JPH11166082A - 超高分子量ポリエチレン成形体及びその製造方法 - Google Patents

超高分子量ポリエチレン成形体及びその製造方法

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JPH11166082A JP9350110A JP35011097A JPH11166082A JP H11166082 A JPH11166082 A JP H11166082A JP 9350110 A JP9350110 A JP 9350110A JP 35011097 A JP35011097 A JP 35011097A JP H11166082 A JPH11166082 A JP H11166082A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】超高分子量ポリエチレン成形体に優れた難汚損
性、抗菌性、消臭性等を付与する。 【解決手段】光触媒作用を有する酸化チタン微粒子を混
合した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は優れた難汚損性、抗
菌性、消臭性等を付与した超高分子量ポリエチレン成形
体及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】酸化物半導体である酸化チタン等の光触
媒微粒子にバンドギャップ以上のエネルギ−を有する光
を照射すると、励起により電子及び正孔が発生され、表
面に近接した有機物や微生物が酸化により分解される。
そこで、高分子成形物、例えばシ−トに酸化チタン微粒
子を含有させ、その成形体に難汚損性、抗菌性、消臭性
等を付与することが知られている。更に、成形体を多孔
化し、有機物や微生物を含有する空気と酸化チタン微粒
子との接触面積を広くして、難汚損性、抗菌性、消臭性
等のより一層の向上を図ることも知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、本発明者等
においては、成形体の樹脂に超高分子量ポリエチレンを
使用すれば、いわゆる気孔率が実質上零であっても、抜
群に優れた光触媒効果が得られることを知った。例え
ば、気孔率が零の酸化チタン微粒子混合超高分子量ポリ
エチレン成形体と、気孔率が零の酸化チタン微粒子混合
エチレン−酢酸ビニル共重合物成形体とでは、同一の酸
化チタン微粒子量のもとでのアセトアルデヒド除去率
(光触媒効果の代表的な評価方法)に格段の差があるこ
とを見出した。本発明者等においては、この原因を究明
するために成形体の組織を顕微鏡で観察したところ、超
高分子量ポリエチレン成形体では樹脂と酸化チタン微粒
子との界面に間隙が生じているのに対し、エチレン−酢
酸ビニル共重合物成形体ではそのような間隙が生じてい
ないことが判明し、この間隙の発生は超高分子量ポリエ
チレンと酸化チタン微粒子との熱収縮係数が著しく相違
すると共に超高分子量ポリエチレンが難接着性であるた
めに、冷却時に超高分子量ポリエチレン樹脂と酸化チタ
ン微粒子との接触界面に大なる引張り応力が発生し、界
面が前記難接着性のためにその引張り応力に耐え得ずに
剥離する結果であると推定される。そして、上記アセト
アルデヒド除去率の格段の差は、その界面間隙に空気が
出入りし、空気と酸化チタン微粒子との接触面積が飛躍
的に増大される結果と推定される。
【0004】本発明の目的は、上記予想外の知見を基礎
として超高分子量ポリエチレン成形体に優れた難汚損
性、抗菌性、消臭性等を付与することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明に係る超高分子量
ポリエチレン成形体、例えばシ−トは光触媒作用を有す
る酸化チタン微粒子を混合してなり、酸化チタン微粒子
には多孔性シリカで被覆されているものを使用すること
が好ましい。本発明に係る超高分子量ポリエチレン成形
体の製造方法は、光触媒作用を有する酸化チタン微粒子
と超高分子量ポリエチレン粉体との混合物を焼結成形す
ることを特徴とする構成であり、この焼結体はシ−ト状
に切削されてシ−ト状の超高分子量ポリエチレン成形体
とされ、酸化チタン微粒子には、多孔性シリカを被覆し
た酸化チタン微粒子を用いることが好ましい。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明において成形体の樹脂とし
て用いる超高分子量ポリエチレンは、約50万以上の分
子量を有し(粘度法による測定値)、耐摩耗性、耐薬品
性、耐衝撃性、低摩擦係数等の特性に優れ、その代表的
な成形法としては焼結成形法が知られている。超高分子
量ポリエチレン粉末の市販品としては、三井石油化学工
業社製品ハイゼックスミリオンやミペロン、ヘキスト社
製品ホスタレンGUR等がある。本発明に係る超高分子
量ポリエチレン成形体は、この焼結成形法によって成形
できる。すなわち、酸化チタン微粒子を混合した超高分
子量ポリエチレン粉末の金型への充填、粉体の焼結、冷
却、脱型を順次に経て所定の形状に成形でき、耐摩耗
性、耐薬品性、耐衝撃性、低摩擦係数等の特性に加え優
れた難汚損性、抗菌性、消臭性等を付与できる。この場
合、焼結の進行と共に超高分子量ポリエチレン粒子間の
体積の収縮、空隙率の減少に伴う密度の増加、連続気泡
構造から独立気泡構造への変化等が生じ、焼成時間を短
くすると気孔率〔空隙が無いときの成形体の比重をρ、
成形体の体積vの重量をwとすると、(1−w/(vρ))
×100で与えられる〕を大にできるが、引張り強度が
低くなり、焼成時間を長くしたり、焼成温度を高くする
と気孔率が小になるが、引張り強度を大にでき、成形体
の用途等に応じて焼成時間が設定される。
【0007】上記成形において、超高分子量ポリエチレ
ンは難接着性であり、しかも超高分子量ポリエチレンと
酸化チタン微粒子との熱収縮係数が著しく相違する結
果、冷却過程で超高分子量ポリエチレンと酸化チタン微
粒子との界面に引張り応力が作用し、この引張り応力に
界面の接着強度が耐え得ない結果として界面剥離が生
じ、この界面剥離下で超高分子量ポリエチレンが冷却収
縮されていくので、その界面に微小間隙が形成される。
この界面間隙は、焼成時間が短い場合に超高分子量ポリ
エチレン粒子間に残存される空隙に較べて著しく小さ
く、上記した定義の気孔率に及ぼす影響は僅少である。
【0008】本発明に係る超高分子量ポリエチレン成形
体においては、後述の実施例からも明らかなように優れ
た光触媒作用を呈する。その理由は、上記界面間隙に空
気が出入りし、空気中に含まれている有機物や微生物が
光照射で活性化された酸化チタン微粒子に広い面積で接
触され、酸化・分解作用が効率よく行われる結果である
と推定される。上記光触媒作用を有する酸化チタン微粒
子には、優れた光触媒活性を呈するアナタ−ゼ型酸化チ
タン微粒子を使用することが好ましい。また、光触媒作
用の即効性と持続性を高めるために、他の臭気吸収剤、
例えばゼオライトを併用することができる。この酸化チ
タン微粒子には、その強い活性力による超高分子量ポリ
エチレンの分解・劣化を防止するために多孔性シリカで
コ−ティングすることが安全であり、酸化チタン微粒子
とゼオライトとを併用する場合、両者を同時に多孔性シ
リカでコ−ティングしてカプセル化したマイクロカプセ
ル化酸化チタン微粒子を使用することができる。例え
ば、多孔性シリカを気相析出法、液相析出法によりコ−
テングし、ゾル−ゲル法によりマイクロカプセル化する
ことができる。
【0009】上記の酸化チタン微粒子またはマイクロカ
プセル化酸化チタン微粒子の混合量は、気孔率が10%
未満の成形体の場合、1〜30重量%、好ましくは3〜
15重量%とされる。1重量%未満では、上記防汚効果
等を満足に付与し難く、30重量%を越えると所定の機
械的強度を保証し難くなるからである。気孔率が10%
以上の多孔質の場合、酸化チタン微粒子またはマイクロ
カプセル化酸化チタン微粒子の混合量は1〜20重量
%、好ましくは3〜10重量%とされる。1重量%未満
では、上記防汚効果等を満足に付与し難く、20重量%
を越えると所定の機械的強度を保証し難くなるからであ
る。
【0010】本発明に係る超高分子量ポリエチレン成形
体がシ−ト状である場合は、上記焼結成形法で得たブロ
ックをシ−ト状に切削することにより得ることができ
る。本発明に係る超高分子量ポリエチレン成形体が多孔
質である場合、超高分子量ポリエチレンと酸化チタン微
粒子との混合物を金型に充填し、(超高分子量ポリエチ
レンの融点、130℃)〜(超高分子量ポリエチレンの
融点−20℃)の温度で多孔質体に予備成形し、ついで
脱気し、更に焼結、冷却、脱型することによって成形す
ることができる。この場合、焼結時の加熱には、金型を
外部から加熱する方式(強制熱風循環方式、熱油浸漬方
式等)の外、超高分子量ポリエチレンの融点以上に加熱
した水蒸気を脱気減圧雰囲気中に導入する方式(特公平
5−66885号)を使用でき、後者によれば、内部ま
で均一に多孔化でき、この焼結法により得た多孔質ブロ
ックをシ−ト状に切削すれば、製品間での気孔率のバラ
ツキの少ない光触媒作用を有する多孔質超高分子量ポリ
エチレンシ−トを得ることができる。
【0011】本発明に係る超高分子量ポリエチレン成形
体は、汚れにくく、摩擦による静電気発生のもとでも油
脂分等を分解して難付着性にし汚れを抑制することが期
待できるので、生産ラインにおけるガイドレ−ル、搬送
ロ−ル、ライニングシ−トとして好適である。特に、多
孔質体は、摺動接触面積を少なくできるので、摩擦抵抗
を低くでき、ガイドレ−ルとして極めて好適であり、ま
た、その多孔性のためにフィルタ−としても好適であ
る。
【0012】
【実施例】〔実施例1〕超高分子量ポリエチレン粉末
(分子量約500万、融点135℃)100重量部と酸
化チタン微粒子(石原テクノ社製ST−01)10重量
部とをヘンシェルミキサ−で10間混合し、この混合物
を金型に充填し180℃で加熱圧縮し、更に冷却して気
孔率がほぼ0の成形体を得、この成形体を旋盤で厚さ5
00μmのシ−ト状に切削して光触媒作用を有する実質
的に無孔の超高分子量ポリエチレンシ−トを得た。 〔比較例1〕超高分子量ポリエチレン粉末に代えエチレ
ン・酢酸ビニル共重合体粉末を用いて焼結法により気孔
率がほぼ0の成形体を得、この成形体を旋盤で厚さ50
0μmのシ−ト状に切削して光触媒作用を有する実質的
に無孔のエチレン・酢酸ビニル共重合体シ−トを得た。
【0013】これらの実施例品及び比較零品のそれぞれ
について、密閉した環境下に成形体を静置し、アセトア
ルデヒドを濃度1000ppm(a)で注入したのち、
紫外線を強度3mW/cm2で照射し、所定時間経過時
(60分経過時及び180分経過時)のアセトアルデヒ
ド濃度c及び所定時間経過時のブランク値b(所定時間
経過時の成形体を入れていない状態でのアセトアルデヒ
ド濃度)をそれぞれ測定し、浄化率x〔所定時間経過時
の浄化率x=(b−c)×100%/a〕を求めたとこ
ろ、次の通りであった。
【0014】 60分経過時の浄化率(%) 180分経過時の浄化率(%) 実施例1 30 77 比較例1 5 10
【0015】この実施例と比較例との浄化率の顕著な差
異から、本発明では酸化チタン微粒子混合樹脂成形体の
樹脂に酸化チタン微粒子との接着性に劣る超高分子量ポ
リエチレンを使用したため、成形冷却時に樹脂と酸化チ
タン微粒子との界面に作用する引張り応力で界面剥離が
生じ、界面に微小間隙が発生し、この微小間隙に空気が
出入りして空気と酸化チタン微粒子との接触面積が増
し、光触媒作用が促進されるとの既述の推定が裏付けら
れる。
【0016】〔実施例2〕実施例1に対し、酸化チタン
微粒子に代え酸化チタン微粒子混合マイクロカプセル化
酸化チタン〔ゼオライトと酸化チタンとの混合物を多孔
性シリカでコ−ティングした山村硝子社製品、平均粒径
6〜7μm〕を使用した以外、実施例1に同じとした。 〔実施例3〕超高分子量ポリエチレン粉末(分子量約5
00万、融点135℃)100重量部と酸化チタン微粒
子(石原テクノ社製ST−01)5重量部とをヘンシェ
ルミキサ−で10間混合し、この混合物を金型に充填し
130℃で加熱後圧縮して多孔予備成形体を得、更に1
60℃で焼結し冷却して多孔質焼結体を得、この成形体
を旋盤で厚さ500μmのシ−ト状に切削して光触媒作
用を有する気孔率が30%の超高分子量ポリエチレンシ
−トを得た。 〔実施例4〕実施例3に対し、酸化チタン微粒子に代え
酸化チタン微粒子混合マイクロカプセル化酸化チタン
〔ゼオライトと酸化チタンとの混合物を多孔性シリカで
コ−ティングした山村硝子社製品、平均粒径6〜7μ
m〕を使用した以外、実施例3に同じとした。 〔比較例2〕酸化チタン微粒子の添加量を0.5重量部
とした以外、実施例3に同じとした。 〔比較例3〕酸化チタン微粒子の添加量を30重量部と
した以外、実施例1に同じとした。 〔比較例4〕酸化チタン微粒子の添加量を20重量部と
した以外、実施例3に同じとした。
【0017】これらの実施例2〜4及び比較例2と3に
ついて、上記した浄化率及び引張り強度を測定したとこ
ろ、次の通りであった。ただし、引張り強度(kgf/cm2)
は、25℃での雰囲気中、JIS K6301規定のダンベル1
号型で打ち抜き、テンシロン引張り試験機で引張り速度
100mm/minで破断するときの引張り力yを測定
し、試料の断面積をsとしてy/sで求めた。
【0018】
【表1】
【0019】実施例1と実施例3との対比から、多孔化
することにより酸化チタン微粒子による酸化・分解作用
を一層に増加できること、比較例2から酸化チタン微粒
子の添加量が僅かではさしたる分解作用が得られないこ
と、比較例3(比較例4)から酸化チタン微粒子の添加
量が余り多いとシ−ト成形上限界があること等が明らか
である。
【0020】
【発明の効果】本発明に係る超高分子量ポリエチレン成
形体においては、超高分子量ポリエチレンと酸化チタン
微粒子との界面に微細間隙が存在し、その間隙への空気
の出入りにより空気と酸化チタン微粒子との効果的な接
触が期待され、その空気中有機物等に対する活性酸化チ
タン微粒子の酸化分解効率を向上できる。従って、超高
分子量ポリエチレン成形体に本来の優れた耐摩耗性、耐
薬品性、耐衝撃性、低摩擦係数等の特性に加え優れた難
汚損性、抗菌性、消臭性等を付与でき、超高分子量ポリ
エチレン成形体の利用分野を拡大できる。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光触媒作用を有する酸化チタン微粒子を混
    合したことを特徴とする超高分子量ポリエチレン成形
    体。
  2. 【請求項2】成形体がシ−ト状である請求項1記載の超
    高分子量ポリエチレン成形体。
  3. 【請求項3】酸化チタン微粒子が多孔性シリカで被覆さ
    れている請求項1または2記載の超高分子量ポリエチレ
    ン成形体。
  4. 【請求項4】光触媒作用を有する酸化チタン微粒子と超
    高分子量ポリエチレン粉体との混合物を焼結成形するこ
    とを特徴とする超高分子量ポリエチレン成形体の製造方
    法。
  5. 【請求項5】光触媒作用を有する酸化チタン微粒子と超
    高分子量ポリエチレン粉体との混合物を焼結成形し、こ
    の焼結体をシ−ト状に切削することを特徴とする超高分
    子量ポリエチレン成形体の製造方法。
  6. 【請求項6】酸化チタン微粒子に、多孔性シリカを被覆
    した酸化チタン微粒子を用いる請求項4または5記載の
    超高分子量ポリエチレン成形体の製造方法。
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