KR960000939B1 - 초고분자량 폴리프로필렌의 연신성형체 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Description

초고분자량 폴리프로필렌의 연신성형체 및 그의 제조방법.

제1도는 차동주사 열량계로 측정한, 본 발명에 의한 초고분자량 폴리프로필렌연신 성형체의 융점(피크위치)을 나타내는 그래프.

본 발명은, 초고분자량 폴리프롤필렌의 고배향 연신성형체 및 그의 제조방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 특정의 물성을 갖는 신규한 초고분자량 폴리프로필렌 연신성형체 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 초고분자량 폴리프로필렌을 섬유 또는 테이프 등으로 형성하고, 이것을 연신함으로서, 고탄성률 및 고인장강도를 갖는 연신성형체를 얻는 것이 공지돼 있으며, 다수의 특허가 공개돼있다.

예를들면, 일본 특개소 56-15,408호 공보에는, 초고분자량 폴리프로필렌의 희박용액을 방사한 후, 얻어진 필라멘트를 연신하여 연신성형품을 제조하는 소위 “겔방사 초(超)연신법”에 관한 방법이 개시돼 있다.

미국 특허 4,413,110호와 동 특허 4,536,536호 공보에는, 비휘발성 용액을 사용하여 초고분자량 열가소결정성 중합물의 희박 용액을 제조하고, 이것을 방사함으로써, 크세로겔(xerogel) 섬유를 형성한 후에, 이 섬유를 연신하는 방법이 개시돼 있다. 이 방법은, 상기 겔 방사 초연신법과 기본적으로 동일한 방법이나, 초고분자량 폴리올레핀을 사용함으로써, 탄성률이 100GPa 이상이고, 또한 인장강도가 3GPa 이상이되는, 고탄성률, 고강도의 연신성형체를 얻을 수 있다.

이와같이, 초고분자량 폴리에틸렌의 경우에는, 희박용액을 매체로 매체로 함으로써, 고탄성률, 고인장강도를 갖는 섬유 제조방법이 거의 확립되었으며, 그의 원리에 대해서는, 일본 레올로지(Rheology)학회지(마쓰오,Vol, 13, No.1, pp,.4∼15, 1985)에 상세히 해설돼 있다.

상기 초고분자량 폴리에틸렌에 관한 기술을 이용하여, 초고분자량 폴리프로필렌으로부터 고탄성률 및 고인장강도의 섬유를 얻기 위하여 다양한 연구가 행해져 왔다.

예를들어, 쿠누기등은, 폴리에틸렌 기술에서 성공한 존(zone) 연신법을 폴리프로필렌에 적용하여, 분자량 475,000의 폴리프로필렌을 연신함으로써, 16.9Gpa의 탄성률과, 0.74GPa의 인장강도를 갖는 폴리프로필렌 섬유를 얻었다(Journal of Applied Polymer Science, Vol. 28, P 179∼189, 1983). 상기 존 연신법이란, 종래의 용융방사법등으로 제조한 섬유의 1∼2mm부분을, 국소 가열로를 사용하여 가열하고 상기 부분을 연신함으로써 초연신을 행하는 방법이다. 또한, 폐기(Peguy)와 만레이(Manley)의 보고가 있으며, 여기서느는, 상기 겔방사 초연신법을 폴리프로필렌에 적용한다. (Polymer Communications, Vol. 25, pp. 39∼42, 1984).

구체적으로, 이들은, 스미스와 렘스트라(Lemstra)가 초고분자량 폴리에틸렌에 대해서 채용한 방법(Journal of Polymer Bulletin, Vol. 1,733, 1979)과 동일한 방법에 의하여, 농도 0.5∼1.5중량%의 용액을 사용하여, 겔 방사 초연신을 행하여, 36GPa의 탄성률 및 1.03GPa의 인장강도를 갖는 폴리프로필렌 섬유를 얻었다.

또한, 상기 미국특허 4,413,110호와 동특허 4,536,536호 공보에는, 상기한 폴리에틸렌의 제조예이외에, 폴리프로필렌의 실시예에 대해서 개시돼 있고, 극한점도[η]가 18dl/g(분자량 3,300,000)의 초고분자량 폴리프로필렌의 6중량% 농도의 용액으로부터, 탄성률이 23.9GPa이고, 인장강도가 1.04GPa인 초고분자량 폴리프로필렌 섬유를 제조하는 방법이 개시돼 있다.

그러나, 이러한 종래의 초고분자량 폴리에틸렌 섬유의 제조방법을 이용한 방법에 의해 얻어진 초고분자량 폴리프로필렌 섬유 또는 테이프에 대해서 검토해 보면, 어느방법을 이용하여도 얻어지는 초고분자량 폴리프로필렌 연신사(yarn) 또는 테이프의 탄성률은 7∼10GPa정도, 인장강도는, 0.5∼1.04GPa정도이다.

한편, 초고분자량 폴리에틸렌의 이론강도는 32GPa정도이고, 초고분자량 폴리에틸렌의 이론강도는 18GPa정도이고, 초고분자량 폴리프로필렌의 이론강도가 초고분자량 폴리에틸렌의 이론강도의 1/2정도로 알려져 있다(“Fiber and Industry”, Vol. 40, pp. 407∼418, 1984). 현시점에 있어서, 초고분자량 폴리에틸렌 섬유에 관한 인장강도가 약 6GPa인 것이 얻어졌다. 이 값으로 하면, 초고분자량 폴리프로필렌 섬유에 관한 인장강도 0.5∼1.04GPa라는 값은 반드시 만족스런 값은 아니다. 즉, 초고분자량 폴리프로필렌에 관하여는, 인장강도가 3GPa로 돼야하고, 이 값을 고려하면, 얻어지는 초고분자량 폴리프로필렌의 인장강도가 가의 개량되지 않는다.

초고분자량 폴리프로필렌의 개량에 약간 성공한 예로서는, 카나모또 등에 의해 보고된 방법(일본 섬유학회지, 1987년, 년차대회 연구발표회 예고집)이 있다. 이 방법에서는, 1% 이하 농도의 초고분자량 폴리프로필렌 용액으로부터 용매를 증발제거함으로써, 솔벤트 캐스트 필름(solvent-cast film)을 제조하고, 다음 이 필름을 폴리에틸렌 뷰렛(burat)으로 양측이 샌드위치되도록 하여 슈도 멜트(pseudo-melt) 상태에서 고상 연신하고, 다음 원추상 다이를 통과시킴으로써 약 6배로 연신한 후, 이 고상 연신 필름을 통상적으로 인장 연신함으로써, 연신비가 약 72배인 고연신섬유를 얻었다. 이 방법에서는, 폴리에틸렌제 뷰렛을 사용하므로, 취약한 시료를 사용하여도 시료가 손상 파단됨없이 고연신율로 연신할 수 있고, 구체적으로는 이 방법에 의하여, 분자량 360만의 초고분자량 폴리프로필렌을 사용하여, 인장강도 2.3GPa를 갖는 초고분자량 폴리프로필렌 연신성형체가 얻어진다.

그러나, 상기 방법에서는, 초고분자량 폴리프로필렌을 뷰렛중에 샌드위치시켜 원추상 다이로 고상연시키므로, 연속해서 섬유를 제조하기가 어렵고, 공업적인 생산성 및 비용의 면에서 극히 불리하다. 또한, 이 방법으로 얻어진 초고분자량 폴리프로필렌 연신성형체의 파단점 신도가 극히 작다.

초고분자량 폴리프로필렌 섬유는, 일반적으로 초고분자량 폴리프로필렌의 희박용액을 제조하고, 이 용액으로 방사한 겔섬유를 고연신함으로써 제조한다.

그러나, 이러한 겔 방사 초연신법을 이용한 경우에는, 필연적으로 섬유가 높은 탄성률을 갖게 되므로, 섬유의 신율이 저하된다. 따라서, 이러한 섬유를, 예를들면 스프링과 같은 에너지 희생 탄성체로서 사용하는 경우, 신율이 작기 때문에 에너지 희생시간이 현저하게 짧아지고 유효하게 에너지를 축적 및 재생할 수 없다.

다른 한편, 방사시에 온도구배와 전단응력을 섬유에 가하면서 방사한 섬유를 열처리함으로써 거의 100%의 변형에 있어서도, 소성 변형없이 탄성이 회복되는 하드 엘라스틱 화이버 (hard elastic fiber)가 얻어짐이 속방사하고 열처리함으로써, 신율이 큰 하드 엘라스틱 화이버가 얻어짐이 보고돼 있다(“Fiber and Industry”, Vol. 30, No. 1, p 18∼21, 1970). 다른 예를들면, 폴리프로필렌을 고속방사하고 열처리함으로써, 신율이 큰 하드 엘라스틱 화이버가 얻어짐이 보고돼 있다(“Fiber and Industry”, Vol. 36, No. 1, p. 51∼57, 1980). 또한, 다공질 폴리프로필렌 섬유가 신율 40%의 값을 갖으며, 이 섬유가 에너지 희생용 탄성체용으로 적합함이 보고돼 있다(일본 특개소 63-249,711호 공보). 그러나, 이 섬유들의 강도는 낮다.

상기 방법들은, 방사후의 어느 단계에서 섬유에 열처리를 행하는 것이 필요하며, 이 열처리 공정이 복잡하기 때문에, 강도가 높고 파단점 신도가 큰 연신섬유를 공업적으로 생산하는 방법으로서는 불리하다. 또한, 이러한 열처리에 의해서는, 섬유의 신율 개선에 한계가 있고, 상기 초고분자량 중합체를 사용한 섬유의 에너지 출력치도 충분히 높히기는 곤란했다.

본 발명은, 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하려는 것이며, 우수한 인장강도와 큰 파단점 신도를 갖으며, 또한 출력에너지 량이 큰 초고분자량 폴리프로필렌 연신성형체 및 그의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 초고분자량 폴리프로필렌 연신성형체는, 극한점도[η]가 적어도 4dl/g인 초고분자량 폴리프로필렌의 연신성형체이며, 상기 연신성형체는 X선 회절 반폭에 의하여 측정한 배향도가 0.930 이상이며 시차주사열량제에 의해 측정하여 180℃이상에서 2개 이상의 융점을 갖으며, 파단강도의 50% 하중에서, 10회 반복후의 출력에너지량이 1kgfm/g 이상, 바람직하게는 1.5kgfm/g 이상을 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 용어 “출력에너지량”은, 하기와 같은 의미이다. 즉, 인장시험의 기록지에 있어서, 종축을 응력, 횡축을 신도로 설정하면, 응력-왜곡선의 파단의 50%의 하중에 상당하는 부분으로부터 수직선을 긋고, 이 수직선과 횡축과 응력-왜곡선으로 둘러싸인 부분이 출력에너지량에 상당한다.

상기 초고분자량 폴리프로필렌 연신체는, 또한 0.7GPa 이상의 인장강도와 10% 이상의 파단점 신도를 갖고 있고 -40∼80℃의 온도범위에서 높은 안정성을 나타낸다.

본 발명에 의한 초고분자량 폴리프로필렌 연신체의 제조방법은, (i) 극한점도[η]가 적어도 4dl/g인 초고분자량 폴리프로필렌 15∼80중량부 및 희석제 85∼20중량부로 된 초고분자량 폴리프로필렌의 조성물을, 이 조성물이 유동상태를 유지하는 온도에서 성형 다이 또는 노즐을 통해서 압출하고, (ii) 압출된 압출물을 적어도 3배의 드래프트 (draft)비로 인취하고, 이 인취중에, 또는 인취 후에 상기 압출물중의 초고분자량 폴리프로필렌을 재결정화시켜서, 미연신 배향물을 형성하고, (iii) 상기 미연신물을 적어도 3배의 연신비로 90℃ 이상의 온도에서 적어도 1회 연신함을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 초고분자량 폴리프로필렌 연신성형체 및 그의 제조방법에 대해서 구체적으로 설명한다. 본 발명은, 극한점도가 4dl/g 이상인 초고분자량 폴리프로필렌을 특정농도로 함유하는 조성물을 방사하고, 연신하면서 희석제를 추출한 후 연신하면, 얻어지는 연신성형체는 고출력 에너지량과 고강도를 갖으며, 또한 그의 고출력 에너지의 온도의존 특성이 극히 안정하다는 놀랄만한 사실에 의거한 것이다.

상기 용어 “출력 에너지의 온도의존 특성”은 상기와 바와같이 구해진 출력에너지의 온도의존성을 나타내며, 실용상, 넓은 온도범위에서 응력-왜곡선의 형상; 즉 강도와 파단점 신도가 일정한 것이 좋다. 상기 고강도 폴리에틸렌 섬유의 경우에서 관찰된 바와같이 온도상승과 함께 강도가 저하되고, 동시에 파단점 신도가 증가된다. 다시말해서 강도와 파단점 신도가 온도변화에 대해서 역상관관계이므로, 출력에너지의 온도특성이 외관상 안정해 보이나, 이것은 실용상 좋지 않다.

본 발명에서 얻어지는 초고분자량 폴리프로필렌 연신성형체는, 현저하게 높은 출력 에너지와 고강도를 갖으며, 또한 그의 온도의존성이 -40∼80℃의 실용영역에서 평탄한 이론적 근거는 명확치 않으나, 고강도와 높은 파단점 신도와 또한 온도의존성의 안정성을 갖기 위한 구조적 조건으로서 하기 조건을 갖는 것이 바람직한 것으로 추정된다.

(i)분자쇄가 길 것

(ii)분자쇄가 어느정도 얽혀있을 것, 즉, 원료 조성물이 비교적 고농도의 초고분자량 폴리프로필렌일 것.

(iii) 결정자체가 강(tough)할 것.

상기 조건을 구비하기 위해서는, 결정이 반델발스 힘으로 결합돼 있다는 점에서는, 폴리에틸렌과 동일하나, 폴리에틸렌 결정은, 평면 지그재그 구조를 갖기 때문에, 고농도의 조성물을 이용할 수 없고, 얻어진 연신성형체는 극히 약함에 대해서, 초고분자량 폴리프로필렌은 나선상 구조를 갖으며, 비교적 결정이 강하기 때문에, 고농도의 조성물을 이용할 수 있다. 초고분자량 폴리프로필렌의 경우에는, 고농도 조성물로부터 고강도의 연신성형체를 제조할 수 있는 이유는 명백치는 않으나, 드래프트하에서의 결정화에 의해서 형성되는 미연신사의 구조가 요점이 되는 것으로 고려된다.

본 발명에서 사용되는 초고분자량 폴리프로필렌원료, 제조방법 및 초고분자량 폴리프로필렌 연신율의 순으로 하기에 설명한다.

원료

본 발명에서 채용 가능한 초고분자량 폴리프로필렌의 예를들면, 프로필렌 단독중합체 또는 프로필렌과 소량(예를들면 10몰% 이하)의 다른 α-올레판, 예를들면, 에틸렌, 1-부텐, 4-메틸-1-펜텐, 1-펜텐, 1-헥센, 1-옥텐, 1-데센 등을 배위-음이온 중합시켜서 얻어지는 프로필렌계 공중합체가 사용된다. 이 초고분자량 폴리프로필렌은, 그의 데칼린 용액 135℃에서의 극한점도[η]가, 4dl/g 이상, 바람직하게는 7∼5dl/g의 범위이다. 극한점도[η]가 4dl/g 미만이면, 연신전에 드패프트비를 크게해도 인장강도가 우수한 연신성형체가 얻어지지 않는다. 또한 [η]의 상한은 특히 한정되지 않으나, 15dl/g를 초과하면, 분산성이 불량하고, 또한 고농도하에서의 조성물의 점도가 극히 높아서, 멜트 후렉처(melt fracture) 등을 야기하고, 방사 안정성이 나쁜 경향이 있다.

제조방법

본 발명에서는, 상기 초고분자량 폴리프로필렌의 성형방사를 가능케하기 위하여, 초고분자량 폴리프로필렌에 희석제를 배합하여 조성물을 제조한다. 이러한 희석제로서는, 초고분자량 폴리프로필렌을 용해하는 용제, 또는 초고분자량 폴리프로필렌에 대해서 분산성을 갖는 각종 왁스들이 사용된다.

상기 용제들의 구체 예를들면, n-노난, n-데칸, n-운데칸, n-도데칸, n-테트라데칸, n-옥타데칸, 액상 파라핀 및 등유 등의 지방족 탄화수소계 용매; 크실렌, 나프탈렌, 테트라린, 부틸 벤젠, p-시멘, 시클로헥실 벤젠, 디에틸벤젠, 펜틸 벤젠, 도데실벤젠, 비시클로헥실, 데칼린, 메틸나프탈렌, 에틸나프탈렌 등의 방향족 탄화수소용매 및 그의 수소화 유도체; 1,1,2,2-테트라클로로에탄, 펜타클로로에탄, 헥사클로로에탄, 1,2,3-트리클로로프로판, 디클로로벤젠, 1,2,4,-트리클로로벤젠 및 브로모벤젠 등의 할로겐화화탄화수소 용매; 및, 파라핀계 프로세서 오일, 나프텐계 프로세스 오일 및 방향족 프로세스 오일 등의 광유 등을 들 수 있다.

적합한 왁스류로서는, 구체적으로는 지방족 탄화수소 화합물과 그의 유도체를 들 수 있다. 왁스류로서 사용되는 지방족 탄화수소 화합물은, 포화 지방족 탄화수소 화합물을 주로 함유하는 것들이고, 통상 분자량이 2000 이하, 바람직하게는 1000 이하, 더욱 바람직하게는 800 이하의 “파라핀계 왁스”로 불리는 것이다. 이들 지방족 탄화수소 화합물로서는, 구체적으로는, 토코산, 트리코산, 테트라코산 및 트리아콘탄 등의 탄소수 22 이상의 n-알칸류; 이 n-알칸류를 주성분으로 한 저급 n-알칸과의 혼합물, 석유로부터 분리정제한 소위 파라핀 왁스, 에틸렌 또는 에틸렌과 다른 α-올레핀을 공중합시켜 얻어지는 저분자량 중합체인 중, 저압 폴리에틸렌 왁스, 고압법 폴리에틸렌왁스, 에틸렌 공중합 왁스 또는 중-저압법 폴리에틸렌, 고압법 폴리에틸렌등의 폴리에틸렌을 열감성(heat degradation) 등에 의해서 분자량을 저하시킨 왁스 및 이들 왁스의 산화물; 말레인산 변성 산화 왁스; 말레인산 변성왁스등이 사용된다.

상기 지방족 탄화수소 화합물 유도체는, 예를들면 지방족 탄화수소(알킬기, 알케닐기)의 말단 또는 내부에 1개, 또는 그 이상, 바람직하게는 1∼2개, 특히 바람직하게는 1개의 카르복시기, 수산기, 카바모일기, 에스테르기, 머캅토기, 카보닐기 등의 관능기를 갖는 화합물이고, 또한 탄소수 8이상, 바람직하게는 탄소수 12∼50, 또는 분자량 130∼2000, 바람직하게는 200∼800인 지방산, 지방족 알콜, 지방산 아미드, 지방산 에스테르, 지방족 머캅탄, 지방족 알데히드, 지방족 케톤등이 사용된다. 구체적으로는 지방산으로서 카프린산, 라우린산, 미리스틴산, 팔미틴산, 스테아린산, 올레인산, 지방족 알콜로서 라울릴알콜, 미리스틸알콜, 세틸알콜, 스테아릴알콜, 지방산 아미드로서 카프린아미드, 라우린 아미드, 팔미틴 아미드, 스테아린 아미드, 지방산 에스테르로서 스테아릴 초산 에스테르등이 사용된다.

초고분자량 폴리프로필렌과 희석제의 배합비율(중량비)은, 이들의 종류에 따라서도 다르나 일반적으로 15:85∼80:20, 특히 30:70∼70:30의 중량비로 사용하는 것이 좋다. 희석제의 양이 상기 범위보다도 낮은 경우에는, 혼합물의 용융점도가 과도하게 높아져서, 혼련 또는 성형이 곤란해지는 한편, 연신성이 불량해져서 고강도를 달성할 수 없다. 초고분자량 폴리프로필렌과 희석제와의 용융혼련은 일반적으로, 170∼300℃, 특히 190∼270℃의 온도에서 행하는 것이 바람직하며, 이 범위보다 낮은 온도에서는,조성물의 용융점도가 과도하게 높아져서, 용융성형이 곤란하게 되고, 상기 범위보다도 높은 경우에는, 상기 범위보다도 높은 경우에는, 열감성에 의해 초고분자량 폴리프로필렌의 분자량이 저하되어, 고강도의 성형체를 얻기가 곤란해진다. 또한, 초고분자량 폴리프로필렌과 희석제와의 배합은, 헨쉘믹서, V형 블렌더 등에 의한 블렌딩기술로 행할 수도 있고, 또한 단축 또는 다축 압출기를 사용하는 용융혼련에 의해서 행할 수도 있다.

상기 초고분자량 폴리프로필렌과 희석제로 구성된 조성물은, 이 조성물이 유동상태를 유지하는 온도에서 성형 다이 또는 노즐로부터 압출함으로써 성형한다.

구체적으로는, 스피너렛(spinneret)을 통하여 용융 압출함으로써, 연신용 필라멘트가 얻어지고, 또는 플래트(flat)다이 또는 링 다이를 통하여 압출함으로써, 연신용 필름 또는 쉬트(sheet) 또는 테이프가 얻어진다. 또는 환산 다이를 통하여 압출함으로써, 연신블로우 성형용 파이프(파리손)가 얻어진다.

본 발명은, 특히, 연신 필라멘트의 제조에 유용하고, 이 경우, 스피너렛을 통해 압출된 압출물을 드래프트하는 것, 즉, 상기 압출물을 용융상태에서 연신하는 것이 바람직하다. 드래프트비는, 용융수지의 다이·오리피스 내에서의 압출속도 Vo 대 냉각고화된 미연신율의 인취속도 V의 비로서 하기식으로 정의될 수 있다.

드래프트 비 = V/Vo........(2)

상기 드래프트비는, 압출물의 온도 및 초고분자량 폴리프로필렌 공중합체의 분자량 등에 의존하나, 통상은, 3이상, 바람직하게는 6이상이다.

본 발명에서는, 상기와 같이하여 얻어진 초고분자량 폴리프로필렌 미연신 성형체를 연신처리한다. 초고분자량 폴리프로필렌의 연신처리는, 성형체의 초고분자량 폴리프로필렌에 1축 방향의 분자배향이 유효하게 부여되는 정도, 즉 3배의 연신비로 180℃ 이상의 온도에서 1회 연신함으로써 행하여진다.

미연신 성형체를 상기 온도로 가열 보지하지 위한 열매체로서는, 공기, 수증기, 액체 매체중의 어느 것을 사용할 수 있다. 그러나, 열매체로서, 상기한 희석제를 용출 제거할 수 있는 용매에서, 그의 비점이 성형체조성물의 융점보다 높은 것, 구체적으로는 데칼린, 데칸, 등유 등을 사용하여 연신조작을 행하면, 상기한 희석제의 제거가 가능하게 됨과 함께, 연신시의 연신 불규칙 문제가 해소될 수 있고, 또한 고 연신배율의 달성이 가능하므로 바람직하다.

물론, 상기 초고분자량 폴리프로필렌으로부터 희석제를 제거하기 위한 수단은, 상기 방법에 한정되지 않고, 미연신율을 헥산, 헵탄, 열 에탄놀, 클로로포름, 벤젠 등의 용제로 처리한 후 연신하는 방법, 연신물을 헥산, 헵탄, 열 에탄올, 클로로포름, 벤젠 등의 용제로 처리하는 방법에 의해서도, 성형물중의 과잉의 희석제의 제거를 유효하게 행하여, 고강도와 고출력 에너지를 갖는 연신성형체를 얻을 수 있다.

연신조작은, 1단 또는 2단 이상의 다단계로 행할 수 있다. 연신배율은, 소망하는 분자배향과 이에 수반하는 융점 향상의 효과에도 의존하나, 적어도 3배 이상, 통상 5∼80배, 바람직하게는 10∼50배의 연신배율이 되도록 연신조작을 행하는 것이 좋다.

일반적으로는, 2단 이상의 다단연신이 유리하며, 그 제1단계에서는, 90∼140℃의 비교적 낮은 온도에서, 압출성형체중의 희석제를 추출하면서 연신조작을 행하고, 2단계서부터는, 180℃ 이상의 온도 바람직하게는 180~220℃의 온도에서 성형체의 연신조각을 속행하는 것이 좋다.

필라멘트, 테이프등의 일축 배향등의 일측 연신조각을 행하는 경우에는, 원주속도가 상이한 룰러간에서 인장 연신을 행하는 것이 좋고, 텐터(tenter)등에 의한 횡방향 연신의 조합법, 또는 인플레이션(inflation)법에 의한 2축 연신도 가능하다.

상기와 같이 얻어진 분자배향 성형체는, 필요에 따라 구속조건 또는 약간의 수축조건하에서 열처리할 수 있다.

이 열처리는, 통상 140∼180℃, 특히 150∼175℃에서 1∼20분간, 특히 3∼10분간 행한다. 이 열처리에 의하여 배향결정의 결정화가 더욱 진행되며, 결정의 융점의 고온측 이동, 강도 및 탄성률의 향상 및 고온에서의 네크리프(Creep)성이 향상된다.

연신성형체

상기에서 얻어진 초고분자량 폴리프로필렌 연신성형체는, 상기 분자량을 갖는 초고분자량 폴리프로필렌으로부터 성형되나, 상기 성형체는 섬유 축방향으로 현저하게 분자배향돼 있다. 성형체에 있어서의 분자배향의 정도는, X선 회절법, 복굴절법, 형광편광법 등으로 알 수 있다. 본 발명에 의한 초고분자량 폴리프로필렌의 연신성형체는, 고우유끼찌, 구보 기이찌로등이 “Journal of Chemical Engineering”, Vol. 39. p. 992(1989)에 상술한 X선 회절 반폭에 의한 배향도, 즉, 하기식:

(식중, H는 적도선상 최강의 파라트로프면의 디바이환(Debye ring)에 따른 강도분포 곡선의 반폭이고, 초고분자량 폴리프로필렌에서는, 통상, 결정의 (110) 또는 (040)의 반사를 이용하여 결정된다.)로 정의되는 배향도(F)가 0.930 이상, 특히 바람직하게는 0.950 이상의 범위에 있음을 특징으로 한다.

본 발명의 초고분자량 폴리프로필렌 연신성형체는, 상기와 같은 고도의 분자배향을 갖는 한편, 종래의 고분자배향 섬유와 비교하여, 예상외로 높은 출력 에너지량, 즉, 1kgfm/g 이상, 바람직하게는 1.5kgfm/g 이상, 더욱 바람직하게는 2kgfm/g 이상의 출력에너지량을 갖고 있다. 또한, 상기 출력에너지값의 사용온도 범위(0∼80℃)에서의 변동률은, 40%이하, 바람직하게는 30% 이하이다.

또한, 본 발명의 초고분자량 폴리프로필렌 연신성형체는, 높은 출력에너지량에 대응해서, 높은 인장강도와 큰 파단점 신도의 조합을 갖고 있고, 상기한 바의 출력에너지량에 대응하는 인장강도 및 파단점 신도는, 각각 0.7GPa 이상, 10% 이상, 바람직하게는 0.9GPa 이상, 15% 이상, 더욱 바람직하게는 1.1GPa 이상, 20% 이상이다.

또한, 본 발명의 초고분자량 폴리프로필렌 연신성형체는, 종래의 폴리프로필렌 연신성형체와 비교하여, 현저히 높은 융점을 갖고 있고, 시차주사열량계에 의한 피크위치, 융점이 180℃ 이상, 바람직하게는 182℃ 이상, 더욱 바람직하게는 183℃ 이상에 2개 이상 갖고 있는 특징이 있다.

보다 구체적으로는, 본 발명의 초고분자량 폴리프로필렌 연신성형체는, 180∼200℃의 온도범위에 하나의 피크위치(융점)와, 210∼230℃의 온도범위에 다른 피크위치(융점(들))를 갖고 있다.

피크위치(융점)는 시차주사열량계로 하기와 같이 측정한다. 시차주사열량계로서는 DSC II형(Perkin Elmer사제)을 사용한다. 시료 약 3mm을 4mm×4mm, 두께 100μm의 치수의 알미늄판에 감아서, 배향방향으로 구속한다. 다음 알미늄판에 감긴 시료를 알미늄 팬중에 봉입하고, 측정용 시료로 사용한다. 통상 기준 홀더(holder)내로 도입되는 빈 알미늄 팬내에, 상기에서 사용된 동일한 알미늄판을 봉입하고, 시료홀더와 기준 홀더간의 열밸런스를 유지한다.

시료를 30℃에서 약 5분간 보지하고, 다음 10℃/분의 승온속도로 승온시켜, 흡열 곡선을 측정하고, 이 흡열곡선상의 피크위치를 시료의 융점으로 한다.

연신성형체의 180∼200℃의 온도범위내에 있는 융점을 Tp₁,210℃∼230℃의 온도범위에 있는 융점을 Tp₂로 한다. 다음 흡열곡선 100℃와 205℃에 상당하는 점을 직선(베이스라인)으로 연결하고, 이 베이스라인과 용해곡선으로 둘러싸인 부분의 면적으로부터 Tp₁에 상당하는 융해열량(Ap₁)을 산출하고, 흡열곡선의 205℃와 240℃에 상당하는 점을 상기와 마찬가지로 직선(베이스라인)으로 연결하고, 이 베이스라인과 융해곡선으로 둘러싸인 부분의 면적으로부터 Tp₂에 상당하는 융해열량(Ap₂)을 산출한다.

본 발명에 의한 초고분자량 폴리프로필렌 연신성형체의 시차주사열량계로 측정한 피크위치(융점)를 제1도에 나타냈다. 제1도에 도시된 바와같이, 본 발명에 의한 초고분자량 폴리프로필렌 연신성형체는, 180∼200℃의 범위에서 제1융점에 의한 융해 피크면적을 Ap₁으로 하고, 제2융점에 의한 용해 피크면적을 Ap₂로 하면, 두 융해피크면적간의 비가 Ap₁/Ap₂ 1의 조건을 만족하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 초고분자량 폴리프로필렌연신성형체는, 우수한 출력에너지 값과 강도를 갖고 있다. 이러한 특성을 이용하여, 본 발명에 의한 초고분자량 폴리프로필렌 연신물은, 고강도 멀티(multi) 필라멘트, 코드(cord), 로프, 부직포, 직포등의 산업용 방직 재료외에, 포장용 테이프 등의 포장재료로서 유용하다. 특히 고출력 에너지 특성을 가지므로, 충격력이 작용하는 각종 부자망, 양식용 로프, 계선로프, 닺줄 등의 어업용로프, 호사(hawser), 턱(tug)로프, 작업용 표지로프, 요트용로프, 계선용 로프 등의 선박용 로프; 농업용 로프, 작업표시로프, 트럭용 탑재로프, 쉬트로프, 텐트 햄(hem)로프, 텐트 고정용 로프 및 고정라인 등의 육상용 로프; 수상스키용 로프, 패러글라이더용 로프등 행상 레저용 로프; 해저석유굴삭 리그(rig)고정로프 및 그의 로프 팬던트 로프, 해저 망간단괴 굴삭용 로프, 열수광상 굴삭용 로프, 작교(fishing bridge) 가설용 리딩 로프 등의 해상용 로프; 상기 로프들을 편망하여된 지인망, 트롤(troll)망, 권망(round hole net), 건망(set net), 차망(gill net) 및 투망 등의 어업용 망; 안전 네트, 방호 네트 등의 보호망; 안전벨트, 범포, 방탄용포 등의 직물제품 등의 용도에 사용된다.

본 발명을 실시예들을 참조하여 설명하나, 본 발명이 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

초고분자량 폴리프로필렌(극한점도[η]=7.75dl/g)분말 30g과 파라핀왁스(융점=69℃, 분자량=490)70g의 혼합물을 하기 조건에서 용융방사했다. 상기 혼합물 100중량부에, 프로세스 안정제로서 3,5-디-t-부틸-4-히드록시 톨루엔을 0.1중량부 배합하고, 다음 상기 혼합물을 스크류식 압출기(스크류 직경 : 25mm,L/D=25, 서모플라스틱사제)를 사용하여 설정온도 220℃에서 용융훈련을 행하였다. 다음, 상기 혼합물을 압출기에 부속된 오리피스 직경 2mm의 방사 다이를 통해 200℃에서 용융 방사했다. 압출물은 180cm의 에어캡(air gap)에서 35배의 드래프트비로 인취하고, 공기중(실온 23℃)에서 냉각, 고화하여 미연신섬유를 얻었다.

상기에서 얻은 미연신 섬유를 하기 조건에서 연신했다. 즉, 5쌍의 고데트 볼(godet roll)과, 이 고데트볼간에 위치된 4개의 연신조(유효 연신조길이 : 50cm)를 사용하여 4단 연신을 행하였다. 이때 제1연신조의 열매체는 n-데칸이었고, 온도는 100℃에서 6배로 연신했고, 제2연신조의 열매체는 n-데칸이었고, 온도는 120℃에서 7배로 연신했고, 제3연신조의 열매체는 트리에틸렌 글리콜이었고, 온도 140℃에서 10배로 연신했고, 또한, 제4연신조의 열매체는 트리에틸렌 글리콜이었고, 온도 160℃에서 12배로 연신했다. 연신시에는, 제1고데트 롤의 회전속도를 0.5m/분으로 하여 제2고데트 볼 이후는 회전속도를 변경함으로써, 바람직한 연신비의 연신섬유를 얻었다. 또한, 연신배율은, 섬유사 공급에 대한 제1고데트 볼 회전속도와 상기 섬유사의 인취에 대한 제2 및 그 이후의 고데트 볼 회전속도의 비로 나타냈다.

초기에 혼합된 파라핀 왁스의 거의 전량이 연신시에 n-데칸중에 추출됐다. 다음은, 연신섬유를 수세하고, 감압하 실온(23℃)에서 1주야간 건조하고, 얻어진 연신섬유의 각종 물성을 측정하고, 그 결과를 표 1과 표 2에 나타냈다.

[실시예 2∼10]

표 1에 나타낸 조건으로 변경한 이외에는, 실시예 1과 동일하게 실시했다. 그 결과를 표 1 및 표 2에 나타냈다.

[표 1]

[표 2]

Claims (3)

1. 대량의 출력에너지를 갖는 초고분자량 폴리프로필렌의 연신성형체의 제조방법에 있어서; (i) 극한점도[η]가 7∼15dl/g인 초고분자량 폴리프로필렌 15∼80중량부 및 희석제 85∼20중량부로 된 초고분자량 폴리프로필렌의 조성물을 이 조성물이 유동상태를 유지하는 온도에서 성형 다이 또는 노즐을 통해서 압출하고, (ii) 압출된 압출물을 3배 또는 그 이상의 드래프트비로 인취하고, 이 인취중에 또는 인취후에 상기 압출물중의 초고분자량 폴리프로필렌을 재결정화시켜서 미연신 배향물을 형성하고, (iii) 상기 미연신배향물을 3배 또는 그 이상의 연신비로 90℃ 이상의 온도에서 1회이상 연신함을 특징으로 하는 초고분자량 폴리프로필렌 연신성형체의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 희석제가 포화지방족 탄화수소 화합물인 것이특징인 초고분자량 폴리프로필렌 연신성형체의 제조방법.
3. 제1항에 기재한 제조방법으로 제조한 초고분자량 폴리프로필렌 연신성형체.