JPH0365374B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高強力、高弾性率繊維又はフイルム成
形用ポリエチレン球晶ゲルに関し、更に詳しく
は、従来の溶融紡糸法、乾式紡糸法及び湿式紡糸
法では得ることの出来なかつた高強力、高弾性率
を有する繊維又はフイルム等を得るためのゲル糸
紡糸又はゲルフイルム製膜用の加工性に優れた超
高分子量ポリエチレンのゲル粒状均一分散液に供
するポリエチレン球晶ゲルに関する。

合成繊維やフイルムの高強力、高弾性率化の方
法として、高分子量ポリマーを適当な溶剤に溶解
せしめ、軟化点を低下させ、該高分子量ポリマー
の分解点以下の温度で加工する方法が知られてい
るが、この方法の実施に際しては、溶剤中への高
分子量ポリマーの分散および溶解が不均一になり
易く、溶解時粘稠性が増大するために溶解過程で
気泡が混入し、満足な均一溶液が得られ難く、均
一な濃度の原料を調整することは最大の難点とさ
れていた。

この問題を解決する方法として、溶解紡糸工程
において、一次溶解及び二次溶解のための複数の
溶解タンクを設置し、高温加熱下で長時間撹拌溶
解する方法が知られているが、溶解時の気泡の混
入は避けられず、特に高温加熱下での長時間の撹
拌溶解のため、ポリマーの分子量低下が著しくな
り、原料ポリマー分子量から期待される所期の高
強力、高弾性率繊維又はフイルムが得られず、た
とえ、この方法で得た溶解液を紡糸工程又はフイ
ルム製膜工程に供給したとしても、異物（ポリマ
ーの不完全溶解物）の混入が避けられず、長時間
の安定紡糸又は安定フイルム製膜が出来ない欠点
があつた。

本発明者らはかかる欠点を解消すべく鋭意研究
を重ねた結果、遂に前記するすべての欠点を解消
する本発明をなすに至つた。

即ち本発明は、溶剤を吸蔵する重量平均分子量
が１×10⁵以上の超高分子量ポリエチレン球晶ゲ
ルであつて、該球晶ゲルの平均球径（SD）が200
（μm）以下であることを特徴とする高強力、高弾
性率繊維又はフイルム成形用ポリエチレン球晶ゲ
ルである。

本発明で言う超高分子量ポリエチレンとは少量
の好ましくは５モル％以下のプロピレン、ブチレ
ン、ペンテン、ヘキセン、４−メチルペンテン及
びオクテンなどの他のアルケン１種以上が共重合
化されていてもよく、100炭素原子、好ましくは
300炭素原子当りの側鎖が１未満で、重量平均分
子量が少なくとも１×10⁵好ましくは１×10⁶以上
のポリエチレンであつて、該高分子量ポリエチレ
ンは少量の好ましくは25重量％以下の他のポリマ
ー、特にポリプロピレン、ポリブチレンなどのポ
リマーを１種以上、あるいはプロピレンと少量の
エチレンとの共重合体を含んでいてもよい。重量
平均分子量が１×10⁵以下ではその後の溶解紡糸
により得られたゲル繊維又はゲルフイルムを延伸
加工しても目的とする高強力、高弾性率繊維又は
フイルムを得ることができない。

本発明に用いる溶剤の選択に当つては次の基本
的要件を満たすものを選ぶ必要がある。

即ち、該溶剤は超高分子量ポリマーの加工を助
けるために単一の低分子量化合物または低分子量
化合物の混合物が用いられ、この化合物は高温下
でのみ超高分子量ポリマーを溶解状態にするもの
を選択せねばならない。

しかしながら、この溶解温度は超高分子量ポリ
マーの分解温度より低くなくてはならない。

従つて低温度例えば室温ではこの低分子量化合
物またはこれらの混合物は超高分子量ポリマーに
対して非溶剤であらねばならない。

本発明における超高分子量ポリエチレンに対す
る前記の溶剤選択基本的要件を満足する溶剤は、
例えばオクタン、ノナン、デカン、またはこれら
の異性体等の沸点が少なくとも100℃の脂肪族、
脂環式及び芳香族炭化水素、高級枝分れまたは非
枝分れ炭化水素、沸点範囲が100℃を上回る石油
留分、トルエン、キシレン、ナフタリン、デカリ
ン、テトラリン等のこれら水素化誘導体及びハロ
ゲン化炭化水素等が挙げられるが、特にこれらに
限定されるものではない。

本発明のポリエチレン球晶ゲルは、球晶ゲル物
（球晶ゲルの集合母体）に溶剤を介して機械的な
外力（例えばホモミキサーの回転力）を加えるこ
とによつて容易に単離する単球晶体のものと、単
離が極めて困難であつて、２以上の複合球晶体と
なつているものとの両者がある。

本発明において、球晶ゲルの球径は単一球晶体
の球径を限定するもので、２以上の複合球晶体に
あつては、該複合球晶体を構成する複合球晶体に
内蔵された単一球晶体の球径を表わすものであ
る。

本発明のポリエチレン球晶ゲルは、その平均球
径（SD）が200（μm）以下、好ましくは10〜120
（μm）、更に好ましくは50〜100（μm）であること
を特徴としている。

ここで平均球径が200（μm）を超えるものを、
高強力、高弾性率を有する繊維及びフイルム等を
得るための原料に供する場合、均一な紡糸液又は
フイルム形成溶液を得ることが困難となり、その
結果として目的とする高強力、高弾性率化が達成
できなくなる。

本発明において単球晶ゲルは、通常の偏光顕微
鏡で観察すると単球晶ゲル特有のマルテーズ・ク
ロスを示すことから容易に判定することができ
る。球晶ゲルの球径は、球晶ゲルをランダムにサ
ンプリングして、通常の光学顕微鏡を用いて測長
し、ｎ≧50ケから算出される平均球径で示す。

第１図は、本発明の球晶ゲルで、平均球径が約
80μmであるポリエチレン単離球晶ゲルを示す250
倍での拡大光学顕微鏡写真である。

第２図は本発明の球晶ゲルで、平均球径が約
68μmであるポリエチレン複合球晶ゲルを示す250
倍での拡大光学顕微鏡写真である。

第３図は本発明のポリエチレン単離球晶ゲルを
示す200倍での偏光顕微鏡写真である。

第３図より、本発明の単球晶ゲルが示す特有の
マルテーズ・クロスがよくわかる。

本発明に係るポリエチレン球晶ゲルは、例えば
次の方法によつて製造することができる。

即ち、超高分子量（重量平均分子量が１×10⁵
以上）のポリエチレンを、選択された溶剤に該超
高分子量ポリエチレンの分解点以下の温度で溶解
し、好ましい濃度として１〜15重量％、更に好ま
しくは２〜８重量％の溶解度を作成する。

該溶解液を液温が約60℃になるまで徐冷却した
後、室温まで急冷し、しばらく放置することによ
つてゲル状物を得る。球晶ゲルの生成には、特に 超高分子量ポリエチレンの分子量、 超高分子量ポリエチレンの溶解濃度、 徐冷却の冷却速度、 溶剤の性質の各要因によつて、単球晶ゲルの
サイズ及び質が変化するので、本発明で意図す
る単球晶ゲルのサイズ及び質のポリエチレン球
晶が生成するに必要な〜の要因に対する好
適条件を適宜、選択しなければならない。

このようにして得られた、該ゲル状物からフイ
ルム状及び強固なかたまり形態のゲル状物を取り
除いた後のゲル状物に、ホモミキサーを用いて機
械的撹拌を加え球晶ゲルを単離させ、その後溶剤
と単離球晶ゲルを濾別分離することによつて得ら
れる。得られた球晶ゲルの中には複合球晶体のま
ま混在するものが含まれる場合もある。

本発明のポリエチレン球晶ゲルの用途として
は、高強力、高弾性率を有する繊維及びフイルム
等を得るためのゲル紡糸の原料であるゲル粒状均
一分散液に供されるもので、例えば繊維製造の場
合においては、製糸された繊維は引張強度が20
ｇ／ｄ以上、好ましくは30ｇ／ｄ以上、初期弾性
率が500ｇ／ｄ以上、好ましくは1000ｇ／ｄ以上
の高強力、高弾性率を示す。

本発明のポリエチレン球晶ゲルは、目的とする
高強力、高弾性率繊維及びフイルム等を得るため
の原料としてゲル粒状分散液調整用に、単球晶ゲ
ルの単離物と単球晶ゲルの複合体との適宜割合の
混合集合体として、好ましくは、単球晶ゲルの単
離物のみの集合体として供される。

本発明のポリエチレン球晶ゲルは、球晶ゲル物
を機械的な力で溶剤を介して単離させて単一の球
晶ゲルにすることが可能であるか否かによつて、
その良否が決定される。

よい質の球晶ゲル物は機械的な力によつて容易
に単離する。

良くない球晶ゲル物は例えば、フイルム状や強
固な大形のかたまりとなつており、機械的な外力
により容易に単離しないもので、単球晶ゲルが20
ケを超えて複合した集合体をいう。

本発明の目的を達成するには、このよい質の球
晶ゲルを用いることが必要である。

好適な球晶ゲル物を生成させるための適応条件
を厳密に選択しても、この悪い球晶ゲル物は一部
生成する場合があり、この悪い球晶ゲル物は取り
除くことが重要である。

単球晶ゲルの単離物と単球晶ゲルの複合球晶体
との構成割合は単球晶ゲルの単離物が少なくとも
60重量％以上、好ましくは70重量％以上含まれて
いることが好ましく、単球晶ゲルの単離物以外と
しては、単球晶ゲルの集合体より成る複合球晶体
で、該複合球晶体は単球晶ゲルが20ケ以下好まし
くは10ケ以下で構成されるものがよい。

該複合球晶体を構成する単球晶ゲルの数が20を
超えると、溶解紡糸に供給した場合、溶解不均一
の原因となり好ましくない。

本発明の単球晶ゲルを溶剤中に均一分散するこ
とにより、球晶ゲル均一分散液を得ることができ
る。

そして、該球晶ゲル均一分散液を室温で通常の
スクリユー型押出機に供給し、該スクリユー型押
出機で押出す間に加熱溶解することにより、極め
て均一なゲル繊維又はゲルフイルム用紡糸液又は
フイルム形成溶液を得ることができる。

本発明の球晶ゲルを溶剤中に均一分散した原料
液を用いて、高強力、高弾性率繊維又はフイルム
等を製造すると、糸切れやフイルム破断を伴うこ
となく長時間連続的に安定した紡糸又はフイルム
成形することが可能である。

以下に実施例によつて本発明をより具体的に説
明する。

実施例 １ 高分子量（＝２×10⁶）のポリエチレンを
160℃でデカリンに溶解し、3wt％の溶解液を得
た。この溶解液を160℃から60℃まで0.4℃／分の
冷却速度で徐冷却し、60℃から常温に急冷し、２
時間放置してゲル状物を得た。このゲル状物はフ
イルム状及び強固な大形ゲル状物を少量含んでい
た。このゲル状物からフイルム状及び強固な大形
ゲル状物を取り除いた後、ホモミキサーで球晶ゲ
ルを単離した。この単離した球晶ゲルは平均球径
（SD）が80μmであり、デカリンを92wt％含有し
ていた。

この単離した球晶ゲルを一旦濾別した後、再度
テカリン中にホモミキサーで均一分散し、ポリエ
チレンの量が3.0wt％になるように調整し、球晶
ゲルの均一分散液を得た。

この均一球晶ゲル均一分散液を普通のスクリユ
ー型押出機を備えた溶融紡糸装置のエクストルー
ダーホツパーへ常温で供給し溶解紡糸した。

スクリユー型押出機の温度は150℃、紡糸ヘツ
ド温度は156℃、溶解液の吐出量は46ｇ／分、紡
糸口金は孔径0.8mm、孔長8.0mm、孔数40を使用し
た。

吐出した溶解液を通常のクエンチ装置で冷却
し、ゲル繊維を得た。

連続60時間紡糸を行なつたが、この間糸切れは
全くなく、糸ムラのないゲル繊維が得られ、従来
のゲル繊維紡糸法では得ることの出来なかつた優
れた紡糸操業性と安定した生産性が得られた。

次にかくして得たゲル繊維を延伸工程に供し、
延伸加工を施した。この間糸切れ単糸切れは全く
なく、極めて良好な延伸性が得られた。

得られた延伸繊維の物性は強度46ｇ／ｄ、初期
モジユラス1400ｇ／ｄ、伸度5.0％の高強力、高
弾性率繊維であつた。

実施例 ２ 実施例１で得たゲル状物から、フイルム状及び
強固な大形ゲル状物を取除き、ホモミキサーで単
離の度合を変えて単球晶の集合物が約15ケ、
約25ケ、約50ケのそれぞれより構成された複合
球晶体の３種を作成し、単球晶ゲルと組合せて、
分散液を作成した。

即ち、上記３種の複合球晶体にそれぞれ単球晶
ゲルを40wt％添加し、分散液中のポリエチレン
量を3.0wt％に調整し、この各分散液を実施例１
と同じ紡糸条件で紡糸した。単球晶の集合体を
用いた分散液は紡糸が非常に良好であつた。単球
晶の集合体を用いたものはやや不安定、を用
いた場合は紡糸不調であつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のポリエチレン単離球晶ゲルを
示す250倍での拡大光学顕微鏡写真である。第２
図は本発明のポリエチレン複合球晶ゲルを示す
250倍での拡大光学顕微鏡写真である。第３図は
本発明のポリエチレン単離球晶ゲルを示す200倍
での偏光顕微鏡写真である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 溶剤を吸蔵する重量平均分子量が１×10⁵以
   上の超高分子量ポリエチレン球晶ゲルであつて、
   該球晶ゲルの平均球径（SD）が200（μm）以下で
   あることを特徴とする高強力、高弾性率繊維又は
   フイルム成形用ポリエチレン球晶ゲル。