JPS6022010B2 - Method for preparing high molecular weight polyethylene molding dope - Google Patents
Method for preparing high molecular weight polyethylene molding dopeInfo
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- JPS6022010B2 JPS6022010B2 JP18569882A JP18569882A JPS6022010B2 JP S6022010 B2 JPS6022010 B2 JP S6022010B2 JP 18569882 A JP18569882 A JP 18569882A JP 18569882 A JP18569882 A JP 18569882A JP S6022010 B2 JPS6022010 B2 JP S6022010B2
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、高分子量ポリエチレンから高弾性率、高強度
の繊維、フィルム等を製造するための成形用ドープの調
整方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for preparing a molding dope for producing high modulus, high strength fibers, films, etc. from high molecular weight polyethylene.
高分子材料の高性能力の方策としては、最近、多数の方
法が提案、実施されている。Recently, many methods have been proposed and implemented to improve the performance of polymeric materials.
例えば「我国の知識集約型産業の今後の動向調査研究報
告書、高分子材料の技術革新の動向について一、(日本
産業技術振興協会、P以昭和57年3月)。その一つに
、平均分子量が百万級のいわゆる超高分子量ポリエチレ
ンの希薄溶液から得たゲルに高倍率の延伸をあたえて分
子鎖が高度に配向した繊維およびフィルム等に成形加工
する方法があり、弾性率10のPa以上といった通常の
成形品の数十倍におよび性能を発現させ得る技術として
注目されている〔例えば、ポール・スミス、ピータ・ヤ
ーン・レムストラ、ジヤーナル・オブ・マテリアルス・
サイエンス、15巻、505〜514頁、198の王、
PauISmith,PietJ‐じmStra;)。
umalofMaterialsScience,50
5〜514,15(1980)〕。この方法に係る技術
的要諦は、平均分子量の極めて大きいポリエチレンを用
いることで、ゲルの生成およびその延伸性、さらに得ら
れる繊維やフィルムの物性は平均分子量の大きいものほ
ど優れていることが分っている〔例えば、ボール・スミ
ス、ピーータ・ヤーン・レムストラ、ジヤーナル・オブ
・ポリマー・サイエンス、ポリマー・フイジツクス・エ
デイシヨン、1男雀、1007〜1009頁、1981
年 PauISmith,PietJ.戊msけa;J
om雌l ofPoMmerScieMe,Polym
erPhysicsEdition,191007〜1
009(1981)〕。溶液中のポリマー濃度について
は2重量%までの検討がなされ、ゲルの延伸性の観点か
らは希薄なほど良いという結果が示されている〔ポール
・スミス、ピー夕・ヤーン・レムストラおよびへンケ・
シー・ブーイヒ、ジヤーナル・オブ・ポリマー・サイエ
ンス;フイジックス・ェデイション、19巻、877〜
滋総頁(1弊1)、Paの、Smith,Piet J
・Lemstraand Henk C.Bめij;J
oumal of PolymerScience;P
hysics Edition,19,877〜母斑(
1981)〕。しかし生産性の観点からは溶液濃度はよ
り高濃度であることが望まれる。一般にポリマーの成形
加工性は、原料の平均分子量が大きければ大きいほど悪
くなる煩向にある。For example, "Future Trend Survey Report on Japan's Knowledge-Intensive Industries, Trends in Technological Innovation in Polymer Materials" (Japan Industrial Technology Promotion Association, March 1982). There is a method in which a gel obtained from a dilute solution of so-called ultra-high molecular weight polyethylene, which has a molecular weight of 1,000,000, is subjected to high-stretching to form fibers and films with highly oriented molecular chains. It is attracting attention as a technology that can achieve performance dozens of times higher than that of ordinary molded products.
Science, vol. 15, pp. 505-514, 198 Wang;
Pau Smith, Piet J-jim Stra;).
umalofMaterialsScience,50
5-514, 15 (1980)]. The technical key to this method is that polyethylene with an extremely high average molecular weight is used, and it has been found that gel formation and stretchability, as well as the physical properties of the resulting fibers and films, are better as the average molecular weight is higher. [For example, Ball Smith, Peter Jahn Lemstra, Journal of Polymer Science, Polymer Physics Edition, 1st Male Sparrow, pp. 1007-1009, 1981
Pau I Smith, Piet J.戊ms け a;J
om female l ofPoMmerScieMe, Polym
erPhysics Edition, 191007-1
009 (1981)]. The polymer concentration in the solution has been investigated up to 2% by weight, and the results have shown that the thinner the solution, the better from the viewpoint of gel stretchability [Paul Smith, Peter Jahn-Lemstra and Henke et al.
C. Bouich, Journal of Polymer Science; Physics Edition, Volume 19, 877-
Shigeso Page (1 Hei 1), Pa. Smith, Piet J.
・Lemstra and Henk C. Bmeij;J
oumal of PolymerScience;P
hysics Edition, 19,877 ~ Nevus (
1981)]. However, from the viewpoint of productivity, it is desired that the solution concentration be higher. Generally, the moldability of polymers tends to deteriorate as the average molecular weight of the raw materials increases.
特に超高分子量ポリエチレンの場合には熱可塑’性ポリ
マーでありながら溶融粘度が極めて高いため溶融級糸ま
たは溶融成形といった加工は極めて困難であり、上述の
ドープを経る加工法もこの観点からはいわば粘度を下げ
るための次善の方策である。しかし、この場合において
も、超高分子量ポリエチレンを溶媒に溶かして均一な成
形用のドープを調製することは決して容易ではなく、こ
のことが同加工法を工業的に適用するための障害となっ
ていた。もとよりポリエチレンは高結晶性、簸溶性のポ
リマーであってこれを常温で溶解する溶媒はない。In particular, in the case of ultra-high molecular weight polyethylene, although it is a thermoplastic polymer, its melt viscosity is extremely high, so processing such as melt-grade yarn or melt molding is extremely difficult. It is the next best measure to reduce viscosity. However, even in this case, it is by no means easy to dissolve ultra-high molecular weight polyethylene in a solvent and prepare a uniform dope for molding, and this is an obstacle to industrially applying this processing method. Ta. Polyethylene is a highly crystalline and elutriation-soluble polymer, and there are no solvents that can dissolve it at room temperature.
現在溶媒として知られている芳香族系化合物またはその
ハロゲン誘導体等は例外なくポリヱチレンの融点近傍ま
たはそれ以上に沸点を持ち、同ポリマー分子は恰も溶融
して溶媒中に分散したような形で溶解する。溶液の調製
は、対象が平均分子量数十万程度以下の通常のポリエチ
レンであれば、特に問題はなく、適当な容器中に原料ポ
リマーとしかるべき溶媒を入れ、しかるべき温度に加熱
し渡洋するといった常套手段によって容易に目的が達成
される。すなわち溶解しようとするポリエチレン分子は
溶媒和によって膨潤したのち溶媒中に拡散して均一な溶
液を形成する。しかし超高分子量ポリエチレンと呼ばれ
るもののように分子鎖長が長くなると、溶媒和した状態
においても極めて粘度が高く、たとえ原料粒子の一部分
が溶媒和しても溶剤中に拡散することは容易でなくなる
。したがって、上述の手段によって溶解を試みた場合に
は、ポリマー粒子の表面部分が溶媒和、膨潤してもこれ
が粒子表面を覆って内部への溶媒の浸透を妨げ、さらに
粒子相互間および粒子と器壁の間で融着が起こるので、
均一な溶解が妨げられる。この状況は、材料の分子量が
高くなるほど、また溶質濃度が高くなるほどより顕著と
なる。このような超高分子量ポリエチレンの溶解に関す
るトラブルは文献中でも指摘され、例えば、ケラー(K
eller未発表論文)は溶液の濃度表示にあたっては
、液底体として器壁に付着、残留する量を考慮する必要
があると述べている。このような溶解の困難性のため、
通常の方法によって達成される超高分子量ポリエチレン
溶液の濃度は高々4〜5重量%程度と考えられる。All aromatic compounds and their halogen derivatives, which are currently known as solvents, have boiling points close to or higher than the melting point of polyethylene, and the polymer molecules dissolve in the form of molten and dispersed particles in the solvent. . There is no particular problem in preparing the solution if the target is ordinary polyethylene with an average molecular weight of several hundred thousand or less.The solution can be prepared by placing the raw material polymer and appropriate solvent in a suitable container, heating it to an appropriate temperature, and then crossing the ocean. Objectives are easily achieved by conventional means. That is, the polyethylene molecules to be dissolved are swollen by solvation and then diffused into the solvent to form a uniform solution. However, when the molecular chain length becomes long, such as ultra-high molecular weight polyethylene, the viscosity is extremely high even in a solvated state, and even if part of the raw material particles are solvated, it is difficult to diffuse into the solvent. Therefore, when dissolution is attempted by the above-mentioned means, even if the surface portion of the polymer particle solvates and swells, this covers the particle surface and prevents the solvent from penetrating into the interior, and furthermore, between the particles and between the particles and the organ. As fusion occurs between the walls,
Uniform dissolution is prevented. This situation becomes more pronounced as the molecular weight of the material increases and as the solute concentration increases. Such troubles related to dissolution of ultra-high molecular weight polyethylene have been pointed out in the literature; for example, Keller (K
Eller (unpublished paper) states that when displaying the concentration of a solution, it is necessary to consider the amount that adheres to and remains on the vessel wall as a liquid bottom. Because of this difficulty in dissolution,
The concentration of ultra-high molecular weight polyethylene solutions achieved by conventional methods is believed to be on the order of 4-5% by weight at most.
例えば、ポール・スミス、ピータ・ヤーン・レムストラ
等は、「高分子量ポリエチレンからモジュラスおよび引
張強さが共に大きいフィラメントおよびその製造に関す
る特関昭56−1払08」において、高分子量ポリエチ
レンを通常のポリエチレン溶媒に14yoで溶解、その
濃度として1〜50重量%を請求範囲にしているが、ポ
リエチレンを膨潤、溶解および分散させる方法について
は何等特別の記述を行っていない。事実、実施例に記載
されているポリマー濃度の上限は重量平均分子量8×1
びの材料について4%であり、それより分子量の大きい
ものついては、重量平均分子量1.5×1ぴのものにつ
いては3%、4×1びのものについては1%である。紡
糸ドープ中のポリマー濃度の高い場合として、重量平均
分子量2.8×1ぴのもので20%、6×1ぴのもので
50%の例が示されているが、これらの分子量のものは
もはや超高分子量ポリエチレンの範ちゆうのものではな
い。上述のような超高分子量ポリエチレンの溶解の困難
性を克服し、成形用ドープとして充分な濃度の溶液を調
製するために、いくつかの方法が考えられまた実際に提
案されている。For example, Paul Smith, Peter Yarn Lemstra, etc., in ``Tokukan Sho 56-1 Pay 08 concerning filaments with high modulus and tensile strength from high molecular weight polyethylene and their production,'' Although the claimed range is 14yo dissolved in a solvent and its concentration ranges from 1 to 50% by weight, there is no specific description of methods for swelling, dissolving, and dispersing polyethylene. In fact, the upper limit of the polymer concentration stated in the examples is a weight average molecular weight of 8 x 1
For materials with a weight average molecular weight of 1.5 x 1, it is 3%, and for materials with a weight average molecular weight of 1.5 x 1, it is 1%. Examples of high polymer concentrations in the spinning dope have been shown, such as 20% for a weight average molecular weight of 2.8 x 1 pm and 50% for a weight average molecular weight of 6 x 1 pm, but these molecular weights no longer exceed It is not in the range of high molecular weight polyethylene. Several methods have been considered and actually proposed in order to overcome the above-mentioned difficulty in dissolving ultra-high molecular weight polyethylene and to prepare a solution with a sufficient concentration as a molding dope.
その一つには、溶媒中で加熱を行う際に溶剤で膨潤した
ポリマーに超音波を照射する方法がある。One method is to irradiate ultrasonic waves to a polymer swollen by the solvent when heated in the solvent.
しかし、溶解あるし、は膨潤したポリマーに超音波を作
用させればポリマー分子鎖が切断され分子量が低下する
ことは公知の事実であり、たとえこのような手段によっ
て均一な溶液が得られたとしても、超高分子量ポリエチ
レン本釆の超長分子性を活用しようとする成形加工の目
的からは逸脱する結果を招くことになる。一般に、ポリ
マーの溶解に際しては、その雰囲気を窒素などの不活性
気体で置換し、溶解操作中の分子の変質、分解の防止な
どに努めているところであり、分子鎖の切断による分子
量の低下は好ましいことではない。また、ポリマーの溶
剤中への溶解、分散を促進するための手段として、一般
にはポリマーを溶媒中で加熱する際に縄拝、振鍵などを
行う方法があり、この適用が考えられる。しかし、超高
分子量ポリエチレンの場合には、ポリマーの粘度が溶解
あるいは溶媒和した状態においても極めて高いため、た
とえ膨潤したとしても溶剤中への分散は溶易ではない。
したがって、長時間にわたる高溢下での蝿梓、振顔とい
った過酷な条件下で処理が必要となり、その結果、分子
の変質、分子量の低下といった好ましくない影響がもた
らされる危煤が否めない。高濃度の溶液を得る方法とし
ては、一旦調製した希薄溶液を後で濃縮することも考え
られるが、溶媒を蒸溜によって減らすといった方法は原
料ポリエチレンが長時間高温に曝され、やはり分子の変
質や分子量の低下を招くことになるので現実的な方法と
はいえない。However, it is a well-known fact that if a dissolved or swollen polymer is subjected to ultrasound, the polymer molecular chains will be cut and the molecular weight will decrease, and even if a homogeneous solution can be obtained by such means, However, this results in a deviation from the purpose of the molding process, which is to utilize the ultra-long molecular properties of the ultra-high molecular weight polyethylene main pot. Generally, when dissolving polymers, the atmosphere is replaced with an inert gas such as nitrogen in an effort to prevent molecular deterioration and decomposition during the dissolution process, and a decrease in molecular weight due to molecular chain scission is preferable. That's not the point. Furthermore, as a means for promoting the dissolution and dispersion of a polymer in a solvent, there is generally a method of performing a rope bow, shaking a key, etc. when heating a polymer in a solvent, and these methods can be considered. However, in the case of ultra-high molecular weight polyethylene, the viscosity of the polymer is extremely high even in a dissolved or solvated state, so even if it swells, it is not easily dispersed in a solvent.
Therefore, it is necessary to carry out treatment under harsh conditions such as fly-scattering and shaking under high overflow conditions for a long period of time, and as a result, there is an undeniable risk that undesirable effects such as deterioration of molecules and reduction in molecular weight will be brought about. One way to obtain a highly concentrated solution is to condense a dilute solution once prepared, but reducing the solvent by distillation exposes the raw material polyethylene to high temperatures for a long time, resulting in molecular deterioration and molecular weight loss. This is not a realistic method as it will lead to a decrease in
文献中には、最初に0.5重量%のドープを調製した後
、ドープ中のポリエチレンを沈澱させて溶剤をろ過後、
所要濃度に溶剤を残し、再び加熱溶解してドープを調製
する方法が述べられている。〔ビー・カルブおよびヱー
・ジェー・ベニングス:ジヤーナル・オブ・マテリアル
ス・サイエンス、15巻、2班4〜2590頁(198
0)、B.Kalb,A.J.Pennin袋;Jou
rnal ofNEterialsScience 1
5,2歌4〜2590(1班0)〕。〕しかし、この方
法には、操作が繁雑であるうえに二度にわたって加熱を
行わなければならないという難点がある。溶液濃度がた
とえ0.5重量%程度に低濃度であっても、ポリエチレ
ンは一旦沈澱すれば結晶化を起こし、しかも再溶解に際
しては沈澱した魂の内部に熱が伝わり難いので、それが
均一化するまでにかなりの時間が必要となる。したがっ
て、この方法にも分子の変質が分子量低下懸念を払拭で
きないという欠点がある。以上を要するに、高分子量ポ
リエチレンは溶液からの加工によって優れた物性が発現
することが分っていながら、工業的に適用し得る均一か
つ妥当な濃度のドープを調製する方法が知られていなか
つた。In the literature, after first preparing a 0.5% by weight dope, after precipitating the polyethylene in the dope and filtering the solvent,
A method is described in which a dope is prepared by leaving the solvent at a desired concentration and heating and dissolving it again. [B. Kalb and E. J. Bennings: Journal of Materials Science, Volume 15, Group 2, pp. 4-2590 (198
0), B. Kalb, A. J. Pennin bag; Jou
rnal ofNEterialsScience 1
5,2 songs 4-2590 (1 group 0)]. However, this method has the disadvantage that it is complicated to operate and requires heating twice. Even if the solution concentration is as low as 0.5% by weight, once polyethylene precipitates, it will crystallize, and when it is redissolved, it is difficult for heat to be transferred to the inside of the precipitated souls, so it becomes uniform. It will take a considerable amount of time to do so. Therefore, this method also has the drawback that the concern of molecular weight reduction due to molecular alteration cannot be eliminated. In summary, although it is known that high molecular weight polyethylene exhibits excellent physical properties when processed from a solution, there has been no known method for preparing a dope with a uniform and appropriate concentration that can be applied industrially.
本発明の発明者らは、高分子量ポリエチレンを比較的高
濃度に含有した成形用ドープから高性能成形物を得る方
法について鋭意研究中、簡単な操作によって比較的短時
間に、分子量の低下および分子の変質の懸念なく、高分
子量ポリエチレンの均一な成形用ドープを調製し得る方
法を発見した。The inventors of the present invention have been conducting intensive research on a method for obtaining high-performance molded products from molding dope containing a relatively high concentration of high-molecular-weight polyethylene. We have discovered a method by which a uniform molding dope of high molecular weight polyethylene can be prepared without worrying about deterioration of the properties of the polyethylene.
本発明による成形用ドープの調製は、以下の手順によっ
て実施される。Preparation of the molding dope according to the invention is carried out by the following procedure.
まず高分子量ポリエチレンの粉末に、高温でポリエチレ
ンを溶解し得る有機溶媒を溶剤に用いて、予め溶媒が原
料ポリエチレンを膨潤させない温度範囲において原料を
湿潤するに充分な量の溶媒を用いて湿潤処理を施す。次
いで湿潤処理を施した原料に130〜180℃に加熱し
た所要量の溶媒を注入しつつ蝿拝を行うか、あるいは湿
潤処理を施した原料を上記の温度に加熱した溶媒中に燭
拝しつつ投入するかの何れかの方法によってポリエチレ
ン分子を溶媒中に均一に溶解させる。この方法による溶
解の機構は次のように解釈される。First, high molecular weight polyethylene powder is subjected to a wetting process using an organic solvent that can dissolve polyethylene at high temperatures in an amount sufficient to wet the raw material at a temperature range that does not cause the solvent to swell the raw polyethylene. give Next, a required amount of solvent heated to 130 to 180°C is poured into the wet-treated raw material, or the raw material is poured into a solvent heated to the above temperature. The polyethylene molecules are uniformly dissolved in the solvent by either of the following methods: The mechanism of dissolution by this method is interpreted as follows.
まず第1段階として、予め溶媒で湿潤したポリエチレン
粒子は熱溶媒の一部分を吸収してほぼ平衡膨漣に近い状
態となり、膨潤粒子中の分子が極めて分散しやすい状態
に至る。この過程はほぼ瞬間的である。次いで第二段階
として、分子は蝿拝の効果を得て余剰の熱溶媒中に分散
し均一な溶液を形成する。ここに必要な撮梓は充分に膨
潤した個々の粒子の形状を解きほぐすといった程度の緩
やかなものであり、蝿梓時間も数分程度の極く短時間で
充分である。この機構は日常生活でrくず湯」を作る場
合、いわゆる「ままこ」の生成を避けるため予め澱粉粒
子を水で湿らせ、その中に熱湯を注入する場合と全く同
様に考えることができる。以上のような本溶解方法の第
一の特徴としては、操作が極めて短時間に行われるから
、ポリエチレンを長時間高温に曝して機械的作用を与え
る場合に起こり得る分子の変質や分子量低下の危燥がな
いことが挙げられる。First, in the first step, the polyethylene particles pre-wetted with a solvent absorb a portion of the hot solvent and become in a state close to equilibrium swelling, resulting in a state in which the molecules in the swollen particles are extremely easy to disperse. This process is almost instantaneous. Then, in the second step, the molecules are dispersed in the excess hot solvent to form a homogeneous solution. The processing required here is gradual, such as loosening the shape of each sufficiently swollen particle, and a very short time of several minutes is sufficient for the processing. This mechanism can be thought of in exactly the same way as when making r-kuzu-yu in daily life, starch particles are moistened with water in advance and hot water is poured into it to avoid the formation of so-called "mamako". The first feature of this dissolution method as described above is that the operation is performed in an extremely short time, which eliminates the risk of molecular deterioration and molecular weight reduction that can occur when polyethylene is exposed to high temperatures for a long period of time and subjected to mechanical action. One example is that there is no dryness.
第二に本溶解方法によれば極めて高濃度の溶液、原理的
にはポリエチレン粒子と溶媒との平衡膨潤比から計算さ
れる値に近い濃度までの溶液の調製が可能なことが挙げ
られる。しかも原料ポリエチレンの全量が、器壁等への
付着が起こることなく均一に溶解されるので、使用する
原料ポリエチレンと溶媒の何れにも損失がなく、それぞ
れの使用量から計算される通りの正確な濃度のドーブの
調製が可能である。本発明のポリエチレン溶解法の適用
の可能なポリエチレンの平均分子量範囲には特に制限が
ないが、成形用のドープ、しかも繊維またはフィルムに
加工する工程において高倍率の延伸を与えて高弾性の製
品を得るといった本来の目的からは重量平均分子量が百
万級のいわゆる超高分子量ポリエチレンと呼ばれるもの
、具体的には重量平均分子量8×1ぴ程度以上のものが
対象となる。なお、ポリエチレン原料として、本発明の
由来する実験においては粒径0.1肋程度の市販の成形
用高分子量ポリエチレン粉末を対象としているが、本溶
解方法の適用の可否は粒径を問わない。本発明のドープ
調製に用いられる溶媒は、緒温でポリエチレンを溶解す
ることなく、130℃程度以上の高温で均一に溶解し、
かつ変質を与えない有機物であれば何でもよいが、ポリ
エチレンは元来離縁性のポリマーであるから自ずからそ
の種類は限定される。Second, according to the present dissolution method, it is possible to prepare a solution with an extremely high concentration, which in principle has a concentration close to the value calculated from the equilibrium swelling ratio between the polyethylene particles and the solvent. Moreover, the entire amount of raw polyethylene is uniformly dissolved without adhesion to the vessel walls, etc., so there is no loss of either the raw polyethylene used or the solvent, and the amount of each used is accurately calculated. It is possible to prepare concentrated doves. There is no particular limit to the average molecular weight range of polyethylene to which the polyethylene dissolution method of the present invention can be applied, but it can be used as a dope for molding, and moreover, in the process of processing into fibers or films, it can be stretched at a high magnification to produce highly elastic products. For the original purpose of obtaining polyethylene, the target is what is called ultra-high molecular weight polyethylene with a weight average molecular weight of 1,000,000 or more, specifically, one with a weight average molecular weight of about 8×1 or more. In addition, as the polyethylene raw material, although commercially available high molecular weight polyethylene powder for molding with a particle size of about 0.1 pores was used as the polyethylene raw material, the particle size does not matter whether the present melting method is applicable or not. The solvent used for preparing the dope of the present invention does not dissolve polyethylene at early temperatures, but dissolves it uniformly at a high temperature of about 130°C or higher,
Any organic material may be used as long as it does not cause deterioration, but since polyethylene is originally a dissociable polymer, its type is naturally limited.
この目的のために好ましい溶媒としては、純粋または異
体性を含むパラキシレン、デカヒドロナフタリン、テト
ラヒドロナフタリン等の芳香族化合物、液状パラフィン
のごとき脂肪族化合物、およびそれらのハロゲン誘導体
の単独物またはそれらの2種類以上の混合物等が挙げら
れる。本発明によって調整可能な溶液中のポリマー濃度
の範囲の上限は、原理的には上に述べたごと〈ポリエチ
レン粒子と溶媒との平衛膨漣比から計算されるものに近
い値であるが、実際の操作においては湿潤処理を施した
粒子を一定量の熱溶媒に同時にかつ均一に接触、膨潤さ
せることは不可能であるから自ずから限界がある。Preferred solvents for this purpose include aromatic compounds such as pure or isomeric paraxylene, decahydronaphthalene, tetrahydronaphthalene, aliphatic compounds such as liquid paraffin, and their halogen derivatives alone or Examples include mixtures of two or more types. The upper limit of the range of the polymer concentration in the solution that can be adjusted by the present invention is, in principle, as stated above (a value close to that calculated from the Heiwei swelling ratio of the polyethylene particles and the solvent; In actual operations, it is impossible to simultaneously and uniformly contact and swell wet-treated particles with a certain amount of a hot solvent, so there is a natural limit.
実践的な濃度限界はポリエチレンの重量平均分子量や溶
媒の種類にも依存する。例えば重量平均分子量が極めて
大きな3×1ぴ程度のポリエチレン粒子の場合には、本
発明による膨濁、分散法においても均一な溶液の調製が
可能なのはポリマー濃度1の重量%程度までが限界であ
る。平均分子量がこれより小さいものについては、これ
より高濃度の均一な溶液の調製が可能である。しかし、
ドープを成形加工に用いるという本来の目的からは、極
端に高濃度、高粘性の溶液を調製することが趣旨ではな
く、現実的にはドープの成形加工性、得られる繊維やフ
ィルムの性能が考慮されねばならない。本発明の対象と
する重量平均分子量が8×1び以上のポリエチレン原料
について妥当な濃度範囲はおよそ2の重量%までである
。次に、成形用ドープの安定性について言及する。Practical concentration limits also depend on the weight average molecular weight of the polyethylene and the type of solvent. For example, in the case of polyethylene particles with an extremely large weight average molecular weight of about 3 x 1, even with the swelling and dispersion method of the present invention, it is possible to prepare a uniform solution only at a polymer concentration of about 1% by weight. . If the average molecular weight is smaller than this, it is possible to prepare a uniform solution with a higher concentration than this. but,
The original purpose of using dope in molding processing is not to prepare an extremely highly concentrated or highly viscous solution, but in reality, the molding processability of the dope and the performance of the resulting fibers and films must be considered. must be done. For polyethylene raw materials with weight average molecular weights of 8 x 1 or greater, which are the subject of this invention, a reasonable concentration range is up to approximately 2% by weight. Next, the stability of the molding dope will be discussed.
端的にいえば、上述の各種溶媒に熔解したポリエチレン
のドープは、それら溶媒中におけるポリエチレンの概略
の結晶化温度である120℃以上に保持すれば2〜3時
間安定である。例えば、130qoに保持する試験では
、ドープの粘度および成形性には2〜3時間にわたって
殆ど変化が認められず、爾後の成形操作には全く影響が
なかった。一方、処℃に保持した場合には、透明なドー
ブ中のポリマーは30分後に結晶化を開始して白濁、長
時間後には固化して白色の魂となり、溶剤を排除して固
液に分離した。本発明の方法によって調製したドープの
特徴は、上述の安定性に加えて成形性に優れていること
にある。To put it simply, the polyethylene dope dissolved in the various solvents mentioned above is stable for 2 to 3 hours if kept at 120° C. or higher, which is the approximate crystallization temperature of polyethylene in those solvents. For example, in a test in which the dope was maintained at 130 qo, almost no change was observed in the viscosity and moldability of the dope over a period of 2 to 3 hours, and the subsequent molding operation was not affected at all. On the other hand, when the polymer in the transparent dove is kept at temperature 30 minutes, it begins to crystallize and becomes cloudy, and after a long period of time it solidifies into a white mass, and the solvent is removed and the polymer separates into solid and liquid. did. The dope prepared by the method of the present invention is characterized by excellent moldability in addition to the above-mentioned stability.
例えば、重量平均分子量1.9×1びのポリエチレンを
原料とする場合、濃度0.5〜1の重量%のドープから
連続したゲル状繊維を紙糸することが可能であった。こ
れらの繊維は極めて延伸性に富み、120℃の熱延伸に
おいては、ポリマー濃度2重量%のドープから紙糸した
繊維で約3ぴ音、5%ドープからの繊維で約2M苔、1
0%ドープからの繊維で約1M音といった高倍率の延伸
が可能であった。この加工によって得られる製品が優れ
た性能を有することは、実施例に記載の通りである。次
に、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。なお
、これらは本発明の内容を制限するものではない。実施
例 1
高分子量ポリエチレン(ミリオン、24印け.重量平均
分子量1.9×1ぴ)を最終的な濃度が2重量%になる
ように秤量し、このポリマーに対して重量の0.5%の
ジ・ターシヤルプチル・パラクレゾールを添加、常温で
少量のデカリンを加えてポリエチレン粒子が湿潤するよ
うにかきまぜた。For example, when using polyethylene with a weight average molecular weight of 1.9 x 1 as a raw material, it was possible to make continuous gel-like fibers into paper yarn from a dope with a concentration of 0.5 to 1% by weight. These fibers have extremely high drawability, and when hot drawn at 120°C, fibers made from paper yarn made from a dope with a polymer concentration of 2% by weight have a tensile strength of about 3 peas, and fibers made from a 5% dope have a tensile strength of about 2M moss, 1
It was possible to draw the fiber from 0% dope at a high magnification of about 1M sound. As described in the Examples, the products obtained by this processing have excellent performance. Next, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples. Note that these do not limit the content of the present invention. Example 1 High molecular weight polyethylene (Million, 24 marks. Weight average molecular weight 1.9 x 1 p) was weighed out to a final concentration of 2% by weight, and 0.5% by weight of the polymer di-tertiarybutyl paracresol was added, a small amount of decalin was added at room temperature, and the mixture was stirred to wet the polyethylene particles.
一方、別の容器中に所要量のデカリンを沸騰するまで加
熱し、この熱溶剤をさきに湿潤させておいたポリエチレ
ン粒子の入った容器中に素早く注入しつつ鷹拝を行った
。溶剤の注入によりポリエチレン粒子は会合することな
く、熱溶剤を吸収して個々の粒子のまま溶剤の量とほぼ
同体積に膨潤し、時間の経過とともに粘稲な溶液となっ
た。粒子の形状は熱溶剤の注入からおよそ2分間後には
ほぼ完全に消失し、蝿洋棒を引き上げた場合にそれを伝
わって流下する溶液は極めて均一な水飴状の外観を呈し
た。注入するデカリン温度はその沸点である1班.3q
o以下、好ましくは180qo近傍が適当で、縄拝しつ
つ溶解を継続する間、溶液の温度は13000以上に保
持することが必要である。溶剤を注入してから均一なポ
リマードープが形成されるまでの時間は、および3分間
、長くても5分間以内で充分である。この成形用ドープ
の安定性を評価するため、ドープを130こ0に保持し
た陣温油槽中に保存し、一定時間毎にその粘度を測定し
た。得られた結果を30分後の値を基準とした相対値で
表1に示す。実施例 2
実施例1と同一のポリエチレンを原料とし、キシレンを
溶媒に用いて同様の方法によって、濃度が5重量%の均
一な成形用ドープを得た。Meanwhile, in another container, the required amount of decalin was heated until it boiled, and the hot solvent was quickly poured into the container containing the polyethylene particles, which had been moistened earlier, while performing the hawk worship. When the solvent was injected, the polyethylene particles absorbed the hot solvent without aggregating, and swelled as individual particles to approximately the same volume as the solvent, and over time, the polyethylene particles became a sticky solution. The shape of the particles almost completely disappeared approximately 2 minutes after injection of the hot solvent, and when the fly rod was pulled up, the solution flowing down the rod had an extremely uniform starch syrup-like appearance. The temperature of injected decalin is 1 group, which is its boiling point. 3q
The temperature of the solution must be maintained at 13,000 or higher while continuing dissolution while stirring. The time from injection of the solvent to the formation of a uniform polymer dope is sufficient to be within 3 minutes, and at most 5 minutes. In order to evaluate the stability of this molding dope, the dope was stored in a hot oil tank maintained at 130°C, and its viscosity was measured at regular intervals. The results obtained are shown in Table 1 as relative values based on the value after 30 minutes. Example 2 A uniform molding dope having a concentration of 5% by weight was obtained in the same manner as in Example 1 using the same polyethylene as a raw material and xylene as a solvent.
均一なドープを得るに必要な蝿拝時間は約2分間であっ
た。溶剤としてキシレンを使用する場合、キシレンの沸
点が約140ooと低く、ポリマーを溶解中に溶液温度
が130ごC以下になり易いので、特に保温に注意する
ことが必要である。このようにして調製したドープの1
30qoにおける粘度を時間の経過を追って測定し、3
0分後の値を基準とする相対値で表1に示す。表1 ド
ーブの安定性(30分を基準とする粘度の相対値,13
0C)実施例 3
高分子量ポリエチレン(ミリオン、240M、重量平均
分子量1.9×1び)を原料とし、湿潤処理にキシレン
・デカリン混合物を用い、溶解用にはデカリンを用いて
、実施例1と同様の方法でポリマー濃度1の重量%のド
ープを調製した。The incubation time required to obtain a uniform dope was approximately 2 minutes. When xylene is used as a solvent, special care must be taken to keep it warm since the boiling point of xylene is as low as about 140° C. and the solution temperature tends to drop below 130° C. while dissolving the polymer. 1 of the dope thus prepared
The viscosity at 30qo was measured over time, and 3
Table 1 shows relative values based on the value after 0 minutes. Table 1 Dove stability (relative value of viscosity based on 30 minutes, 13
0C) Example 3 Using high molecular weight polyethylene (Million, 240M, weight average molecular weight 1.9 x 1) as a raw material, using a xylene-decalin mixture for wet treatment, and using decalin for dissolution, the same procedure as Example 1 was carried out. A dope with a polymer concentration of 1% by weight was prepared in a similar manner.
この場合には、ポリエチレンの濃度が高いため粒子の膨
潤に若干の不均一性が現れ、膨潤したポリマーの塊の表
面と内部が均一化するまでほぼ10分間の櫨梓を必要と
した。この様にして調製したドープはゼリー状を呈し極
めて粘度が高かったが、13ぴ0に保溢した鮫糸筒から
1.0肌径の口金を通して水中に紙出、連続した繊維と
してボビンに捲取ることができる。実施例 4
高分子量ポリエチレン(ミリオン、24mM、重量平均
分子量1.6×1び)を原料とし、デカIJンを溶媒に
用いて、実施例1と同機の方法で2分間の蝿梓により、
ポリマー濃度が5重量%の均一なドープを調製した。In this case, due to the high concentration of polyethylene, some non-uniformity appeared in the swelling of the particles, and it took approximately 10 minutes for the surface and interior of the swollen polymer mass to become uniform. The dope prepared in this way had a jelly-like appearance and extremely high viscosity, but it was passed through a 1.0-diameter nozzle from a shark thread tube filled with 13 pips and poured into water, and wound as a continuous fiber onto a bobbin. You can take it. Example 4 Using high molecular weight polyethylene (Million, 24mM, weight average molecular weight 1.6 x 1) as a raw material, using Deca IJin as a solvent, by using the same method as in Example 1, by shaving for 2 minutes,
A uniform dope with a polymer concentration of 5% by weight was prepared.
このドープを130℃に保温した紙糸筒から1.0職の
径の口金を通して水中に紡出、連続した繊維としてボビ
ンに捲取った。この繊維からメタノールによりデカリン
を抽出除去し、白色の多孔質繊維を得た。この繊維は常
温においても容易に6.7倍まで引伸すことが出来、1
20℃における延伸では3針苔まで引伸すことが出来た
。実施例 5実施例4と同様のポリエチレン、溶媒を用
い、同様の方法でポリマー濃度が2重量%のドープを得
た。This dope was spun into water from a paper thread tube kept at 130° C. through a nozzle with a diameter of 1.0 mm, and wound into a bobbin as a continuous fiber. Decalin was extracted and removed from the fibers using methanol to obtain white porous fibers. This fiber can be easily stretched up to 6.7 times even at room temperature;
By stretching at 20°C, it was possible to stretch up to 3 needles. Example 5 Using the same polyethylene and solvent as in Example 4, a dope having a polymer concentration of 2% by weight was obtained in the same manner.
ドーブの均一化に要する縄梓時間は約3分間であった。
このドープを130qoに保温した級糸筒から実施例4
と同様に水中織糸して連続した繊維を得た。メタノール
により繊維中のデカリンを抽出除去した繊維は常温で3
.4倍まで、12000における延伸では2の音まで引
伸すことが出来た。実施例 6実施例4と同様のポリエ
チレン、溶媒を用い、同機の方法でポリマー濃度が1の
重量%のドープを得た。The time required for the rope to be uniformed was about 3 minutes.
Example 4 from a grade yarn tube in which this dope was kept warm at 130 qo.
Continuous fibers were obtained by underwater weaving in the same manner as above. Fibers with decalin extracted and removed from the fibers using methanol have a
.. By stretching at 12,000 times, it was possible to stretch up to 2 tones. Example 6 Using the same polyethylene and solvent as in Example 4, a dope with a polymer concentration of 1% by weight was obtained by the same method.
ドープの均一化に要する櫨梓時間は約1ぴ分間であった
。このドープを130℃に保温した紙糸筒から実施例4
と同様に水中紡糸して連続した繊維を得た。メタノール
により繊維中のデカリンを抽出除去した繊維は常温で2
.2倍まで、120qCにおける延伸でIM音まで引伸
すことができた。実施例 7実施例4.5および6で得
た120℃で延伸した繊維について、試料長15仇舷、
引伸速度10物価/minで測定した力学的性能を表2
に示す。The time required to homogenize the dope was about 1 minute. Example 4 From a paper thread tube in which this dope was kept at 130°C
Continuous fibers were obtained by underwater spinning in the same manner as above. Fibers from which decalin has been extracted and removed with methanol have a
.. It was possible to stretch up to 2 times the IM sound by stretching at 120qC. Example 7 Regarding the fibers drawn at 120°C obtained in Examples 4.5 and 6, the sample length was 15 m,
Table 2 shows the mechanical performance measured at a stretching speed of 10/min.
Shown below.
表2 120℃で延伸した繊維の力学性能ドープ濃度:
2重量協
ドーブ濃度:5重量協
ドープ濃度:10重量略Table 2 Mechanical performance of fibers drawn at 120°C Dope concentration:
2 weight co-dope concentration: 5 weight co-dope concentration: 10 weight omitted
Claims (1)
分子量ポリエチレンを原料とし、高温でポリエチレンを
溶解し得る沸点120℃以上の有機溶媒を溶剤に用いて
成形用ドープを調製するに当たり、予め溶媒が原料ポリ
エチレンを膨潤させない温度範囲において原料を湿潤す
るに充分な量の溶媒を用いて原料に湿潤処理を施し、次
いで湿潤処理を施した原料に130〜180℃に加熱し
た溶媒を注入しつつ撹拌を行うか、あるいは湿潤処理を
施した原料を上記の温度に加熱した溶媒中に撹拌しつつ
投入するかの何れかの方法によつて、原料の均一な溶解
を行うことを特徴とする高分子量ポリエチレンの成形用
ドープの調製方法。 2 沸点120℃以上の有機溶媒が脂肪族系炭化水素、
芳香族系炭化水素およびそれらのハロゲン誘導体の単独
もしくは2種以上の混合物である特許請求の範囲第1項
記載の調製方法。 3 ドープのポリマー濃度が20重量%以下である特許
請求の範囲第1項記載の調製方法。[Claims] 1. A molding dope is prepared using high molecular weight polyethylene with a weight average molecular weight of at least 8 x 10^5 or more as a raw material and using as a solvent an organic solvent with a boiling point of 120°C or higher that can dissolve polyethylene at high temperatures. In doing so, the raw material is subjected to a wetting treatment in advance using a sufficient amount of solvent to wet the raw material within a temperature range in which the solvent does not swell the raw material polyethylene, and then the raw material subjected to the wetting treatment is heated to 130 to 180 ° C. with a solvent. Uniform dissolution of the raw materials can be achieved by either stirring while injecting the raw materials, or by adding the wet-treated raw materials into a solvent heated to the above temperature while stirring. A method for preparing a dope for molding high molecular weight polyethylene. 2 The organic solvent with a boiling point of 120°C or higher is an aliphatic hydrocarbon,
The preparation method according to claim 1, wherein the aromatic hydrocarbon and its halogen derivative are used alone or in a mixture of two or more. 3. The preparation method according to claim 1, wherein the polymer concentration of the dope is 20% by weight or less.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18569882A JPS6022010B2 (en) | 1982-10-22 | 1982-10-22 | Method for preparing high molecular weight polyethylene molding dope |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18569882A JPS6022010B2 (en) | 1982-10-22 | 1982-10-22 | Method for preparing high molecular weight polyethylene molding dope |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5978238A JPS5978238A (en) | 1984-05-07 |
JPS6022010B2 true JPS6022010B2 (en) | 1985-05-30 |
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ID=16175298
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---|---|---|---|
JP18569882A Expired JPS6022010B2 (en) | 1982-10-22 | 1982-10-22 | Method for preparing high molecular weight polyethylene molding dope |
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Families Citing this family (5)
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JPH0627224B2 (en) * | 1984-05-28 | 1994-04-13 | 工業技術院長 | Ultra high molecular weight polyethylene composition |
NL8402964A (en) * | 1984-09-28 | 1986-04-16 | Stamicarbon | PROCESS FOR PREPARING HIGH TENSILE AND HIGH MODULUS POLYALKENE FILMS |
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EP0212133B2 (en) * | 1985-08-19 | 1999-09-22 | AlliedSignal Inc. | Method to prepare high strength ultrahigh molecular weight polyolefin articles by dissolving particles and shaping the solution |
US5032338A (en) * | 1985-08-19 | 1991-07-16 | Allied-Signal Inc. | Method to prepare high strength ultrahigh molecular weight polyolefin articles by dissolving particles and shaping the solution |
-
1982
- 1982-10-22 JP JP18569882A patent/JPS6022010B2/en not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS5978238A (en) | 1984-05-07 |
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