ダウンホールツール部材を備える目止めプラグが挙げられる。
本発明の目止めプラグに備えられるマンドレル(芯棒)1は、中実のものでもよいが、フラクチャリング初期の流路確保、マンドレル(芯棒)1の重量の軽減、マンドレル(芯棒)1の分解速度のコントロールなどの観点から、マンドレル(芯棒)1が、軸方向に沿う中空部hを有する中空マンドレルであることが好ましい。軸方向に沿う中空部は、マンドレル(芯棒)1を軸方向に沿って貫通してもよいし、マンドレル(芯棒)1を軸方向に沿って貫通しないものでもよい。マンドレル(芯棒)1が軸方向に沿う中空部hを有するものである場合、マンドレル(芯棒)1の断面形状は、マンドレル(芯棒)1の直径(外径)及び中空部hの外径〔マンドレル(芯棒)1の内径に相当する。〕を画成する2つの同心円で形成される円環状である。2つの同心円の径の比率、すなわち、マンドレル(芯棒)1の直径に対する中空部hの外径の比率が0.7以下であることが好ましい。この比率の大小は、中空マンドレルの肉厚の、マンドレル(芯棒)1の直径に対する比率の大小と相反する関係にあるので、その比率の上限値を定めることは、中空マンドレルの肉厚の好ましい下限値を定めることに相当するということができる。中空マンドレルの肉厚が薄すぎると、目止めプラグを坑井孔内に配置したり、坑井孔の閉塞やフラクチャリングを行うときに、中空マンドレルの強度(特に引張強度)が不足して、極端な場合には目止めプラグが損傷することがある。したがって、マンドレル(芯棒)1の直径に対する中空部hの外径の比率は、より好ましくは0.6以下、更に好ましくは0.5以下である。
マンドレル(芯棒)1が外周面に有する凸部、段部や凹部(溝部)などは、拡径可能な環状のゴム部材5を固定するための固定部として利用することができる。すなわち、後に詳述するように、本発明の目止めプラグが、マンドレル(芯棒)1の軸方向と直交する外周面上であって、1対のリング2、2’の間の位置に置かれた、少なくとも1つの拡径可能な環状のゴム部材5を備える場合、拡径可能な環状のゴム部材5は、マンドレル(芯棒)1の軸方向に圧縮されることに伴い軸方向と直交する方向に拡径して、坑井孔の内壁Hと当接し、プラグと坑井孔との間の空間を閉塞(シール)する。次いで、フラクチャリングが遂行されている間、プラグと坑井孔とのシールが維持されることが必要なので、拡径可能な環状のゴム部材5を、拡径した状態で、すなわちマンドレル(芯棒)1の軸方向に圧縮された状態で、何らかの手段により保持することが必要である。本発明の目止めプラグに備えられるマンドレル(芯棒)1は、外周面に拡径可能な環状のゴム部材5を圧縮状態のまま固定する固定部を有するものであることが好ましい。この固定部は、先に説明した凸部、段部や凹部(溝部)でもよいし、ねじ部その他の、マンドレル(芯棒)1の外周面に拡径可能な環状のゴム部材5を圧縮状態のまま固定することができる手段を採用することができる。加工や成形の容易さや強度などの観点から、固定部は、溝、段部及びねじ山からなる群より選ばれる少なくとも1つであることがより好ましい。
マンドレル(芯棒)1の外周面及び/または内周面に有する凸部、段部や凹部(溝部)、更にはねじ部など、マンドレル(芯棒)1の厚み、外径及び内径等が変化する部分(以下、「加工部分」ということがある。)は、目止めプラグを坑井孔内に配置したり、坑井孔の閉塞やフラクチャリングを行ったりするときに、応力集中する箇所である。一般に、加工部分の曲率半径が小さいと、応力集中が大きくなるので、本発明の目止めプラグの強度、特にマンドレル(芯棒)1の強度(特に引張強度)を十分なものとするために、マンドレル(芯棒)1の外周面の加工部分の曲率半径が0.5mm以上であることが好ましく、1.0mm以上であることがより好ましい。
本発明の目止めプラグが備えるマンドレル(芯棒)1は、所望により、外周面の一部を金属で保護されているものとしてもよい。すなわち、マンドレル(芯棒)1の外周面が、金属で保護されている箇所を有するものであることにより、マンドレル(芯棒)1が、例えば、ポリ−L−乳酸固化押出成形物を機械加工して形成した坑井掘削用ダウンホールツール部材に該当する場合、マンドレル(芯棒)1の所望の箇所について、分解性や強度を調整することができ、また、マンドレル(芯棒)1に取り付けたり固定したりしている別部材との結合強度を高めたりすることができるので好ましい。外周面を保護するために使用される金属は、目止めプラグが備えるマンドレル(芯棒)1を形成するために使用される材料やその補強等のために使用されている金属などであり、特に制限されないが、具体的には、アルミニウム、鉄、ニッケルなどが挙げられる。
本発明の目止めプラグに備えられる1対のリング2、2’は、マンドレル(芯棒)1の軸方向と直交する外周面上に置かれた、スリップ3、3’とウエッジ4、4’との組み合わせ、及び、拡径可能な環状のゴム部材5に対して、マンドレル(芯棒)1の軸方向の力を加えるために備えられるものである。すなわち、上記の1対のリング2、2’は、マンドレル(芯棒)1の外周面上においてマンドレル(芯棒)1の軸方向に沿って摺動が可能で、リング相互の間隔を変更することができるように構成されており、かつ、スリップ3、3’とウエッジ4、4’との組み合わせ、及び、拡径可能な環状のゴム部材5の軸方向に沿う端部に、直接または間接的に当接することにより、これらにマンドレル(芯棒)1の軸方向の力を加えることができるように構成されている。
本発明の目止めプラグは、所望により、マンドレル(芯棒)1の軸方向と直交する外周面上であって、1対のリング2、2’の間の位置に置かれた、少なくとも1つのスリップ(slip)3、3’とウエッジ(wedge)4、4’との組み合わせを備えるものとすることができる(図1においては、スリップ3とウエッジ4との組み合わせ、及び、スリップ3’とウエッジ4’との組み合わせとして、複数のスリップとウエッジとの組み合わせを備えている。)。スリップ3、3’とウエッジ4、4’との組み合わせは、プラグと坑井孔との固定を行う手段として、目止めプラグにおいてそれ自体周知のものである。すなわち、従来多くの場合、金属、無機物等により形成されるスリップ3、3’が、複合材等により形成されるウエッジ4、4’の斜面の上面に摺動可能に接触して置かれ、ウエッジ4、4’に、既に説明した方法によりマンドレル(芯棒)1の軸方向の力が加えられることにより、スリップ3、3’がマンドレル(芯棒)1の軸方向と直交する外方に移動し、坑井孔の内壁Hに当接して、プラグと坑井孔の内壁Hとの固定を行う。スリップ3、3’には、プラグと坑井孔との間の空間の閉塞(シール)を一層確実なものとするために、坑井孔の内壁Hとの当接部に、1以上の溝、凸部、粗面(ギザギザ)などを設けてもよい。また、スリップ3、3’は、予めマンドレル(芯棒)1の軸方向に直交する円周方向において所定の数に分割されているものでもよいし、図1に示すように、軸方向に沿う一端部から他端部に向かい途中で終了する切れ目を有するものでもよい(この場合は、ウエッジ4、4’にマンドレル(芯棒)1の軸方向の力が加えられて、ウエッジ4、4’がスリップ3、3’の下面に進入することにより、スリップ3、3’が、前記の切れ目及びその延長線に沿って割られて分割し、次いで各分割片がマンドレル(芯棒)1の軸方向と直交する外方に移動する。)。
本発明の目止めプラグは、マンドレル(芯棒)1の軸方向と直交する外周面上であって、1対のリング2、2’の間の位置に置かれた、少なくとも1つの拡径可能な環状のゴム部材5を備えるものとすることができる。拡径可能な環状のゴム部材5は、1対のリング2、2’に直接または間接的に当接することにより、マンドレル(芯棒)1の外周面上においてマンドレル(芯棒)1の軸方向の力を伝達され、その結果、マンドレル(芯棒)1の軸方向に圧縮されることに伴いマンドレル(芯棒)1の軸方向に直交する方向に拡径して、坑井孔の内壁Hと当接し、プラグと坑井孔との間の空間を閉塞(シール)するものである。拡径可能な環状のゴム部材5は、次いでフラクチャリングが遂行されている間、坑井孔の内壁Hと当接状態を維持することができ、プラグと坑井孔とのシールを維持する機能を有するものである。
本発明の機械加工用素材であるポリ−L−乳酸固化押出成形物は、機械加工を行うことにより、その他の二次成形物に成形することができる。例えば、電気電子分野では、ウエハキャリア、ウエハカセット、スピンチャック、トートビン、ウエハボート、ICチップトレー、ICチップキャリア、IC搬送チューブ、ICテストソケット、バーンインソケット、ピングリッドアレイソケット、クワッドフラットパッケージ、リードレスチップスキャリア、デュアルインラインパッケージ、スモールアウトラインパッケージ、リールパッキング、各種ケース、保存用トレー、搬送装置部品、磁気カードリーダーなどが挙げられる。
本発明によれば、本発明のポリ−L−乳酸固化押出成形物を機械加工して形成した直径20〜200mmの坑井掘削用ボールシーラーを使用して、坑井孔の目止め処理を行った後に坑井掘削用ボールシーラーの一部または全部が分解されることを特徴とする坑井掘削方法、並びに、本発明のポリ−L−乳酸固化押出成形物を機械加工して形成した坑井掘削用ダウンホールツール部材を備える目止めプラグを使用して、坑井孔の目止め処理を行った後に、坑井掘削用ダウンホールツール部材の一部または全部が分解されることを特徴とする坑井掘削方法が提供される。これらの坑井掘削方法によれば、所定の諸区画のフラクチャリングが終了し、または、坑井の掘削が終了して坑井が完成し、石油や天然ガス等の生産を開始するときには、生分解、加水分解または更に他の何らかの方法による化学的な分解によって、ボールシーラーの一部または全部が分解されることにより、該ボールシーラーを容易に除去することができ、また、目止めプラグに備えられるマンドレル、1対のリング、スリップまたはウエッジ等の坑井掘削用ダウンホールツール部材、所望によっては更に坑井掘削用ダウンホールツール部材である拡径可能な環状のゴム部材の一部または全部が分解されることにより、坑井掘削用ダウンホールツール部材、及び、該坑井掘削用ダウンホールツール部材を備える目止めプラグを容易に除去することができる。この結果、本発明の坑井掘削方法によれば、従来、坑井完成後に坑井内に残置されている多数の目止めプラグやボールシーラーを除去、回収したり、破砕、穿孔その他の方法によって、破壊したり、小片化したりするために要していた多くの経費と時間が不要となるので、坑井掘削の経費軽減や工程短縮ができる。
ポリ−L−乳酸の重量平均分子量は、以下の方法で測定した。すなわち、試料(押出機に供給するポリ−L−乳酸またはポリ−L−乳酸固化押出成形物からサンプリングした樹脂材料)10mgを、トリフルオロ酢酸ナトリウムを5mMの濃度で溶解させたヘキサフルオロイソプロパノール(HFIP)に溶解させて10mLとした後、メンブレンフィルタ―で濾過して試料溶液を得た。この試料溶液の10μLをゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)装置に注入して、下記条件で分子量を測定した。なお、試料溶液は、溶解後、30分以内にGPC装置に注入した。
<GPC測定条件>
装置: 株式会社島津製作所製 LC−9A
カラム: 昭和電工株式会社製 HFIP−806M 2本(直列接続)
プレカラム: HFIP−LG 1本
カラム温度: 40℃
溶離液: トリフルオロ酢酸ナトリウムを5mMの濃度で溶解させたHFIP溶液
流速: 1mL/分
検出器: 示差屈折率計
分子量較正: 分子量の異なる標準分子量のポリメタクリル酸メチル5種(POLYMER LABORATORIES Ltd.製)を用いて作成した分子量の検量線データを使用。
押出機に供給するポリ−L−乳酸またはポリ−L−乳酸固化押出成形物からサンプリングした小片により、厚み約0.2mmのポリ−L−乳酸の非晶シートを作製したのち、約150℃で5分間加熱して結晶化させた試料を用い、D=0.5mm、L=5mmのノズル装着キャピログラフ〔株式会社東洋精機製作所製キャピロ1A〕を用いて、温度240℃及び剪断速度120sec-1で試料の溶融粘度を測定した。
ポリ−L−乳酸固化押出成形物の66℃引張強度の測定は、JIS K7113に準拠し、株式会社島津製作所製の2tオートグラフAG−2000Eを使用して、試験片を温度66℃のオーブン内に静置して、長さ方向の引張に対する最大応力を測定して行った(単位:MPa)。
ポリ−L−乳酸固化押出成形物を機械加工(切削加工)して作製した中空体を目止めプラグのマンドレル(芯棒)として目止めプラグに組み込んで、温度66℃の加熱オーブン内で、3,500kgf(34,300N)で引張試験を行い、マンドレル(芯棒)の破断の有無を確認した。
重量平均分子量290,000、温度240℃及び剪断速度120sec-1で測定した溶融粘度が560Pa・sで、L体比率が95%であるポリ−L−乳酸のペレットを、温度80℃で6時間保持して除湿乾燥した。除湿乾燥したペレットを、L/D=20の30mmφ単軸押出機のホッパーに供給し、シリンダー温度215℃で溶融混練し、押出ダイ出口温度225℃で、フォーミングダイの流路内に溶融押出し、冷却温度50℃で冷却し固化させた。押出速度は、約20mm/10分であった。
実施例1で使用したポリ−L−乳酸と、ガラスファイバー(オーエンス・コーニング社製、03JAFT592。径10μm長さ3mm)とを、質量比70:30で溶融混練して調製し、ペレット化した樹脂材料を、温度80℃で6時間保持して除湿乾燥したものを原料として用いたことを除いて、実施例1と同様にして、直径が80mm、長さ1,000mmの丸棒状ポリ−L−乳酸固化押出成形物を得た。固化押出成形物中のポリ−L−乳酸の重量平均分子量は220,000であり、樹脂材料の溶融粘度は440Pa・sであった。この丸棒から試験片を切り出して、66℃引張強度を測定したところ、32MPaであった。
径10μmのガラスファイバー長繊維を引き取りながら、実施例1で使用したポリ−L−乳酸を溶融押出して、ガラスファイバーを被覆し、ポリ−L−乳酸とガラスファイバーとが質量比70:30であるストランドを、長さ3mmにカットしてポリ−L−乳酸を含有する樹脂材料のペレットを調製した。ペレット中に含有されるガラスファイバーは、径10μm長さ(重量平均)2.95mm(アスペクト比295)であった。ペレット化した樹脂材料を、温度80℃で6時間保持して除湿乾燥したものを原料として用いたことを除いて、実施例1と同様にして、直径が80mm、長さ1,000mmの丸棒状ポリ−L−乳酸固化押出成形物を得た。固化押出成形物中のポリ−L−乳酸の重量平均分子量は220,000であり、樹脂材料の溶融粘度は640Pa・sであった。この丸棒から試験片を切り出して、66℃引張強度を測定したところ、75MPaであった。
重量平均分子量260,000、温度240℃及び剪断速度120sec-1で測定した溶融粘度が380Pa・sで、L体比率が75%であるポリ−L−乳酸のペレットを、温度50℃で24時間乾燥したものを原料として用いたことを除いて、実施例1と同様にして、直径が80mm、長さ1,000mmの丸棒状ポリ−L−乳酸固化押出成形物を得た。固化押出成形物中のポリ−L−乳酸の重量平均分子量は200,000であり、樹脂材料の溶融粘度は180Pa・sであった。この丸棒から試験片を切り出して、66℃引張強度を測定したところ、0.4MPaであった。
2、2’ : (1対の)リング
3、3’ : スリップ
4、4’ : ウエッジ
5 : 拡径可能な環状のゴム部材
10 : ボールシーラー
12 : ボールシート
H : ダウンホールの内壁
h : マンドレルの中空部
Claims (36)
- 坑井掘削用ボールシーラーであって、
前記坑井掘削用ボールシーラーは、ポリ−L−乳酸固化押出成形物を機械加工して形成した直径20〜200mmの坑井掘削用ボールシーラーであり、
前記ポリ−L−乳酸固化押出成形物は、重量平均分子量が180,000〜300,000であり、温度240℃及び剪断速度120sec-1で測定した溶融粘度が120〜1,200Pa・sであり、かつ、L体比率が93〜100%のポリ−L−乳酸を含有する樹脂材料からなる、10〜500mmの厚みまたは直径を有し、温度66℃における引張強度が5〜100MPaである機械加工用素材のポリ−L−乳酸固化押出成形物である、坑井掘削用ボールシーラー。 - 樹脂材料が、全量基準で5〜70質量%の充填剤を含有するポリ−L−乳酸組成物である請求項1記載の坑井掘削用ボールシーラー。
- 坑井掘削用ボールシーラーであって、
前記坑井掘削用ボールシーラーは、ポリ−L−乳酸固化押出成形物を機械加工して形成した直径20〜200mmの坑井掘削用ボールシーラーであり、
前記ポリ−L−乳酸固化押出成形物は、重量平均分子量が180,000〜300,000であり、温度240℃及び剪断速度120sec-1で測定した溶融粘度が120〜1,200Pa・sであり、かつ、L体比率が93〜100%のポリ−L−乳酸と、全量基準で5〜70質量%の充填剤とを含有する樹脂材料(樹脂材料の全量を100質量%とする。)からなり、10〜500mmの厚みまたは直径を有し、温度66℃における引張強度が5〜200MPaである機械加工用素材のポリ−L−乳酸固化押出成形物である、坑井掘削用ボールシーラー。 - 充填剤が、繊維状充填剤である請求項2または3記載の坑井掘削用ボールシーラー。
- 充填剤が、100以上のアスペクト比を有する請求項2乃至4のいずれか1項に記載の坑井掘削用ボールシーラー。
- 樹脂材料が、前記のポリ−L−乳酸100質量部に対して、重量平均分子量が100,000〜380,000であり、温度240℃及び剪断速度120sec-1で測定した溶融粘度が20〜2,000Pa・sであり、かつ、D体比率が80〜100%のポリ−D−乳酸40〜200質量部を含有する請求項1乃至5のいずれか1項に記載の坑井掘削用ボールシーラー。
- 前記のポリ−L−乳酸及びポリ−D−乳酸が、ステレオコンプレックスを形成している請求項6記載の坑井掘削用ボールシーラー。
- 前記ポリ−L−乳酸固化押出成形物が丸棒、中空または平板の形状を有する請求項1乃至7のいずれか1項に記載の坑井掘削用ボールシーラー。
- 坑井掘削用ダウンホールツール部材であって
前記坑井掘削用ダウンホールツール部材は、ポリ−L−乳酸固化押出成形物を機械加工して形成した坑井掘削用ダウンホールツール部材であり、
前記ポリ−L−乳酸固化押出成形物は、重量平均分子量が180,000〜300,000であり、温度240℃及び剪断速度120sec -1 で測定した溶融粘度が120〜1,200Pa・sであり、かつ、L体比率が93〜100%のポリ−L−乳酸を含有する樹脂材料からなる、10〜500mmの厚みまたは直径を有し、温度66℃における引張強度が5〜100MPaである機械加工用素材のポリ−L−乳酸固化押出成形物である、坑井掘削用ダウンホールツール部材。 - 樹脂材料が、全量基準で5〜70質量%の充填剤を含有するポリ−L−乳酸組成物である請求項9記載の坑井掘削用ダウンホールツール部材。
- 坑井掘削用ダウンホールツール部材であって、
前記坑井掘削用ダウンホールツール部材は、ポリ−L−乳酸固化押出成形物を機械加工して形成した坑井掘削用ダウンホールツール部材であり、
前記ポリ−L−乳酸固化押出成形物は、重量平均分子量が180,000〜300,000であり、温度240℃及び剪断速度120sec −1 で測定した溶融粘度が120〜1,200Pa・sであり、かつ、L体比率が93〜100%のポリ−L−乳酸と、全量基準で5〜70質量%の充填剤とを含有する樹脂材料(樹脂材料の全量を100質量%とする。)からなり、10〜500mmの厚みまたは直径を有し、温度66℃における引張強度が5〜200MPaである機械加工用素材のポリ−L−乳酸固化押出成形物である、坑井掘削用ダウンホールツール部材。 - 充填剤が、繊維状充填剤である請求項10または11記載の坑井掘削用ダウンホールツール部材。
- 充填剤が、100以上のアスペクト比を有する請求項10乃至12のいずれか1項に記載の坑井掘削用ダウンホールツール部材。
- 樹脂材料が、前記のポリ−L−乳酸100質量部に対して、重量平均分子量が100,000〜380,000であり、温度240℃及び剪断速度120sec -1 で測定した溶融粘度が20〜2,000Pa・sであり、かつ、D体比率が80〜100%のポリ−D−乳酸40〜200質量部を含有する請求項9乃至13のいずれか1項に記載の坑井掘削用ダウンホールツール部材。
- 前記のポリ−L−乳酸及びポリ−D−乳酸が、ステレオコンプレックスを形成している請求項14記載の坑井掘削用ダウンホールツール部材。
- 前記ポリ−L−乳酸固化押出成形物が丸棒、中空または平板の形状を有する請求項9乃至15のいずれか1項に記載の坑井掘削用ダウンホールツール部材。
- 請求項9乃至16のいずれか1項に記載の坑井掘削用ダウンホールツール部材を備える目止めプラグ。
- 前記の坑井掘削用ダウンホールツール部材が、
a.マンドレル、
b.マンドレルの軸方向と直交する外周面上に置かれた1対のリング、並びに、
c.マンドレルの軸方向と直交する外周面上であって、1対のリングの間の位置に置かれたスリップまたはウエッジの一方または両方
からなる群より選ばれる少なくとも一つである請求項17記載の目止めプラグ。 - マンドレルが、軸方向に沿う中空部を有する請求項18記載の目止めプラグ。
- マンドレルが、マンドレルの直径に対する中空部の外径の比率が0.7以下である請求項19記載の目止めプラグ。
- マンドレルと、1対のリングの一方のリングとが一体に形成されている請求項18乃至20のいずれか1項に記載の目止めプラグ。
- マンドレルの外周面の加工部分の曲率半径が0.5mm以上である請求項18乃至21のいずれか1項に記載の目止めプラグ。
- マンドレルの外周面が、金属で保護されている箇所を有する請求項18乃至22のいずれか1項に記載の目止めプラグ。
- マンドレルの外周面上に、スリップ及びウエッジを備えない請求項18乃至23のいずれか1項に記載の目止めプラグ。
- マンドレルの軸方向と直交する外周面上であって、1対のリングの間の位置に置かれた、少なくとも1つのスリップとウエッジとの組み合わせを備える請求項18乃至23のいずれか1項に記載の目止めプラグ。
- スリップとウエッジとの組み合わせを複数備える請求項25記載の目止めプラグ。
- マンドレルの軸方向と直交する外周面上であって、1対のリングの間の位置に置かれた、少なくとも1つの拡径可能な環状のゴム部材を備える請求項18乃至26のいずれか1項に記載の目止めプラグ。
- 拡径可能な環状のゴム部材は、マンドレルの軸方向の長さが、マンドレルの長さに対して10〜70%である請求項27記載の目止めプラグ。
- マンドレルが、外周面に拡径可能な環状のゴム部材を圧縮状態のまま固定する固定部を有する請求項27または28記載の目止めプラグ。
- 固定部が、溝、段部及びねじ山からなる群より選ばれる少なくとも1つである請求項29記載の目止めプラグ。
- 拡径可能な環状のゴム部材を複数備える請求項27乃至30のいずれか1項に記載の目止めプラグ。
- 下記工程1乃至4;
1)重量平均分子量が270,000〜420,000、温度240℃及び剪断速度120sec-1で測定した溶融粘度が180〜1,800Pa・s、かつ、L体比率が93〜100%であるポリ−L−乳酸を含有する樹脂材料を、押出機に供給し、押出機のシリンダー温度195〜260℃で溶融混練する工程1;
2)押出機先端の押出ダイから、溶融混練によって溶融した樹脂材料を、押出ダイの溶融樹脂通路と連通しかつ押出成形物の断面形状を有する流路と、冷却手段とを備えたフォーミングダイの流路内に押出する工程2;
3)フォーミングダイの流路内で樹脂材料からなる溶融押出物を冷却して固化させ、次いで、フォーミングダイの先端から固化押出物を外部に押出する工程3;並びに
4)固化押出物を加圧して、フォーミングダイ方向に背圧をかけながら引き取り、その際、加圧によって固化押出物の厚み方向または直径方向への膨張を抑制して、厚みまたは直径が10〜500mmの固化押出成形物を得る工程4;
を含む
10〜500mmの厚みまたは直径を有し、温度66℃における引張強度が5〜100MPaであるポリ−L−乳酸固化押出成形物の製造方法。 - 下記工程1’乃至4;
1’)重量平均分子量が270,000〜420,000、温度240℃及び剪断速度120sec-1で測定した溶融粘度が180〜1,800Pa・s、かつ、L体比率が93〜100%であるポリ−L−乳酸と、全量基準で5〜70質量%の充填剤とを含有する樹脂材料(樹脂材料の全量を100質量%とする。)を、押出機に供給し、押出機のシリンダー温度195〜260℃で溶融混練する工程1’;
2)押出機先端の押出ダイから、溶融混練によって溶融した樹脂材料を、押出ダイの溶融樹脂通路と連通しかつ押出成形物の断面形状を有する流路と、冷却手段とを備えたフォーミングダイの流路内に押出する工程2;
3)フォーミングダイの流路内で樹脂材料からなる溶融押出物を冷却して固化させ、次いで、フォーミングダイの先端から固化押出物を外部に押出する工程3;並びに
4)固化押出物を加圧して、フォーミングダイ方向に背圧をかけながら引き取り、その際、加圧によって固化押出物の厚み方向または直径方向への膨張を抑制して、厚みまたは直径が10〜500mmの固化押出成形物を得る工程4;
を含む
10〜500mmの厚みまたは直径を有し、温度66℃における引張強度が5〜200MPaであるポリ−L−乳酸固化押出成形物の製造方法。 - 工程4で得られたポリ−L−乳酸固化押出成形物を、90〜190℃の温度で3〜24時間熱処理する工程5を更に含む請求項32または33記載の製造方法。
- 請求項1乃至8のいずれか1項に記載の坑井掘削用ボールシーラーを使用して、坑井孔の目止め処理を行った後に坑井掘削用ボールシーラーの一部または全部が分解されることを特徴とする坑井掘削方法。
- 請求項17乃至31のいずれか1項に記載の坑井掘削用ダウンホールツール部材を備える目止めプラグを使用して、坑井孔の目止め処理を行った後に、坑井掘削用ダウンホールツール部材の一部または全部が分解されることを特徴とする坑井掘削方法。
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