JPH0447608B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「発明の目的」 本発明は、超高分子量ポリエチレンフイルム又
はシートの製造方法に関するものである。更に詳
しくは、平均分子量が100万以上の超高分子量ポ
リエチレンから、表面が平滑なフイルム又はシー
トを効率よく製造する方法に関するものである。

「従来の技術」 平均分子量が100万以上の超高分子量ポリエチ
レンは、自己潤滑性、耐摩耗性、低温特性などの
優れた特性を持つているにもかかわらず、溶融粘
度が高すぎるために目的物への成形加工が困難で
あつた。

従来知られている超高分子量ポリエチレンの成
形法は、(イ)粒径が数十ミクロンないし数百ミクロ
ンの微粉末状のものを、長時間をかけて焼結し、
棒状または板状の焼結体としたのち、これら焼結
体からフイルム状物又はシート状物を切り出す方
法、(ロ)超高分子量ポリエチレンを有機溶媒に溶解
し、キヤステイング法によりフイルム化又はシー
ト化する方法、(ハ)粉末状の超高分子量ポリエチレ
ンを有機溶媒に加えて得られる分散物又は混合物
を、押出してフイルム又はシート化し、有機溶媒
を揮散させる方法、等が提案されている。

上記(イ)の方法は、生産性が極めて悪いという欠
点があり、(ロ)の方法によるときは、超高分子量ポ
リエチレン溶液の粘度が高いので取扱い難く、か
つ、溶液は温度条件の選択によつては結晶が析出
する等不安定である等の欠点がある。又、(ハ)の方
法は、上記(イ)及び(ハ)の方法にみられる欠点を解消
するものとして、本出願人によつて提案されたも
のであるが、有機溶媒へ超高分子量ポリエチレン
を加えるとき、その量が特定量以下、例えば60重
量％以下の場合は、超高分子量ポリエチレンが有
機溶媒に均一になじみにくく、その分散物又は混
合物をフイルム又はシートに成形するのに、通常
の一軸押出機を適用したのでは押出機への食い込
みが円滑に進まず、押出しが不安定で改良の余地
があつた。

「発明が解決しようとした問題点」 本発明者等は、以上の点を改良した平均分子量
が100万以上の超高分子量ポリエチレンから、表
面が平滑なフイルム又はシートを効率よく製造す
る方法につき、鋭意検討した結果、有機溶媒と粉
末状の超高分子量ポリエチレンとから調製したフ
イルム又はシート成形用の分散物又は混合物を、
二軸押出機を適用して押出すことにより、前記食
い込みの問題を解消し、安定した押出し作業を行
うことができるとの知見を得て、本発明に到達し
た。

「問題点を解決するための手段」 しかして本発明の要旨とするところは、平均分
子量が100万以上の超高分子量ポリエチレンから
なるフイルム又はシートを製造するにあたり、 上記超高分子量ポリエチレンの粉末を、有機溶
媒に加え、ポリエチレンが10〜80重量％の分散物
又は混合物とする工程、 上記分散物又は混合物を、それらの溶融温度よ
りも高い温度に加熱し溶融させて、二軸押出機に
より、フイルム状又はシート状に押出す工程、押
出されたフイルム又はシートを加熱して前記有機
溶媒を揮散させる工程、及び上記フイルム又はシ
ートを冷却する工程よりなることを特徴とする超
高分子量ポリエチレンフイルム又はシートの製造
法に存する。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明において超高分子量ポリエチレンとは、
デカリンのような溶媒に溶解して測定した粘度平
均分子量が、100万以上のものをいう。平均分子
量が100万に満たない高分子量ポリエチレンは、
通常の成形用ポリエチレンに較べて溶融粘度が高
いとはいうものの、通常の成形技術で成形できる
ので、本発明方法を採用する必要はない。原料の
超高分子量ポリエチレンは、粒径が数十ミクロン
ないし数百ミクロンの微粉末状のものが、市販さ
れており、これを使用することができる。

本発明方法によるときは、まず第一工程で、上
記粉末状ポリエチレンを、常温で、有機溶媒に加
え、両者をまぜ合わせ、分散物又は混合物とす
る。原料の超高分子量ポリエチレンを、常温で、
有機溶媒に加え、両者をまぜ合わせるのは、原料
の超高分子量ポリエチレンの加工性を向上させる
ためである。

この際に使用できる有機溶媒としては、超高分
子量ポリエチレンを溶解ないし膨潤する能力をも
つものの中から選ぶのがよい。このような能力を
もつ有機溶媒の具体例としては、ｐ−キシレン、
デカリン、オクタリン等の炭化水素、テトラクロ
ルエタン等のハロゲン化炭化水素があげられる。
これら例示は、本発明を制限するものではない。

有機溶媒に加える粉末状の超高分子量ポリエチ
レンは、分散物又は混合物の10〜80重量％の範囲
とする。超高分子量ポリエチレンの量が10重量％
より少ないときは、次の押出工程で得られる押出
物の強度が弱くなりすぎて取り扱いが難しくなる
ばかりでなく、後の有機溶媒を回収する工程で多
大なエネルギーを要し、著しく不経済である。他
方、80重量％より多いときは、得られる分散物又
は混合物は、次の押出工程で均一なフイルム又は
シートとして押し出すのが困難であるか、不可能
となり、好ましくない。上記範囲の中では、30〜
60重量％が特に好ましい。分散物又は混合物は上
記10〜80重量％の範囲内において、超高分子量ポ
リエチレンの量が多いときは、少量の水を含んだ
小麦粉のように、粉末が湿潤化して小塊状に固ま
つた状態を呈し、少ないときはスラリー状を呈
し、超高分子量ポリエチレンが有機溶媒中になじ
まないで、浮遊した状態となる。

しかして、この状態のままの分散物又は混合物
は、フイルム又はシートに成形するために、公知
の一軸押出機に装入すると、前記のように食い込
みが円滑に進まず、押出しが安定しない。そこで
本発明は、次の工程で、上記分散物又は混合物
を、それらの溶融温度よりも高い温度に加熱し、
溶融させ、且つ、二軸押出機によりフイルム状又
はシート状に押出すものである。

本発明において、「分散物又は混合物の溶融温
度」とはASTMD3417−82に記載された示差走
査熱量法による融解熱の測定法に準拠し、昇温速
度10℃／分の条件下で測定したときピークを示す
温度をいう。

分散物又は混合物の溶融温度は、溶媒の種類、
超高分子量ポリエチレンの分子量、溶媒と超高分
子量ポリエチレンとの比率によつて変わる。例え
ば、重量平均分子量が約300万の超高分子量ポリ
エチレンを70重量％含有するｐ−キシレンとの混
合物では、溶融温度は125℃であり、同じ分子量
の超高分子量ポリエチレンを60重量％含有するデ
カリンとの混合物では121℃である。分散物又は
混合物の溶融温度は、あらかじめ測定して、確認
しておくのがよい。

分散物又は混合物を加熱する温度が、これらに
ついて実測した溶融温度より低いときは、分散物
又は混合物は溶融せず、フイルム状又はシート状
に押出すことができない。

本発明は上記分散物又は混合物からフイルム又
はシートを成形するにあたつて、二軸押出機を適
用することを必須の要件とするものであり、分散
物又は混合物をそれらの融点以上に加熱溶融させ
る上記工程は、その二軸押出機を使用して行うこ
とができる。

なお、分散物又は混合物をそれらの融点以上に
加熱する前に、予め80℃以上で攪拌しながら加温
保持すれば、有機溶媒の一部が超高分子量ポリエ
チレンに吸収され、超高分子量ポリエチレンと有
機溶媒との親和性が付与されて、超高分子量ポリ
エチレンと有機溶媒とが、均一に混り合つたドラ
イブレンド状、乃至はウエツトブレンド状とな
り、押出機に装入するときの食込みが容易とな
る。この場合の加温保持温度は有機溶媒の種類、
超高分子量ポリエチレンの粒径、含有重量％等に
より80℃〜250℃の範囲で選択され、又保持時間
は、１〜60分の範囲である。

本発明で使用できる二軸押出機としては、特に
制約はなく、各種の性能をもつた同方向回転型二
軸押出機、異方向回転型二軸押出機等が挙げられ
る。二軸押出機を適用することによつて、押出機
内の同方向又は異方向に回転する２本のスクリユ
ーのピツチ間に、分散物又は混合物が強制的に食
込まされると共に、分散物又は混合物中の有機溶
媒と超高分子量ポリエチレンとが均質に溶融混合
されて、フイルム又はシートの安定した押出し、
ならびにすぐれた品質の確保を可能とするもの
で、これが本発明の大きな特徴である。

分散物又は混合物をフイルム状又はシート状に
押出すには、従来熱可塑性樹脂をフイルム状又は
シート状に押出すのに用いられているＴ−ダイ、
スリツトダイ、サーキユラーダイ等を、そのまま
使用することができる。

上記工程で押出されたフイルム又はシートは、
有機溶媒を含有しているので、次の工程で、押出
されたフイルム又はシートを加熱して、有機溶媒
を揮散させる。この際の加熱温度は、フイルム又
はシートに含まれている有機溶媒の種類、量、フ
イルム又はシートの厚さ等によつて、100〜300℃
の範囲で選ぶことができる。加熱温度が100℃よ
り低いときは、溶媒揮散速度が遅く好ましくな
く、300℃より高いときは、溶媒の揮散速度は速
くなるが超高分子量ポリエチレンの熱劣化がひど
くなり、好ましくない。

押出されたフイルム又はシートを加熱するに
は、離型剤を塗布した紙、スチールベルト等で保
持しつつ加熱する方法、フイルム又はシートの幅
方向両端部を保持しつつ加熱する方法等いずれで
あつてもよい。また、この際の加熱方法は、熱風
による方法、赤外線、遠赤外線を用いる方法等が
あげられる。更に、加熱したロール群の間を通過
させる方法であつてもよい。

フイルム又はシートから揮散させた有機溶媒
は、回収し、再使用するのが好ましい。

有機溶媒を揮散させたフイルム又はシートは、
次に常温附近まで冷却する。フイルム又はシート
を冷却するには、自然放冷でもよいし、冷却した
空気を吹き付ける、冷却したロール群の間を通過
させる等の強制冷却であつてもよい。

冷却したのち、又は冷却する際、表面を平滑さ
せるためにルールで圧延するとかの後加工を行な
つてもよい。

このようにして得られた超高分子量フイルム又
はシートは、ロール状に巻き取つたり、一定の長
さにして切断して、次の使用に供することができ
る。

本発明方法によつて得られる超高分子量ポリエ
チレンフイルム又はシートは、その特性である自
己潤滑性、耐摩耗性、低温特性等を生かして、各
種のガスケツト、パツキング、ライニング、テー
プ、包装資材等の用途に使用することができる。

「発明の効果」 本発明方法は、次のように特別に顕著な効果を
奏し、その産業上の利用価値は、極めて大であ
る。

(1) 本発明方法では、前記従来法(イ)のように、原
料微粉末状物を焼結体とし、この焼結体からフ
イルム状物又はシート状物を切り出す方法を採
用しないので、この従来法(イ)に較べ、生産性が
格段に優れている。

(2) 本発明方法によるときは、有機溶媒と粉末状
超高分子量ポリエチレンとよりなる混合物又は
分散物は、調製が容易であり、常温で分散液や
粉体と同様に取り扱うことができ、従来法(ロ)に
較べ、工程が格段に簡素化されている。

(3) 更に従来法(ハ)に較べて、分散物又は混合物を
押出機で押出す際食込みが極めて円滑に進むの
で、押出し操作を安定して行うことができ、
又、押出機内において、分散物中の有機溶媒と
超高分子量ポリエチレンとの混合がより一層効
果的に行われるので、平坦で均一な、品質の優
れたフイルム又はシートを得ることができる。

「実施例」 以下、本発明を実施例にもとづいて詳細に説明
するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下
の例に限定されるものではない。

実施例 １ ハイゼツクス・ミリオン240M（三井石油化学工
業(株)社製、重量平均分子量が約300万の超高分子
量ポリエチレンであつて、平均粒子径約100ミク
ロンのもの）を、ｐ−キシレンにポリエチレンの
濃度が50重量％になるように加え、常温で、両者
をまぜ合せ、スラリー状の分散物を得た。

この分散物について、示差走査熱量計（パーキ
ンエルマー社製、型式DSC−）を用い、
ASTM Ｄ 3417−82に準じた方法で（昇温速度
10℃／分）ピークを示す温度（分散物の溶融温
度）を測定したところ、120℃であつた。

この分散物を、スリツトダイ（幅40mm、スリツ
ト厚さ1.0mm）を装着した同方向回転型二軸押出
機（スクリユー径80mm、Ｌ／Ｄ≒５）を用い、シ
リンダー温度180℃、ダイ温度200℃、スクリユー
回転数10rpm、の条件下にシート状に押出した。
その結果、混合物の押出機への食込みを円滑に行
うことができ、又、押出し操作も安定しており、
平均押出速度0.2Kg／分で幅40mm、厚み1.2mm程度
のシート状押出物を得た。

このシート状押出物を180℃に温度調節した加
熱炉内で10分間加熱し、溶媒のｐ−キシレンを揮
散させた。

ついで、このシート状押出物を加熱炉から取出
して室温迄冷却し、幅38mm、平均厚み1.15mmの超
高分子量ポリエチレンシートを得た。

比較例 １ 実施例１と同じ条件で、ｐ−キシレンと超高分
子量ポリエチレンから調製した、超高分子量ポリ
エチレンの濃度50重量％のスラリー状分散物を、
攪拌しながら120℃に加熱し、５分間保持した。
この加温処理により、ｐ−キシレンの一部が超高
分子量ポリエチレン粉末に吸収されて、スラリー
状の分散物はドライブレンド状となつた。

この分散物を、スリツトダイ（幅40mm、スリツ
ト厚さ1.5mm）を装着した一軸押出機（通常の40
mm径のフルフライト型スクリユー、Ｌ／Ｄ≒22）
を用い、シリンダー温度180℃、ダイ温度200℃の
条件下にシート状に押出したところ、押出機への
分散物の食込みが円滑にいかず、押出しが断続的
で安定せず、表面が平坦なシート状押出物を得る
ことができなかつた。

実施例 ２ ハイゼツクス・ミリオン240M（実施例１におけ
ると同種）を、ｐ−キシレン中にポリエチレンの
濃度が50重量％になるように加え、常温で両者を
混ぜ合せ、スラリー状の分散物を得た。

この分散物を実施例１で用いたものと同じスリ
ツトダイ及び二軸押出機を使用し、シリンダー温
度、ダイ温度、スクリユー回転数共に実施例１と
同じ条件下にシート状に押出した。その結果、分
散物の押出機への食込みを円滑に行うことがで
き、又、押出し操作も安定しており、平均押出速
度0.15Kg／分で幅40mm、厚み1.2mm程度のシート
状押出物を得た。

このシート状押出物を180℃に温度調節した加
熱炉内で10分間加熱し、溶媒のｐ−キシレンを揮
散させた。ついで、このシート状押出物を加熱炉
から取出して室温迄冷却し、幅38mm、平均厚み
1.15mmの超高分子量ポリエチレンシートを得た。

比較例 ２ 実施例２と同様に、ハイゼツクス・ミリオン
240Mを、ｐ−キシレン中にポリエチレンの濃度
が50重量％になるように加え、常温で両者を混ぜ
合せ、スラリー状の分散物を得た。

この分散物をスリツトダイ（幅40mm、スリツト
厚さ1.5mm）を装着した一軸押出機（通常の40mm
径のフルフライト型スクリユー、Ｌ／Ｄ≒22）を
用い、シリンダー温度180℃、ダイ温度200℃、の
条件下にシート状に押出そうとしたが、食込みが
円滑にいかず、押出しは不可能であつた。

実施例 ３ ハイゼツクス・240M（三井石油化学工業(株)社
製、重量平均分子量が約300万の超高分子量ポリ
エチレンであつて、平均粒子径約100ミクロンの
もの）を、ｐ−キシレンにポリエチレンの濃度が
50重量％になるように加え、常温で、両者を混ぜ
合せ、スラリー状の分散物を得た。

この分散物を、スリツトダイ（幅40mm、スリツ
ト厚さ1.0mm）を装着した異方向回転型二軸押出
機（スクリユー径80mm、Ｌ／Ｄ≒16）を用い、シ
リンダー温度、ダイ温度、スクリユー回転数共に
実施例１と同じ条件下にシート状に押出した。そ
の結果、分散物の押出機の食込みを円滑に行うこ
とができ、又、押出し操作も安定しており、平均
押出速度0.5Kg／分で幅40mm、厚み1.3mm程度のシ
ート状押出物を得た。

このシート状押出物を180℃に温度調節した加
熱炉内で10分間加熱し、溶媒のｐ−キシレンを揮
散させた。ついで、このシート状押出物を加熱炉
から取出して室温迄冷却し、幅38mm、平均厚み
1.2mmの超高分子量ポリエチレンシートを得た。

比較例 ３ 実施例３と同じ条件で、ｐ−キシレンと超高分
子量ポリエチレンから調製した、超高分子量ポリ
エチレンの濃度50重量％のスラリー状分散物を、
攪拌しながら120℃に加熱し、５分間保持した。
この加温処理により、ｐ−キシレンの一部が超高
分子量ポリエチレン粉末に吸収されて、スラリー
状の分散物はドライブレンド状となつた。

この分散物を、スリツトダイ（幅40mm、スリツ
ト厚さ1.5mm）を装着した一軸押出機（40mm径の
急圧縮型スクリユー、Ｌ／Ｄ≒22）を用い、シリ
ンダー温度180℃、ダイ温度200℃の条件下にシー
ト状に押出そうとしたが、食込みが円滑にいか
ず、押出しは不可能であつた。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 平均分子量が100万以上の超高分子量ポリエ
   チレンからなるフイルム又はシートを製造するに
   あたり、 上記超高分子量ポリエチレンの粉末を、有機溶
   媒に加え、ポリエチレンが10〜80重量％の分散物
   又は混合物とする工程、 上記分散物又は混合物を、それらの溶融温度よ
   りも高い温度に加熱し溶融させて、二軸押出機に
   より、フイルム状又はシート状に押出す工程、 押出されたフイルム又はシートを加熱して前記
   有機溶媒を揮散させる工程、及び上記フイルム又
   はシートを冷却する工程よりなることを特徴とす
   る超高分子量ポリエチレンフイルム又はシートの
   製造法。