KR20230010688A - 개선된 팽창 성능을 갖는 초고분자량 폴리에틸렌 분말 - Google Patents

Abstract

본 발명은 ISO 9277(2010)에 따라 측정된 ≥ 0.50 m²/g의 BET 비표면적을 갖는 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 분말에 관한 것이다. 이러한 UHMWPE 분말은 감소된 팽창 기간 내 적당한 온도에서 원하는 팽창 비로 분말을 포함하는 겔 용액이 제조될 수 있게 한다.

Description

개선된 팽창 성능을 갖는 초고분자량 폴리에틸렌 분말

본 발명은 겔 방사 기술을 통한 고강도 폴리에틸렌 섬유의 제조에 사용하기 위한, 개선된 특성을 갖는 초고분자량 폴리에틸렌에 관한 것이다. 본 발명은 또한 초고분자량 폴리에틸렌 겔의 생산 공정에 관한 것이다.

본 발명의 맥락에서, 초고분자량 폴리에틸렌은 UHMWPE로도 지칭된다. 당업계에 공지되고 일반적으로 사용되는 바와 같이, UHMWPE는 1,000,000 g/mol 초과의 분자량을 갖는 폴리에틸렌이다. 예를 들어, 본 발명에서와 같은 UHMWPE는 ASTM D4020(2011)에 따라 측정된, 예를 들어, ≥ 2.0ㆍ10⁶ g/mol의 점도-평균 분자량(M_V)을 가질 수 있다.

본원에서 UH 분말로도 지칭된 UHMWPE 분말은 특히 섬유의 제조에 사용된다. UHMWPE 분말로부터 생산되는 섬유는 전형적으로 매우 높은 강도를 나타내며, 이러한 높은 강도 덕분에 전형적으로 고성능 섬유로 사용된다. 이러한 고성능 섬유의 예로는 하중 또는 힘을 견디는 섬유가 있다. 이러한 섬유의 적용은 예를 들어, 낚싯줄에서와 같은 단 섬유의 적용, 예를 들어 어망에서, 그리고 해양 수중 구조를 고정하기 위한 로프에서와 같은 다중 섬유로 구성된 로프 및 네트에서의 적용, 필터용 천과 같은 비-직조 직물에서의 적용, 및 예를 들어, 충격-흡수 복합재에 사용된 충격 흡수 직조 구조와 같은 직조 직물에서의 적용을 포함한다.

이것들의 강도에 더하여, 본원에서 UH 섬유로도 지칭된 UHMWPE로부터 생산된 섬유는 또한 섬유의 강도에 관하여 매우 낮은 중량을 나타내며, 특히 불활성이다. 또한, 이러한 섬유는 이것들의 특성에 대한 온도의 영향을 거의 나타내지 않는다. 특히 이러한 이유로, UH 섬유는 특히 많은 용도에 매력적이며 많이 사용된다.

UH 섬유의 제조는 방사 공정을 통해 수행될 수 있다. 그러나, UHMWPE 중합체의 고분자량으로 인해, 이러한 방사는 통상적인 용융 방사 공정을 통해서는 수행될 수 없는데, 용융 방사 공정에서는 섬유 내로 방사될 재료가 이의 융점 이상으로 가열되고 개구, 전형적으로 원통형 개구를 통과하며 특정 신장 도로 신장되고 융점 이하로 냉각되어 재료가 섬유내에 고화된다. 상기 표시된 바와 같은 분자량의 UHMWPE 중합체 재료에 이러한 공정이 실시될 때, 한편으로는 개구의 통과가 불가능하도록 점도를 유지할 뿐만 아니라, 고온 노출로 인한 분해가 발생할 수 있다.

일반적으로, UH 분말로부터의 UH 섬유의 생산은 겔 방사 공정을 통해 수행된다. 이러한 공정에서, 용매는 겔 방사 용액이 형성되게 하는 정도로 분말 입자를 용해시키는 데 사용되며, 겔 방사 용액은 후속적으로 개구를 통과하고 신장되어 섬유를 형성한다. 용매를 후속적으로 제거함으로써, 겔 형성 및 방사 공정의 조건에 따라 바람직한 특정 재료 특성을 갖는 섬유가 얻어진다.

신속하고 효과적인 겔 방사 공정을 보장하기 위해서는, 겔 방사 용액의 제조가 최적으로 수행되는 것이 가장 중요하다. 이러한 겔 방사 용액의 제조는, UH 분말이 팽창되는 제1 단계에 이어 용해되는, 두 단계를 포함한다.

팽창 단계 동안, UHMWPE의 중합체 사슬을 통해 용매의 확산이 일어난다. 이러한 확산에 의해, 중합체 사슬 간의 거리가 증가하여, 분자가 겔 유형의 물체(body of matter)를 형성함에 따라 분자 간 물리적 결합이 감소할 것이다. 이러한 겔 유형의 물질에 성형 공정과 같은 물리적 가공이 실시되어, 고체 UHMWPE 분말 물질이, 겔 방사 공정에서 나타나는 것과 같은 특정의 원하는 형상으로 전환되게 할 수 있다.

이 팽창 단계에서는, 중합체 사슬 간 용매 확산을 성취하는 데 필요한 시간이 가능한 한 짧아야 하며, 이는 특히 공정 경제성의 최적화에 기여한다. 추가 목표는 중합체 사슬 사이에서 바람직하게는 많은 양의 용매가 확산될 수 있게 하는 것인데, 이는 방사 공정 동안 겔의 개선된 가공, 및 더욱 균질한 용액에 기여하는 것으로 여겨진다.

본 발명자들은, ISO 9277(2010)에 따라 측정된 ≥ 0.50 m²/g의 BET 비표면적을 갖는 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 분말을 이제 개발하였다.

이러한 UHMWPE 분말은 감소된 팽창 기간 내 적당한 온도에서 원하는 팽창 비로 분말을 포함하는 겔 용액의 제조를 허용한다. 이러한 온도 및 감소된 시간 조건 하에서 이러한 원하는 팽창 비를 갖는 이러한 겔 용액을 제조할 수 있다는 것은, UHMWPE 중합체 분자의 분해를 감소시키고, 그 결과 UHMWPE 분말의 겔 용액을 사용하여 생산되는 섬유의 품질을 개선시키는 데 기여하는 것으로 여겨진다. 이러한 UHMWPE 분말은 감소된 양의 피브릴화 단편을 나타내므로, 분자 간 영역에서 용매가 더 잘 흡수될 수 있게 하는 것으로 여겨진다.

UHMWPE 분말의 BET 비표면적이 ≥ 0.60 m²/g, 더욱 바람직하게는 ≥ 0.70 m²/g인 것이 특히 바람직하다. 바람직하게는, UHMWPE 분말의 BET 비표면적은 ≥ 0.50 및 ≤ 2.00 m²/g, 더욱 바람직하게는 ≥ 0.60 및 ≤ 1.50 m²/g, 더욱 더 바람직하게는 ≥ 0.70 및 ≤ 1.50 m²/g이다.

본 발명에 따른 UHMWPE 분말은 예를 들어, 슬러리 중합 공정을 통해 제조될 수 있고, 슬러리 중합 공정에서 에틸렌 및 선택적으로 α-올레핀 공단량체를 포함하는 반응 혼합물이 촉매의 존재 하에 중합 조건에 노출된다. 반응 혼합물은 에틸렌으로 구성될 수 있거나, 예를 들어 1-부텐, 4-메틸-1-펜텐, 1-헥센 및 1-옥텐과 같은 α-올레핀 공단량체 및 에틸렌을 포함할 수 있다. 예를 들어, 반응 혼합물은 에틸렌, 및 ≥ 0.01 및 ≤ 10.00 mol%의 α-올레핀 공단량체, 바람직하게는 ≥ 0.01 및 ≤ 2.00 mol%의 α-올레핀 공단량체로 구성될 수 있다. α-올레핀 공단량체는 바람직하게는 1-부텐, 4-메틸-1-펜텐, 1-헥센 및 1-옥텐, 특히 바람직하게는 1-부텐 및 1-헥센으로부터 선택된다.

슬러리 중합 공정은 20℃ 내지 200℃, 바람직하게는 20℃ 내지 120℃, 더욱 바람직하게는 60℃ 내지 100℃의 온도에서 바람직하게 작동된다. 슬러리 중합 공정은 바람직하게는 0.2 내지 4 MPa의 압력에서 작동된다. 바람직하게는, 슬러리 중합 공정은 0.2 내지 4 MPa의 압력에서 60℃ 내지 100℃의 온도에서 작동된다.

슬러리 중합 공정은 반응 혼합물용 희석제의 사용을 바람직하게 포함한다. 이러한 희석제는 예를 들어, 알칸, 사이클로알칸, 및 알킬 방향족 화합물, 예컨대, 예를 들어 프로판, 이소부탄, 펜탄, 헥산, 헵탄, n-옥탄, 이소-옥탄, 사이클로헥산, 메틸사이클로헥산, 톨루엔, 크실렌, 에틸벤젠, 이소프로필벤젠, 에틸톨루엔, n-프로필벤젠 및 디에틸벤젠으로부터 선택된 화합물일 수 있다. UHMWPE의 생산을 위한 슬러리 중합 공정에 사용하기 위한 희석제의 특히 적합한 예는 헥산이다.

UHMWPE의 생산을 위한 슬러리 중합 공정은 촉매의 사용을 포함한다. 이러한 촉매는 예를 들어, 지글러-나타 계열 촉매의 촉매일 수 있거나, 단일-자리(single-site) 촉매일 수 있다. 예를 들어, 적합한 촉매는 Mg(OC₂H₅)₂와 같은 유기 마그네슘 화합물, 및 Ti(OC₄H₉)₄와 같은 유기 티타늄 화합물을 포함하는 탄화수소 용액의 반응 생성물을 포함하는 촉매일 수 있고, 이 때 용액은 알루미늄 트리클로라이드, 에틸 알루미늄 디브로마이드, 에틸 알루미늄 디클로라이드, 프로필 알루미늄 디클로라이드, n-부틸 알루미늄 디클로라이드, 이소부틸 알루미늄 디클로라이드, 디에틸 알루미늄 클로라이드, 및 디이소부틸 알루미늄 클로라이드, 및 할로-규소 화합물, 예컨대 SiCl₄로부터 선택된 할로-알루미늄 화합물을 포함한다.

UHMWPE는 예를 들어, ISO 1628-3(2010)에 따라 측정된 ≥ 10.0 dl/g, 바람직하게는 ≥ 10.0 및 ≤ 40.0 dl/g의 고유 점도(IV)를 가질 수 있다. 특히 바람직하게는, UHMWPE는 ≥ 20.0 dl/g, 더욱 바람직하게는 ≥ 20.0 및 ≤ 40.0 dl/g의 IV를 갖는다. UHMWPE가 ASTM D4020(2011)에 따라 측정된 ≥ 2.0ㆍ10⁶ g/mol, 더욱 바람직하게는 ≥ 2.0ㆍ10⁶ 및 ≤ 10.0ㆍ10⁶ g/mol의 점도-평균 분자량(M_V)을 갖는 것이 더욱 바람직하다.

UHMWPE는 예를 들어, ASTM D792(2008)에 따라 측정된 ≥ 920 및 ≤ 975 kg/m³, 바람직하게는 ≥ 920 및 ≤ 960 kg/m³, 더욱 바람직하게는 ≥ 920 및 ≤ 940 kg/m³의 밀도를 가질 수 있다. UHMWPE 분말은 예를 들어, ISO 60(1977)에 따라 측정된 ≥ 300 kg/m³, 바람직하게는 ≥ 300 및 ≤ 600 kg/m³, 더욱 바람직하게는 ≥ 400 및 ≤ 550 kg/m³, 더욱 더 바람직하게는 ≥ 450 및 ≤ 550 kg/m³의 부피(bulk) 밀도를 가질 수 있다.

UHMWPE 분말은 ISO 13320(2009)에 따라 측정된 ≤ 250 μm, 바람직하게는 ≥ 100 및 ≤ 250 μm, 더욱 바람직하게는 ≥ 100 및 ≤ 200 μm, 더욱 더 바람직하게는 ≥ 100 및 ≤ 175 μm의 평균 입자 크기 D₅₀을 갖는다.

본 발명의 특정 실시양태에서, 본 발명은 또한 UHMWPE 겔 용액의 제조 공정에 관한 것으로, 여기서 공정은 다음의 단계들을 이 순서대로 포함한다:

(a) 일정량의, 본 발명에 따른 UHMWPE 분말을 제공하는 단계;

(b) 일정량의 용매를 제공하는 단계; 및

(c) 100 내지 150℃의 온도에서 10 내지 25분의 기간 동안 (a)와 (b)를 혼합하여 팽창 단계를 수행하는 단계.

바람직하게는, 용매는 테트랄린, 데칼린, 등유 및 파라핀 오일로부터 선택된다. 용매가 파라핀 오일 또는 데칼린인 것이 특히 바람직하다.

UHMWPE 분말이, 합한 UHMWPE 분말 및 용매의 총 중량의 ≥ 5.0 및 ≤ 30.0 중량%, 더욱 바람직하게는 ≥ 5.0 및 ≤ 20.0 중량%를 차지하는 것이 또한 바람직하다. UHMWPE 겔 용액의 제조가 120℃ 내지 140℃, 바람직하게는 120℃ 내지 130℃의 온도에서 수행되는 것이 바람직하다. 팽창 단계가 10분 내지 20분의 기간 동안 수행되는 것이 바람직하다.

본 발명은 또한 본 발명에 따른 UHMWPE 분말을 포함하는 겔 용액에 관한 것이다. 겔 용액은 이 겔 용액의 총 중량에 대하여 ≥ 5.0 및 ≤ 30.0 중량%, 더욱 바람직하게는 ≥ 5.0 및 ≤ 20.0 중량%의 UHMWPE 분말을 포함하는 것이 바람직하다. 특히 바람직하게는, 겔 용액은 테트랄린, 데칼린, 등유 및 파라핀 오일로부터 선택된 용매, 및 UHMWPE 분말을 포함하는 계이다.

본 발명에 따른 겔 용액 내 UHMWPE 분말은 예를 들어, 분말이 적어도 3.0, 바람직하게는 ≥ 3.0 및 ≤ 5.0의 팽창 비 Q를 갖도록 흡수된 양의 용매를 포함할 수 있고, 여기서 팽창 비는 팽창 단계가 실시된 후의 UHMWPE 분말의 중량 대(vs.) 팽창 단계 이전의 UHMWPE 분말의 중량의 비를 나타낸다.

본 발명은 또한 특정 실시양태에서 다음의 단계들을 이 순서대로 포함하는 겔-방사된 UHMWPE 섬유의 생산 공정에 관한 것이다:

(i) 압출기에서 본 발명에 따른 겔 용액을 처리하는 단계;

(ii) 방사구(spinneret)를 통해 겔 용액을 압출하여 방사된 필라멘트를 얻는 단계;

(iii) 방사된 필라멘트를 냉각하여 용매-함유 겔 필라멘트를 얻는 단계;

(iv) 용매-함유 겔 필라멘트로부터 용매를 제거하여 UHMWPE 필라멘트를 얻는 단계; 및

(v) UHMWPE 필라멘트를 80 내지 150℃의 온도에서 연신하여 UHMWPE 섬유를 얻는 단계.

연신 단계 (v)는 예를 들어, 단일 연신 단계로, 2개의 연속적인 연신 단계로, 또는 3개의 연속적인 연신 단계로 수행될 수 있고, 연속적인 연신 단계에서 온도는 각각의 후속 단계에서 증가되며, 바람직하게는 연신 단계(v)는 제1 단계에서의 온도가 80℃ 내지 100℃이고 제2단계에서는 100℃ 내지 120℃, 및 제3 단계에서는 110℃ 내지 150℃인 3개의 연속적인 연신 단계로 수행된다.

압출기는 이축 압출기인 것이 바람직하고, 바람직하게는 이축 압출기에서의 압출은 250℃ 내지 300℃, 바람직하게는 260℃ 내지 290℃의 온도에서 수행된다. 연신은 예를 들어, 연속 작동식 오븐에서 수행될 수 있고, 오븐에서 단계(iv)로부터 수득된 UHMWPE 필라멘트에 섬유 내 분자의 배향을 유도하기 위해 열 및 신장력(stretching force)이 가해진다. 예를 들어, 신장력은, 연신 단계(v)가 실시된 후의 섬유의 중량 단위의 길이 대 단계(v)가 실시되기 이전의 섬유의 그 중량 단위의 길이의 비인 것으로 이해되는 연신 비가 ≥ 20, 바람직하게는 ≥ 20 및 ≤ 80, 더욱 바람직하게는 ≥ 30 및 ≤ 50이게 하는 것일 수 있다.

본 발명은 또한 본 발명에 따른 UHMWPE 분말, 본 발명에 따른 겔 용액, 또는 본 발명에 따른 공정을 사용하여 생산된 UHMWPE 섬유에 관한 것이다. 본 발명은 또한 UHMWPE 섬유를 포함하는 물품, 예컨대 섬유, 로프, 네트, 비-직조 직물, 직조 직물, 및 이러한 직조 직물을 포함하는 복합재를 포괄한다.

추가의 또 다른 실시양태에서, 본 발명은 120℃ 내지 140℃의 주어진 온도에서 3.0의 팽창률을 성취하기 위해 팽창 시간을 줄이도록 ISO 9277(2010)에 따라 측정된 ≥ 0.50 m²/g의 BET 비표면적을 갖는 UHMWPE 분말의 용도에 관한 것이다.

본 발명은 이제 다음의 비제한적인 실시예에 의해 설명될 것이다.

본 발명에 따른 UH 분말의 제조

UH 분말을 제조하기 위한 촉매를 아래에 제시된 바와 같은 방법에 따라 제조하였다.

교반기, 적하 깔때기 및 물 냉각기가 장착된 3 l 둥근 바닥 플라스크에, 고체로 185 g의 Mg(OC₂H₅)₂(1.62 mol), 및 액체로 275 ml의 Ti(OC₄H₉)₄(0.799 mol) 둘 모두를 실온(20℃)에서 첨가하였다. 적하 깔때기에 2792 ml의 헥산을 채웠다. 둥근 바닥 플라스크 내 Mg(OC₂H₅)₂와 Ti(OC₄H₉)₄의 혼합물을 180℃의 온도까지 가열하고, 300 rpm으로 1.5시간 동안 교반하였다. 투명한 액체를 얻었다. 그 다음, 혼합물을 120℃까지 냉각시켰다. 용액을 120℃의 온도에서 유지하면서 헥산을 천천히 첨가하였다. 용액에 헥산을 완전히 첨가한 후, 용액을 실온까지 냉각시켰다. 전구체 부가물을 포함하는 생성된 용액을 질소 하에 저장하였다.

1 l 배플 유리 반응기에, 400 ml 헥산, 17.3 ml SiCl₄(151 mmol) 및 헥산 중 50 중량% 에틸알루미늄 디클로라이드(EADC)(12 mmol) 3.5 ml를 첨가하였다. 반응기를 1700 rpm으로 교반하였다. 이 혼합물에, 교반 속도를 1700 rpm으로 유지하면서, 헥산 중의 위에서 얻은 용액 200 ml(헥산 중의 20 중량% 전구체, 50 mmol에 상응함)를 4시간의 기간 동안 반응기에 첨가하였다. 그 후, 현탁액을 1700 rpm으로 교반을 유지하면서 69℃의 헥산 비점에서 2시간 동안 환류시키고, 그 후 이것을 250 rpm으로 교반하면서 20℃까지 냉각시켰다. 얻어진 촉매 슬러리를 P4 필터로 여과하고, 매회 500 ml의 헥산으로 6회 세척하였다. 생성된 촉매는 3.80 μm의 평균 입자 크기 D₅₀ 및 1.00의 스팬(span)을 갖는다.

위와 같이 제조된 촉매를 사용하여, 에틸렌 중합 실험을 수행하여 본 발명에 따른 UH 분말을 얻었다. 희석제인 헥산을 사용하여 부피의 75%까지 채워진 연속적으로 작동되는 20 l CSTR 반응기에서, 에틸렌을 중합시켰다. 반응기의 가스 캡 내 농도를 가스 크로마토그래피로 모니터링했다. 반응기 내 액체/중합체 슬러리의 수위는 구성 반응물의 토출 량과 빈도, 및 공급을 조절하여 유지하였다. 반응기를 아래의 표에 제시된 중합 온도까지 가열하였다. 촉매를 일정하게 투여하면서 연속 흐름 하에 에틸렌을 제공하여 중합을 개시하였다. 반응된 단량체의 양 당 제공된 촉매의 양을 조절함으로써, 얻어진 UH 분말 생성물의 촉매 수율 및 중합체 입자 크기를 조정할 수 있다. 촉매는 약 140 내지 160 μm의 중합체 입자 크기 D₅₀가 얻어지게 하는 그러한 양으로 제공되었다. 반응 동안, 반응기의 내용물을 950 rpm으로 교반하였다. 트리이소부틸 알루미늄을, 반응기의 출구 슬러리 내 알루미늄 농도가 40 ppm으로 유지되게 하는 양으로 반응기에 첨가하였다. 슬러리 내 방오제(Statsafe 6633)의 농도가 80 ppm으로 유지되게 하는 양으로 방오제를 반응기에 연속적으로 첨가하였다.

본 발명의 실시예의 중합 실험 및 이들 실험의 결과로 생산된 UH 분말의 특성이 다음의 표에 제공되어 있다.

상기 표에서,

· UH 분말의 부피 밀도는 ISO 60(1977)에 따라 측정되었고;

· 밀도는 ASTM D792(2008)에 따라 측정되고;

· 평균 입자 크기 D₅₀은 ISO 13320(2009)에 따라 측정된 UH 분말 입자의 평균 입자 크기이고;

· 신장 응력(elongational stress)은 ISO 11542-2(1998)에 따라 150℃에서 10분의 기간에 걸쳐 측정되었다. 신장 응력은, 측정을 시작한 후 10분 이내에 적절한 열 전달 매체 중에서 150℃의 온도에서 시험할 재료의 시험 막대를 정확히 600%까지 신장시키는 데 필요한 응력으로 이해된다. 신장 응력 측정을 위해, 각 실험의 UH 분말을 ISO/CD 11542-2.4에 따라 210℃에서 압축 성형한 후 시험 시료(test specimen)을 펀칭하여 시험 시료로 성형했다. 이렇게 얻은 시료를 ISO 11542-2(1998)의 부록 A에 따라 시험하였다.

· 본 발명에 따라 제조된 분말을 분석하여 고유 점도 및 BET 표면적을 확인하였다. 고유 점도(IV)는 ISO 1628-3(2010)의 방법에 따라 측정하였다. BET 표면적(BET)은 ISO 9277(2010)의 방법에 따라 측정하였다. 실시예의 UH 분말의 특성이 아래의 표에 나타나 있다.

또한, 다수의 상업적인 UH 분말을 비교예로 사용하여 본 발명의 효과를 입증하였으며, 이에 대한 분석이 아래의 표에 나타나 있다.

상기 표에서, C-1은 Shanghai Lianle로부터 얻을 수 있는 SLL-4 등급의 샘플이고; C-2는 Celanese로부터 얻을 수 있는 GUR4022 등급의 샘플이며; C-3은 Jiujiang Xinxing으로부터 얻을 수 있는 UH805 등급의 샘플이다.

상기 샘플 I-1 내지 I-3 및 C-1 내지 C-3을 팽창 실험에 사용하였다. UH 분말 샘플을, 각각의 경우에 150 ml 파라핀 오일을 함유하는 250 ml 3구 둥근 바닥 플라스크에 첨가하여, 오일 중 1 중량% UHMWPE의 농도에 도달하게 하였다. 사용된 파라핀 오일의 등급은 70번이었다.

둥근 바닥 플라스크를 기계적 교반기를 사용하여 일정하게 교반시키면서, 항온식 오일 조(bath)에서 아래의 표에 나타낸 바와 같은 온도까지 가열하였다. 팽창 기간 내내 온도를 유지하였다. 오일 내 UH 분말의 균질한 현탁액은(아래 표에서 분으로 표시된) 기간 t₁ 후에 흰색 플록(floc) 형태로 변화되었다. t₁은 플록 형성을 육안으로 관찰하여 결정하였다. 본 발명의 맥락에서, t₁은 팽창 시간을 나타낸다. 그 다음, 플라스크의 내용물을 Breitbart 깔때기에 부어 여분의 용매를 제거했다. 그 다음, 팽창된 UHMWPE의 중량을 W₁로 측정하였다. 그 다음, 팽창된 UHMWPE에 흡수된 채로 남아있는 용매를 초음파 조건 하에서 30분 동안 디클로로메탄으로 추출하였다. 3회의 추출 후, 추출된 UHMWPE 샘플을 4시간 동안 70℃에서 진공 오븐에서 건조시켰다. 그 다음, 건조된 UHMWPE 샘플의 무게를 재고 W₂로 기록했다. 팽창 비 Q는 방정식 Q = W₁/W₂에 의해 계산되었다.

Claims (15)

1. ISO 9277(2010)에 따라 측정된 ≥0.50 m²/g의 BET 비표면적을 갖는 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 분말.
2. 제1항에 있어서, UHMWPE가 ISO 1628-3(2010)에 따라 측정된 ≥ 10.0 dl/g의 고유 점도(IV)를 갖는 UHMWPE 분말.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, UHMWPE가 ASTM D4020(2011)에 따라 측정된≥ 2.0ㆍ10⁶ g/mol의 점도-평균 분자량(M_V)을 갖는 UHMWPE 분말.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, UHMWPE 분말이 ISO 13320(2009)에 따라 측정된 ≤ 250 μm, 바람직하게는 ≥ 100 및 ≤ 200 μm의 평균 입자 크기 D₅₀을 갖는 UHMWPE 분말.
5. UHMWPE 겔 용액의 제조 공정으로서,
   (a) 일정량의, 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 UHMWPE 분말을 제공하는 단계;
   (b) 일정량의 용매를 제공하는 단계; 및
   (c) 100 내지 150℃의 온도에서 10 내지 25분의 기간 동안 (a)와 (b)를 혼합하여 팽창 단계를 수행하는 단계를 이 순서대로 포함하는 제조 공정.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 UHMWPE 분말을 포함하는 겔 용액.
7. 제6항에 있어서, 겔 용액이 겔 용액의 총 중량에 대하여 ≥5.0 및 ≤20.0 중량%의 UHMWPE 분말을 포함하는 겔 용액.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 용액이 테트랄린, 데칼린, 등유 및 파라핀 오일로부터 선택된 용매, 및 UHMWPE 분말을 포함하는 계(system)인 겔 용액.
9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, UHMWPE 분말이, 분말이 적어도 3.0, 바람직하게는 ≥ 3.0 및 ≤ 5.0의 팽창 비 Q를 갖도록 흡수된 양의 용매를 포함하며, 팽창 비는 팽창 단계가 실시된 후의 UHMWPE 분말의 중량 대(vs.) 팽창 단계 이전의 UHMWPE 분말의 중량의 비를 나타내는 겔 용액.
10. 겔-방사된(gel-spun) UHMWPE 섬유의 생산 공정으로서,
    (i) 압출기에서 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 겔 용액을 처리하는 단계;
    (ii) 방사구(spinneret)를 통해 겔 용액을 압출하여 방사된 필라멘트를 얻는 단계;
    (iii) 방사된 필라멘트를 냉각하여 용매-함유 겔 필라멘트를 얻는 단계;
    (iv) 용매-함유 겔 필라멘트로부터 용매를 제거하여 UHMWPE 필라멘트를 얻는 단계; 및
    (v) UHMWPE 필라멘트를 80 내지 150℃의 온도에서 연신하여 UHMWPE 섬유를 얻는 단계를 이 순서대로 포함하는 생산 공정.
11. 제10항에 있어서, 연신 단계(v)가 단일 연신 단계로, 2개의 연속적인 연신 단계로, 또는 3개의 연속적인 연신 단계로 수행되고, 온도는 각각의 후속 단계에서 증가되며, 바람직하게는 연신 단계(v)는, 제1 단계에서의 온도가 80℃ 내지 100℃, 제2 단계에서는 100℃ 내지 120℃, 및 제3 단계에서는 110℃ 내지 150℃인 3개의 연속적인 연신 단계로 수행되는 생산 공정.
12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 압출기가 이축 압출기이고, 바람직하게는 압출이 250℃ 내지 300℃의 온도에서 수행되는 생산 공정.
13. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 UHMWPE 분말, 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 겔 용액, 또는 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 공정을 사용하여 생산된 UHMWPE 섬유.
14. 제13항에 따른 UHMWPE 섬유를 포함하는 물품으로서,
    물품이 섬유, 로프, 네트, 비-직조 직물, 직조 직물, 및 이러한 직조 직물을 포함하는 복합재로부터 선택되는 물품.
15. 120℃ 내지 140℃의 주어진 온도에서 3.0의 팽창률(swelling rate)을 성취하도록 팽창 시간을 줄이기 위한, ISO 9277(2010)에 따라 측정된 ≥ 0.50 m²/g의 BET 비표면적을 갖는 UHMWPE 분말의 용도.