JPS60163938A - 微細多孔質ポリエチレンの製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 熱材は、静止した空気の熱伝導率が限界となっている在
来の断熱材とは異り、その限界より低い熱伝導率となる
ことが気体分子運動論によシ理論的に導かれており、画
期的な高性能断熱材となシうる。

従来、ポリエチレン多孔質材料の製造法としては板状の
高分子量ポリエチレンを融点附近の温度で一軸または二
軸延伸する方法及びポリエチレンを有機溶媒に溶解した
のち溶媒を蒸発させる方法がある。しかしそれらの方法
では、気孔の大きさが比較的大きくその大きさの分布も
広いこと、その大きさを制御することが困難なこと及び
空孔率が比較的小さいことなどの欠点がある。

本発明は従来法の持つ問題を解決する手段を提供するも
のであって、気孔形成材を用いることにより微細でしか
も大きさの制御された気孔を形成できる点で著しい特長
がある。

本発明による微細多孔質材側の製造法について説明する
。まず、基材として用いるポリエチレン高い直鎖状重合
物であって、重量平均分子量が１０’ないし５Ｘ１０５
の重合物が適している。気孔形成材は炭素数６ないし２
０のアルキル基を含む化合物であり、脂肪酸の多価金属
塩例えばヌテアリン酸カルシウムとか、非イオン界面活
性剤例えばポリオキシエチレン・ヌテアリル・エーテル
などが適している。気孔形成材はポリエチレン１００部
に対し０．５ないし１０の範囲で用いる。溶媒はポリエ
チレン及び気孔形成材を溶解できる有機溶媒であって例
えば流動パラフィン、テトラリン々どが適している。溶
媒はポリエチレン１００部に対して５０ないし１０００
部の範囲で用いる。

ポリエチレン、気孔形成材及び溶媒をミキサーまたはス
クリュー形押出機などを用いて混練する。

混練はポリエチレン及び気孔形成材の溶融温度以上で均
質になるまで行う。均質に混練された濃厚な溶液を押出
機などを用いて板状に押し出したのち、ポリエチレンが
結晶化し気孔形成材が凝集してミセルを形成する温度ま
で冷却する。これによ板状物は圧延用ロールまたは引張
延伸機を用いて厚さが延伸前の０．５ないし０．０２５
倍になるまで延伸される。延伸温度は６０ないし１２０
℃が適している。板状延伸物はそれに含まれる溶媒を蒸
発させるかまたは溶媒を易揮発性の有機溶媒で抽出した
のち、延伸物中に残存する易揮発性溶媒を蒸発させる。

これらの一連の工程によってポリエチレン微細多孔質材
料が製造される。

本発明によるポリエチレンのｓｉｘ孔の形成過程につい
て詳述する。ポリエチレン、気孔形成材及び溶媒の混練
時にはポリエチレンは溶解し溶媒中に分子分散している
。気孔形成材のうち非イオン界面活性剤は親水基を内側
にアルキル基を外側にして凝集しミセｐを形成し溶媒中
に分散している。また金属石けんでは金属部を内側にア
ルキル基を外側にしてミセルを形成して溶媒中に分散す
るかまたは金属石けん分子が溶媒中に分子分散している
。混線物を板状に成形後冷却固化することによシポリエ
チレンは、厚さが１０〜２０ｎｍ程ゴ■冒１層状に結晶
化し、その過程で薄層の間隙に（５） ミセル状気孔形成材と溶媒を排出する。

このようにして冷却固化した成形物中では多数のポリエ
チレンの薄層結晶が乱雑に配置している。

ポリエチレン薄層結晶間の平均距離は溶媒及び気孔形成
材の量によって決まる。気孔形成材で構成されるミセル
の大きさは気孔形成材の分子量が関係しており通常１〜
ｌＱｎｍ程度の粒径となる。

従って薄層間の距離はミセルの粒径より大きくし、これ
を収容できることが必要であり、これによって溶媒の最
低必要量が決まる。

板状成形物を延伸するとポリエチレン薄層結晶は層が延
伸方向に配向し、それ以上延伸すると薄層が塑性変形に
よりさらに薄くなる。板状成形物は延伸が僅かであると
延伸後に弾性回復が起シ配向度が低下するので不適当で
あり、また高度に延伸すると材料が破断するので不適当
である。

延伸後溶媒を除去することにより薄層結晶間距離は減少
し、板状延伸物は収縮するが、配向のため収縮は主とし
て板状延伸物の厚さ方向に起る。

薄層結晶は層間に点在する気孔形成材に支えられ（６） て、それ以上層間距離を減少することはなく、気孔形成
材の粒径で決まる、ある大きさの気孔を形成することに
なる。従って気孔形成材の種類及び分子量を選択するこ
とにより気孔の大きさすなわち層間距離を制御すること
が可能になる。図１はこの方法で得られた微細多孔質材
料の微細構造を模式的に示したもので、多数の配向した
薄層結晶Ａは気孔形成相Ｂに支えられて層間隙に気孔Ｃ
を形成している。

次に本発明によって得られたポリエチレン微細多孔質材
料の性質について説明する。ポリエチレン１００部に対
し溶媒の量を５０ないし１０００部、気孔形成材の量を
０．５ないし１０部用い、延伸比を２ないし４０とし、
さらに各種の気孔形成材を選択したとき、得られた多孔
質材料の性質は、見かけの密度が０．２７ないし０．’
１５ｆ／ｄ、平均気孔寸法が３ないし１３朋ｍ、気孔を
形成する固体表面の比表面積が８０ないし２’１Ｏｒｒ
？／ｌであった。

質材料は主として高性能断熱材としての利用を目的とし
たものである。すなわち微細気孔の寸法を空気分子の平
均自由行程である（３　Ｑ　ｎｍ以下とすることにより
断熱材の気孔を通しての熱伝導を静止した空気の熱伝導
率以下にすることができる。

またポリエチレンの薄２層状結晶を配向させることによ
り、ポリエチレンによる熱伝導を防止することができる
。このように微細気孔の形成と材料の配向によって断熱
材の性能を向上させることが本発明の特徴である。

実施例１ 重量平均分子量１０５の直鎖状ポリエチレン粉末１００
部に流動パラフィン１５０部及び非イオン界面活性剤（
ポリオキシエチレン・ステアリμ・エーテル、Ｉ（Ｔ、
Ｂ　１０．７　）　１０部を１５０’Ｃに加熱した混合
機により１０分間混練し、これを厚さ１ｍの板状に成形
した。板状物を１１０℃の温度に加熱した圧延ロールに
より圧延して０．０８朋の厚さのフィルムを得た。これ
をヘキサンに浸して超音波洗浄機で１０分間処理し、室
温で風乾した。

（８） 得られたフィルムは見かけの比重が０．５６ｆ／ｃＪ、
比表面積が２６８ｔｔ？／ｆ、平均気孔寸法が３．（ｉ
ｎｍであった。気孔寸法の分布を図２の曲線Ａに示す。

実施例２ 実施例１と同じポリエチレン１００部を用い、パラフィ
ン１００部に非イオン界面活性剤（実施例１と同じ物質
）２部を混練して実施例１と同じ方法テ０．８　ｔｓｍ
のフィルムを得た。このフィルムは見かけの比重が０．
６５ｆ／ｃｄ、比表面積が１７０ｎ？／２、平均気孔寸
法が４，９部ｍであった。気孔寸法の分布を図２の曲線
Ｂに示す。

実施例３ 実施例１と同じポリエチレン１００部を用い、パラフィ
ン１３０部に金属石けん（ステアリン酸カルシウム）２
部を混練して実施例１と同じ方法で０．３ｆｌのフィル
ムを得た。このフィルムは見かけの比重が０．５９ｆ／
ｄ、比表面積が１２２ｔｒ？／ｆ。

平均気孔寸法が４．５部ｍであった。気孔寸法の分布を
図２の曲線Ｃに示す。なお曲線りは未圧延物を示す。

（９）

【図面の簡単な説明】

図１は本発明により製造されたポリエチレン微細多孔質
材料の微細構造の模式図である。 図２は気孔寸法の積分分布を示したもので生卵は各曲線
の平均値を意味している。 （１０） ２１ 図２ 気孔寸法（ｎｍ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　ポリエチレン、溶媒及び気孔形成材を混練した
   のち板状に成形し、さらに該成形物を延伸したのち溶媒
   を除去することを特徴とする微細多孔質ポリエチレンの
   製造法。 （２）ポリエチレンは重量平均分子量が１０４ないし５
   　Ｘ　１（１’であり、室温における比重が０．９４以
   上である特許請求の範囲第１項記載の製造法。 （８）溶媒は該ポリエチレンを溶解できる有機溶媒及び
   それらの混合物から選択され、その使用量はポリエチレ
   ン１００部に対し５０ないし１０００部の範囲とする特
   許請求の範囲第１項記載の製造法０ （４）気孔形成材は炭素数６ないし２０のアルキル基を
   含む化合物であり、脂肪酸の多価金属塩すなわち金属石
   けん、脂質にポリエチレングリコ−それらの混合物から
   成る群から選択され、その使用量はポリエチレン１００
   部に対し０．５ないし１０部の範囲とする特許請求の範
   囲第１項記載の製造法。 （５）混練はポリエチレン及び気孔形成材の溶融温度以
   上で行うこととし、板状への成形においてポリエチレン
   及び気孔形成材が凝集する温度以下に冷却するものとす
   る特許請求の範囲第１項記載の製造法。 （６）延伸は成形物を引張、圧延またはその併用による
   ものとし、厚さが延伸前の０．５ないし０．０２５倍に
   なるまで伸長するものとする特許請求の範囲繊維状のポ
   リエチレンの間隙に気孔を設けるものであり、さらにそ
   の気孔の大きさが微細で自由に調節できることを特徴と
   する多孔質材料の製造法