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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-02-27
(45)【発行日】2024-03-06
(54)【発明の名称】超高分子量ポリエチレン製成形体
(51)【国際特許分類】
   C08J 5/00 20060101AFI20240228BHJP
   C08L 23/06 20060101ALI20240228BHJP
   C08F 110/02 20060101ALI20240228BHJP
【FI】
C08J5/00 CES
C08L23/06
C08F110/02
【請求項の数】 4
(21)【出願番号】P 2020024095
(22)【出願日】2020-02-17
(65)【公開番号】P2021127416
(43)【公開日】2021-09-02
【審査請求日】2023-01-18
(73)【特許権者】
【識別番号】000003300
【氏名又は名称】東ソー株式会社
(72)【発明者】
【氏名】稲富 敬
(72)【発明者】
【氏名】清水 由惟
【審査官】石塚 寛和
(56)【参考文献】
【文献】特開2015-034287(JP,A)
【文献】特開2018-154799(JP,A)
【文献】特開2015-193816(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C08J 5/00-5/02、5/12-5/22
C08L 1/00-101/14
C08F 6/00-246/00、301/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
超高分子量ポリエチレン製成形体であって、以下の(1)~(3)及び(5)の特性のいずれをも満足するものであることを特徴とする超高分子量ポリエチレン製成形体。
(1)135℃で測定した固有粘度([η])が15dl/g以上80dL/g以下である。
(2)示差走査熱分析において、0℃から10℃/分の昇温速度で230℃まで昇温(1stスキャン)した時の融点(Tm)が、その後、5分間放置後、10℃/分の降温速度で-20℃まで降温し、5分間放置後、再度、10℃/分の昇温速度で-20℃から230℃まで昇温(2ndスキャン)した際の融点(Tm)に比べて、2℃以上高い。
(3)上記(2)の示差走査熱分析において、1stスキャンにて測定した融解熱(ΔH)が125J/g以上200J/g以下である。
(5)小角X散乱と示差走査熱分析から算出された結晶サイズが、40nm以上である。
【請求項2】
さらに(4)上記Tmが140℃以上である、ことを特徴とする請求項1に記載の超高分子量ポリエチレン製成形体。
【請求項3】
成形金型内状態調整済及び/又はアニール調整済の成形体である、ことを特徴とする請求項1又は2に記載の超高分子量ポリエチレン製成形体。
【請求項4】
さらに、(6)数平均分子量と重量平均分子量の比で表される分子量分布が、3以上5以下である、ことを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の超高分子量ポリエチレン製成形体
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、高い融点を有する超高分子量ポリエチレン製成形体に関するものであり、さらに詳細には、強度、耐熱性、耐摩耗性に優れることから、各種機械部品、テープ、シート、各種シーラント材、ガイドレール、等としての適用が期待される超高分子量ポリエチレン製成形体に関するものである。
【背景技術】
【0002】
超高分子量ポリエチレンは、粘度平均分子量(Mv)で100万以上に相当する極めて高い分子量を有していることから、耐衝撃性、自己潤滑性、耐摩耗性、耐候性、耐薬品性、寸法安定性等に優れており、エンジニアリングプラスチックに匹敵する高い物性を有している。このため、各種成形方法により、ライニング材、食品工業のライン部品、機械部品、人工関節、スポーツ用品、微多孔膜等の用途への適用が試みられている。
【0003】
しかし、超高分子量ポリエチレンは、その高い分子量故に、溶融時の流動性が極めて低く、分子量が数万から約50万の範囲にある通常のポリエチレンのように混練押出により成形することは困難である。そこで、超高分子量ポリエチレンは、重合により得られた重合体粉末を直接焼結する方法、圧縮成形する方法、間歇圧縮させながら押出成形するラム押出機による成形方法、溶媒等に分散させた状態で押出成形した後、溶媒を除去する方法等の方法が行われている。
【0004】
このうち、超高分子量ポリエチレンの圧縮成形体、押出成形体は、現在市販されているチーグラー触媒によって製造される超高分子量ポリエチレンよりなり、該超高分子量ポリエチレンは、分子量分布が広いため、成形体の強度の向上は、通常分子量のポリエチレンに比べて十分に向上したものとは言えず、また、耐熱性も十分とは言えなかった。
【0005】
一方、メタロセン系触媒、ポストメタロセン系触媒を用いて製造した分子量分布の狭い超高分子量エチレン系重合体も提案されている(例えば特許文献1、2参照。)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特許4868853号
【文献】特開2006-36988号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかし、特許文献1、2に提案された超高分子量ポリエチレンを用いて溶融圧縮成形体を製造した場合、成形品としての性能向上は見られるものの、強度、耐熱性という点では、その性能は充分満足を得られるものではなかった。
【0008】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、本来超高分子量ポリエチレンの有する特性を十分に発揮した耐熱性、高強度、耐摩耗性に優れる超高分子量ポリエチレン製成形体を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、特定の分子量、特性の融点、特定の融解量を有する超高分子量ポリエチレンを構成体とする超高分子量ポリエチレン製成形体が、強度、耐熱性、耐摩耗性等の各種物性のバランスに優れるものとなることを見出し、本発明を完成させるに到った。
【0010】
即ち、本発明は、超高分子量ポリエチレン製成形体であって、以下の(1)~(3)の特性のいずれをも満足するものであることを特徴とする超高分子量ポリエチレン製成形体。
(1)135℃で測定した固有粘度([η])が15dl/g以上80dL/g以下である。
(2)示差走査熱分析において、0℃から10℃/分の昇温速度で230℃まで昇温(以下、1stスキャンと記す場合もある)した時の融点(以下、Tmと記す場合もある)が、その後、5分間放置後、10℃/分の降温速度で-20℃まで降温し、5分間放置後、再度、10℃/分の昇温速度で-20℃から230℃まで昇温(以下、2ndスキャンと記す場合もある)した際の融点(以下、Tmと記す場合もある)に比べて、2℃以上高い。
(3)上記(2)の示差走査熱分析において、1stスキャンにて測定した融解熱(以下、ΔHと記す場合もある)が125J/g以上200J/g以下である。
【0011】
以下に、本発明を詳細に説明する。
【0012】
本発明の超高分子量ポリエチレン製成形体は、超高分子量ポリエチレンより構成されてなるものであり、成形体としての賦形を行った超高分子量ポリエチレンは、上記の(1)~(3)の特性のいずれをも満足するものである。そして、該超高分子量ポリエチレンとしては、ポリエチレンと称される範疇のものが属し、例えば超高分子量エチレン単独重合体;超高分子量エチレン-プロピレン共重合体、超高分子量エチレン-1-ブテン共重合体、超高分子量エチレン-1-ヘキセン共重合体、超高分子量エチレン-1-オクテン共重合体等の超高分子量エチレン-α-オレフィン共重合体;等を挙げることができる。
【0013】
該超高分子量ポリエチレンは、(1)135℃で測定した固有粘度([η])が15dl/g以上80dL/g以下のものである。ここで、固有粘度が15dl/g未満である場合、成形体の機械的特性、耐衝撃性、耐摩耗性が劣るばかりか、高いTmを有する成形体とすることも困難となる。一方、固有粘度が80dl/gを超えるものである場合、成形時の流動性に劣るため、成形体の製造自体が困難なものとなる。なお、本発明における固有粘度は、例えばウベローデ型粘度計を用い、デカヒドロナフタレンを溶媒としたポリマー濃度0.0005~0.01%の溶液にて、135℃において測定する方法により測定することが可能である。
【0014】
該超高分子量ポリエチレンは、(2)示差走査熱分析において、1stスキャンした時のTmが、その後、5分間放置後、10℃/分の降温速度で-20℃まで降温し、5分間放置後、再度、2ndスキャンした際のTmに比べて、2℃以上、より好ましくは3℃以上高いものである。本発明の超高分子量ポリエチレン成形体は、一般的な融点と称されるTmより高い融点であるTmを有する該超高分子量ポリエチレン製であることにより耐熱性に優れるばかりか、機械的特性、耐摩耗性にも優れるものとなる。ここで、TmとTmの温度差が2℃未満である場合、成形体は、強度、耐熱性、耐摩耗性等が十分ではないものとなる。そして、本発明の成形体としては、特に高い耐熱性を示すものとなることから、(4)Tmが140℃を超えるものであることが好ましい。
【0015】
該超高分子量ポリエチレンは、上記の1stスキャンにて測定したΔHmが125J/g以上210J/g以下のものであり、より好ましくは160J/g以上200J/g以下のものである。ここで、ΔHmが125J/g未満である場合、耐熱性、強度が劣る成形体となる。一方、ΔHmが210J/gを超える場合、脆い、シーラント材に用いたときに基材への形状追随性が劣る、等の課題が発生する。
【0016】
本発明の超高分子量ポリエチレン製成形体が、従来の超高分子量ポリエチレン製成形体より機械的特性、耐摩耗性、耐熱性に優れるとの効果発現の機構は明確ではないが、従来の成形体に対して高度に成長した結晶を形成させることによるものと考えている。その際に高度に成長した結晶とは、結晶(結晶ラメラ相)の厚みの指標である融点、結晶量(結晶化度)の指標である融解熱量等により表すことができる。さらに、本発明の超高分子量ポリエチレン製成形体は、より機械的特性、耐熱性、耐摩耗性に優れるものとなることから、小角X線散乱から求められる、結晶の幅方向の大きさの指標である結晶サイズの大きなものが好ましく、特に(5)結晶サイズが40nm以上、さらに50nm以上であることが好ましい。
【0017】
なお、結晶サイズは、バックグランドを補正したのちの超小角X線散乱のパターンの両対数プロットにおける、同プロットの2本の近似線の交点のq値から算出される、結晶相+非晶相の長さに相当する相関長(=2π/q)に、示差走査熱分析の融解熱から求めた結晶化度を乗じた値として求められる。
結晶サイズ=(小角X線散乱から求めた相関長)×(結晶化度)
(なお、結晶化度=ΔHm/293(=完全結晶の融解熱))
そして、このような超高分子量ポリエチレン製成形体とするためには、結晶成長を妨げるオリゴマー等の低分子量成分が少なく、分子量が揃っている、分子量分布が狭い超高分子量ポリエチレンにより構成することが好ましい。一方、過度に分子量分布が狭いと、流動性が低下し、加工性が低下する。このような観点から、本発明の超高分子量ポリエチレン製成形体は、Mw/Mnが3以上6未満の超高分子量ポリエチレンにより構成されることが好ましく、特に3以上5未満の超高分子量ポリエチレンにより構成されることが好ましい。なお、超高分子量ポリエチレンの分子量分布は、ゲル・パーミエイション・グロマトグラフィ(GPCと記すこともある。)により測定した、MwとMnより求めることができる。
【0018】
このような超高分子量ポリエチレンの製造方法としては、該超高分子量ポリエチレンの製造が可能であれば如何なる方法を用いても良く、例えば重合触媒を用い、エチレンの単独重合、エチレンと他のオレフィンとの共重合を行う方法を挙げることができ、その際のα-オレフィンとしては、例えばプロピレン、1-ブテン、4-メチル-1-ペンテン、1-ヘキセン、1-オクテン等を挙げることができる。また、重合方法としては、例えば溶液重合法、塊状重合法、気相重合法、スラリー重合法等の方法を挙げることができ、その中でも、特に粒子形状が整った超高分子量ポリエチレンの製造が可能となると共に、成形体とした際に容易に高融点、高結晶化度を発現し、機械的強度、耐熱性、耐摩耗性に優れる超高分子量ポリエチレン製成形体を効率よく安定的に得ることが可能となることからスラリー重合法であることが好ましい。また、スラリー重合法に用いる溶媒としては、一般に用いられている有機溶媒であればいずれでもよく、例えばベンゼン、トルエン、キシレン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン等が挙げられ、イソブタン、プロパン等の液化ガス、プロピレン、1-ブテン、1-オクテン、1-ヘキセンなどのオレフィンを溶媒として用いることもできる。
【0019】
また、有機遷移金属化合物触媒系超高分子量ポリエチレンを得る際の有機遷移金属化合物触媒を構成する有機遷移金属化合物としては、例えば(置換)シクロペンダジエニル環,(置換)インデニル環,(置換)フルオレニル環,(置換)アズレニル環等のシクロペンタジエニル骨格を有する配位子から選ばれる、2個の配位子と中心金属によりサンドイッチ構造を形成する遷移金属錯体であるメタロセン錯体;1個の(置換)シクロペンダジエニル環,(置換)インデニル環,(置換)フルオレニル環等を有する遷移金属錯体である、ハーフメタロセン錯体;シリルアミド遷移金属錯体,シクロペンタジエニル骨格を有さず、アルコキシ基,アミド基,イミノ基等の配位子を有する、フェノシキイミド遷移金属錯体,ピリジルイミノ遷移金属錯体等のポストメタロセン錯体;等を、例示することができる。
【0020】
そして、これら有機遷移金属化合物を、助触媒である、イオン化イオン性化合物、粘土化合物、アルミノオキサンを担持した担体等の粒子、もしくは、これら助触媒が粒子状の場合は、その粒子に、有機遷移金属化合物を担持した担持触媒を有機遷移金属化合物触媒として用いて、気相重合、懸濁重合等により超高分子量ポリエチレンを得ることができる。
【0021】
該有機遷移金属化合物触媒系超高分子量ポリエチレンの製造方法の具体的例示として、メタロセン触媒を用いた製造例として以下に示す。
【0022】
例えば少なくとも有機遷移金属化合物(A)、脂肪族塩にて変性した有機変性粘土(B)及び有機アルミニウム化合物(C)より得られるメタロセン触媒を調製することができる。
【0023】
そして、該遷移金属化合物(A)としては、例えば(置換)シクロペンタジエニル基と(置換)フルオレニル基を有する遷移金属化合物錯体、(置換)シクロペンタジエニル基と(置換)インデニル基を有する遷移金属化合物錯体、(置換)インデニル基と(置換)フルオレニル基を有する遷移金属化合物錯体等を挙げることができ、その際の遷移金属としては、例えばジルコニウム、ハフニウム等を挙げることができ、その中でも特に超高分子量ポリエチレンを効率よく製造することが可能となることから、(置換)シクロペンタジエニル基とアミノ基置換フルオレニル基を有するジルコニウム化合物錯体、(置換)シクロペンタジエニル基とアミノ基置換フルオレニル基を有するハフニウム化合物錯体であることが好ましい。
【0024】
また、脂肪族塩にて変性した有機変性粘土(B)としては、例えば、脂肪族アンモニウム塩、脂肪族ホスフォニウム塩、等の脂肪族塩により変性された粘土を挙げることができる。
【0025】
また、該有機変性粘土(B)を構成する粘土化合物としては、天然品、または合成品のいずれも用いることができ、カオリナイト、タルク、スメクタイト、バーミキュライト、雲母、脆雲母、縁泥石等を例示できる。この中でも、入手が容易で、取り扱いもしやすいことから、スメクタイト、特に、ヘクトライトまたはモンモリロナイトが好ましい。
【0026】
該有機変性粘土(B)は、該粘土化合物の層間に該脂肪族塩を導入し、イオン複合体を形成することにより得る事が可能である。
【0027】
該有機アルミニウム化合物(C)としては、有機アルミニウム化合物と称される範疇に属するものであれば如何なるものも用いることができ、例えばトリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウムなどのアルキルアルミニウムなどを挙げることができる。
【0028】
該有機遷移金属化合物触媒の調製方法に関しては、該触媒を調製することが可能であれば如何なる方法を用いてもよく、それを構成する該遷移金属化合物(A)(以下(A)成分ということもある。)、該有機変性粘土(B)(以下、(B)成分ということもある。)に関して不活性な溶媒中あるいは重合を行うモノマーを溶媒として用い、混合する方法などを挙げることができる。また、これらの各々の成分を反応させる順番に関しても制限はなく、この処理を行う温度、処理時間も制限はない。また、(A)成分、(B)成分、(C)成分のそれぞれを2種類以上用いて超高分子量ポリエチレン製造用触媒を調製することも可能である。
【0029】
該超高分子量ポリエチレンを製造する際の重合温度、重合時間、重合圧力、モノマー濃度などの重合条件については任意に選択可能であり、その中でも、重合温度0~100℃、重合時間10秒~20時間、重合圧力常圧~100MPaの範囲で行うことが好ましい。また、重合時に水素などを用いて分子量の調節を行うことも可能である。重合はバッチ式、半連続式、連続式のいずれの方法でも行うことが可能であり、重合条件を変えて、2段以上に分けて行うことも可能である。また、重合終了後に得られる超高分子量ポリエチレンは、従来既知の方法により重合溶媒から分離回収され、乾燥して得ることができる。
【0030】
また、該超高分子量ポリエチレンは、成形加工の際の腐食等の課題が発生し難いことから塩素含有量が1ppm以下、より好ましくは、0.5ppm以下のものであることが好ましい。なお、塩素の含有量は、化学滴定法、蛍光X線分析装置、イオンクロマトグラフィー等による測定により求めることができる。
【0031】
本発明の超高分子量ポリエチレン製成形体の製造方法としては、本発明の超高分子量ポリエチレン製成形体を製造することが可能であれば、如何なる方法を用いてもよく、例えば、融解・融着温度以上の加熱溶融・融着過程を経る、圧縮成形法、焼結成形法、ラム押出成形法等の押出成形法、等の方法を例示することができる。また、成形体の高結晶化をより進行させるために金型内での状態調整・アニール工程を経るものであってもよい。
【0032】
本発明の超高分子量ポリエチレン製成形体は、上記製造方法で得られた、シート、フィルム、テープ、丸棒、ブロック、異形押出成形体に加え、これらを所望の形状に切削成形した、切削成形体等であってもよい。
【0033】
本発明の超高分子量ポリエチレン製成形体は、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて、耐熱安定剤、耐候安定剤、帯電防止剤、防曇剤、抗ブロッキング剤、スリップ剤、滑剤、核剤、顔料等;カーボンブラック、タルク、ガラス粉、ガラス繊維、金属粉等の無機充填剤または補強剤;有機充填剤または補強剤;難燃剤;中性子遮蔽剤等の公知の添加剤、更には、高密度ポリエチレン(HDPE)、直鎖状低密度ポリエチレン(L-LDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)、ポリプロピレン系樹脂、ポリ-1-ブテン、ポリ-4-メチル-1-ペンテン、エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・ビニルアルコール共重合体、ポリスチレン、これらの無水マレイン酸グラフト物等の樹脂を配合していても良い。
【発明の効果】
【0034】
本発明の超高分子量ポリエチレン製成形体は、高い融解温度を示すとともに強度、耐熱性、耐摩耗性のバランスに優れることから、各種機械部品、テープ、シート、各種シーラント材、ガイドレール、等に利用可能である。
【実施例
【0035】
以下に、実施例を示して本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例により制限されるものではない。
【0036】
なお、断りのない限り、用いた試薬等は市販品、あるいは既知の方法に従って合成したものを用いた。
【0037】
有機変性粘土の粉砕にはジェットミル(セイシン企業社製、(商品名)CO-JET SYSTEM α MARK III)を用い、粉砕後の粒径はマイクロトラック粒度分布測定装置(日機装(株)製、(商品名)MT3000)を用いてエタノールを分散剤として測定した。
【0038】
重合触媒の調製、超高分子量ポリエチレンの製造および溶媒精製は全て不活性ガス雰囲気下で行った。トリイソブチルアルミニウムのヘキサン溶液(20wt%)は東ソーファインケム(株)製を用いた。
【0039】
さらに、実施例における超高分子量ポリエチレンの諸物性は、以下に示す方法により測定した。
【0040】
~固有粘度([η])の測定~
ウベローデ型粘度計を用い、デカリンを溶媒として、135℃において、超高分子量ポリエチレン濃度0.005wt%で測定した。
【0041】
~Tm、Tmの測定~
示差走査型熱量計(DSC)(エスアイアイ・ナノテクノロジー(株)製 (商品名)DSC6220)を用いて、0℃から2℃/分の昇温速度で230℃まで昇温し、その後、5分間放置し、ポリエチレンを完全に溶融させた。このときの結晶融解ピークを融点(Tm)とした。その後、2℃/分の降温速度で-20℃まで降温し、5分間放置後、再度、2℃/分の昇温速度で-20℃から230℃まで昇温し、このときの結晶融解ピークを再結晶の融点として、Tmとした。この際の超高分子量ポリエチレンのサンプル量は5mgとした。
【0042】
なお、上記測定の1stスキャンにおける吸熱量を、1stスキャンの融解熱(ΔHm)とした。
【0043】
~結晶サイズの算出~
結晶サイズは、Rigaku製全自動多目的X線回折装置((商品名)SmartLab)を用いて、線源をCuKα線(45kV、200mA)として、透過超小角X線散乱を測定し、散乱パターンからバックグランドを補正したのち、両対数プロットを取り、その2本の近似線の交点のq値から算出される相関長(=2π/q)を、結晶+非晶の相関長とした。
【0044】
これに、結晶化度(ΔHm/293)を乗ずることにより、結晶サイズを算出した。
結晶サイズ=(小角X線散乱から求めた相関長)×(結晶化度)
(なお、結晶化度=ΔHm/293(=完全結晶の融解熱))
~Mw、Mnの測定~
Mw、MnおよびMw/Mnは、GPCによって測定した。GPC装置((株)センシュー科学製 (商品名)SSC-7110)およびカラム(東ソー(株)製、(商品名)TSKguardcolumnHHR(S)HT×1本、東ソー(株)製、(商品名)TSKgelGMHHR-H(S)HT×2本)を用い、カラム温度を210℃に設定し、溶離液として1-クロロナフタレンを用いて測定した。測定試料は0.5mg/mlの濃度で調製し、0.2ml注入して測定した。分子量の検量線は、分子量既知のポリスチレン試料を用いて校正した。なお、分子量はQファクターを用いてポリエチレンの分子量に換算し値を求めた。
【0045】
~塩素含有量の測定~
超高分子量ポリエチレンを燃焼炉において完全燃焼し、燃焼ガスを吸収液に吹き込み、塩素イオンを吸収させた。この吸収液を用いて、イオンクロマトグラフィー(東ソー(株)製、(商品名)IC2010)により、超高分子量ポリエチレン中の塩素含有量を測定した。
【0046】
~引張破壊強度の測定~
成形体から切り出した試験片を用い、JIS K 6922-2(2005)に準拠した方法で測定した。
【0047】
~荷重撓み温度の測定~
成形体から切り出した試験片を用い、JIS K 6922-2(2005)に準拠した方法にて測定した。荷重は0.45MPaである。
【0048】
~耐摩耗性の評価~
成形体から切り出した試験片を用い、直径5mm、高さ8mmの丸棒を試験用サンプルとして調製し、摩擦摩耗試験機(オリエンテック(株)、型式EFM-III-EN)を用いて、JIS K7218に準拠して、速度2.0m/秒、荷重25MPa、時間12時間、相手材料S45Cの条件で摩耗量を測定した。摩耗量が少ないほど、耐摩耗性に優れている。
【0049】
~デュロメーターD硬さの測定~
成形体から切り出した試験片を用い、JIS K 7215(1986)に準拠した方法で測定した。
【0050】
製造例1
(1)有機変性粘土の調製
1リットルのフラスコに工業用アルコール(日本アルコール販売社製、(商品名)エキネンF-3)300ml及び蒸留水300mlを入れ、濃塩酸15.0g及びジオレイルメチルアミン(ライオン株式会社製、(商品名)アーミンM2O)64.2g(120mmol)を添加し、45℃に加熱して合成ヘクトライト(ビックケミー・ジャパン社製、(商品名)ラポナイトRDS)を100g分散させた後、60℃に昇温させてその温度を保持したまま1時間攪拌した。このスラリーを濾別後、60℃の水600mlで2回洗浄し、85℃の乾燥機内で12時間乾燥させることにより160gの有機変性粘土を得た。この有機変性粘土はジェットミル粉砕して、メジアン径を7μmとした。
【0051】
(2)重合触媒の懸濁液の調製
温度計と還流管が装着された300mlのフラスコを窒素置換した後に(1)で得られた有機変性粘土25.0gとヘキサンを108ml入れ、次いでジフェニルメチレン(シクロペンタジエニル)(2-(ジメチルアミノ)-9-フルオレニル)ジルコニウムジクロライドを0.600g、及び20%トリイソブチルアルミニウム142mlを添加して60℃で3時間攪拌した。45℃まで冷却した後に上澄み液を抜き取り、200mlのヘキサンにて2回洗浄後、ヘキサンを200ml加えて重合触媒の懸濁液を得た(固形重量分:11.4wt%)。
【0052】
(3)超高分子量ポリエチレンの製造
エチレンの積算流量計を取り付けた、2リットルのオートクレーブにヘキサンを1.2リットル、20%トリイソブチルアルミニウムを1.0ml、(2)で得られた重合触媒の懸濁液を450mg(固形分51.3mg相当)加え、60℃に昇温後、分圧が0.9MPaになるようにエチレンを連続的に供給し、180分間、エチレンのスラリー重合を行った。オートクレーブを50℃まで急冷し、その後、脱圧し、スラリーを濾別後、乾燥することで、183gの超高分子量ポリエチレンを得た。得られた超高分子量ポリエチレンの物性を表1に示す。
【0053】
製造例2
(1)有機変性粘土および重合触媒の懸濁液の調製
有機変性粘土の調製、および、重合触媒の懸濁液の調製は、製造例1と同様に実施した。
【0054】
(2)ポリエチレンの製造
エチレンの積算流量計を取り付けた、2リットルのオートクレーブにヘキサンを1.2リットル、20%トリイソブチルアルミニウムを1.0ml、(2)で得られたポリエチレン製造用触媒の懸濁液を362mg(固形分41.3mg相当)加え、60℃に昇温後、エチレン分圧が0.9MPa、オートクレーブの気相の水素濃度がエチレンに対して2.7%に維持できるように、エチレン、水素の供給し、180分間、エチレンのスラリー重合を行った。オートクレーブを50℃まで急冷し、その後、脱圧し、スラリーを濾別後、乾燥することで、180gのポリエチレンを得た。得られたポリエチレンの物性を表1に示す。
【0055】
製造例3
(1)固体触媒成分の調製
温度計と還流管が装着された1リットルのガラスフラスコに、金属マグネシウム粉末50g(2.1モル)およびチタンテトラブトキシド210g(0.62モル)を入れ、ヨウ素2.5gを溶解したn-ブタノール320g(4.3モル)を90℃で2時間かけて加え、さらに発生する水素ガスを排除しながら窒素シール下において140℃で2時間撹拌し、均一溶液とした。次いで、ヘキサン2100mlを加えた。
【0056】
この成分90g(マグネシウムで0.095モルに相当)を別途用意した500mlのガラスフラスコに入れ、ヘキサン59mlで希釈した。45℃でイソブチルアルミニウムジクロライド0.29モルを含むヘキサン溶液106mlを2時間かけて滴下し、さらに70℃で1時間撹拌し、固体触媒成分を得た。ヘキサンを用いて傾斜法により残存する未反応物および副生成物を除去し、組成を分析したところチタニウム含有量は8.6wt%であった。
【0057】
(2)超高分子量ポリエチレンの製造
2リットルのオートクレーブにヘキサンを1.2リットル、20%トリイソブチルアルミニウムを1.0ml、(1)で得られた固体触媒成分を5.1mg加え、80℃に昇温後、エチレン分圧が0.6MPa、オートクレーブの気相の水素濃度がエチレンに対して0.2%に維持できるように、エチレン、水素の供給を続け、90分経過後に脱圧し、スラリーを濾別後、乾燥することで152gの超高分子量ポリエチレンを得た。得られた超高分子量ポリエチレンの物性は表1に示す。
【0058】
製造例4
(1)有機変性粘土の調製
有機変性粘土の調製は、製造例1と同様に実施した。
【0059】
(2)重合触媒の懸濁液の調製
温度計と還流管が装着された300mlのフラスコを窒素置換した後に(1)で得られた有機変性粘土25.0gとヘキサンを108ml入れ、次いでジフェニルメチレン(シクロペンタジエニル)(2-(ジメチルアミノ)-9-フルオレニル)ハフニウムジクロライドを0.786g、及び20%トリイソブチルアルミニウム142mlを添加して60℃で3時間攪拌した。45℃まで冷却した後に上澄み液を抜き取り、200mlのヘキサンにて2回洗浄後、ヘキサンを200ml加えて重合触媒の懸濁液を得た(固形重量分:12.7wt%)。
【0060】
(3)超高分子量ポリエチレンの製造
エチレンの積算流量計を取り付けた、2リットルのオートクレーブにヘキサンを1.2リットル、20%トリイソブチルアルミニウムを1.0ml、(2)で得られた重合触媒の懸濁液を334mg(固形分42.4mg相当)加え、70℃に昇温後、エチレン分圧が0.9MPa、オートクレーブの気相の水素濃度がエチレンに対して500ppmに維持できるように、エチレン、水素の供給し、180分間、エチレンのスラリー重合を行った。オートクレーブを50℃まで急冷し、その後、脱圧し、スラリーを濾別後、乾燥することで、175gの超高分子量ポリエチレンを得た。得られた超高分子量ポリエチレンの物性を表1に示す。
【0061】
製造例5
(1)有機変性粘土および重合触媒の懸濁液の調製
有機変性粘土の調製、および、重合触媒の懸濁液の調製は、製造例4と同様に実施した。
【0062】
(2)超高分子量ポリエチレンの製造
2リットルのオートクレーブにヘキサンを1.2リットル、20%トリイソブチルアルミニウムを1.0ml、(1)で得られた重合触媒の懸濁液を415mg(固形分52.7mg相当)加え、70℃に昇温後、1-ブテンを0.2g供給し、さらに、エチレン分圧が0.9MPa、オートクレーブの気相の水素濃度がエチレンに対して30ppmに維持できるように、エチレン、水素の供給し、180分間、エチレンのスラリー重合を行った。オートクレーブを50℃まで急冷し、その後、脱圧し、スラリーを濾別後、乾燥することで、195gの超高分子量ポリエチレンを得た。得られた超高分子量ポリエチレンの物性を表1に示す。
【0063】
【表1】
【0064】

実施例1
製造例1で製造した超高分子量ポリエチレンを、内部に熱電対を有し、樹脂温度を測定できるよう熱電対を取り付けた金型内に充填し、圧縮成型機(新東工業(株)製、型式 デジタルプレスCYP)にて、190℃で予備加熱した後、プレス圧力を10MPaにして10分間、プレス成形し、その後、冷却して、幅150mm×奥行150mm×厚み6mmのシート状の溶融圧縮成形体を作製した。この冷却過程の樹脂温度を135℃から110℃まで冷却する際、冷却速度を0.5℃/分となるように制御した。
【0065】
得られた溶融圧縮成形体の固有粘度、融点(Tm、Tm)、融解熱(ΔHm)、結晶サイズ、Mw/Mn、引張破壊強度、荷重撓み温度、摩耗試験における摩耗量、デュロメーD硬さを表2に示す。
【0066】
比較例1
135℃から110℃まで冷却する、冷却速度を20℃/分とした以外は、実施例1と同様に、圧縮成形体を作製した。
【0067】
得られた溶融圧縮成形体の固有粘度、融点(Tm、Tm)、融解熱(ΔHm)、結晶サイズ、Mw/Mn、引張破壊強度、荷重撓み温度、摩耗試験における摩耗量、デュロメーD硬さを表2に示すが、実施例1に比較して、TmとTmの融点差は小さく、引張強度、荷重撓み温度、耐摩耗性、硬さ等が低かった。
【0068】
比較例2
製造例1の超高分子量ポリエチレンに代わりに、製造例2のポリエチレンを用いた以外、実施例1と同様に溶融圧縮成形体を作製した。
【0069】
得られた溶融圧縮成形体の固有粘度、融点(Tm、Tm)、融解熱(ΔHm)、結晶サイズ、Mw/Mn、引張破壊強度、荷重撓み温度、摩耗試験における摩耗量、デュロメーD硬さを表2に示すが、実施例1に比較して、TmとTmの融点差は小さく、引張強度、荷重撓み温度、耐摩耗性、硬さ等が低かった。
【0070】
比較例3
製造例1の超高分子量ポリエチレンに代わりに、製造例3のポリエチレンを用いた以外、実施例1と同様に溶融圧縮成形体を作製した。
【0071】
得られた溶融圧縮成形体の固有粘度、融点(Tm、Tm)、融解熱(ΔHm)、結晶サイズ、Mw/Mn、引張破壊強度、荷重撓み温度、摩耗試験における摩耗量、デュロメーD硬さを表2に示すが、実施例1に比較して、TmとTmの融点差は小さく、引張強度、荷重撓み温度、耐摩耗性、硬さ等が低かった。
【0072】
実施例2
製造例4で製造した超高分子量ポリエチレンを、内部に熱電対を有し、樹脂温度を測定できるよう熱電対を取り付けた金型内において、190℃で予備加熱した後、プレス圧力を10MPaにして10分間、プレス成形し、その後、冷却して、幅150mm×奥行150mm×厚み6mmのシートを作製した。この冷却過程において、樹脂温度を135℃から110℃まで冷却する際、冷却速度を10℃/分となるように御した。このシートを、再び、金型に入れて、加圧下、130℃にて、5時間、アニーリングした。
【0073】
得られた溶融圧縮成形体の固有粘度、融点(Tm、Tm)、融解熱(ΔHm)、結晶サイズ、Mw/Mn、引張破壊強度、荷重撓み温度、摩耗試験における摩耗量、デュロメーD硬さを表2に示す。
【0074】
実施例3
製造例5で製造した超高分子量ポリエチレンを、内部に熱電対を有し、樹脂温度を測定できるよう熱電対を取り付けた金型内に充填し、圧縮成型機(新東工業(株)製、型式 デジタルプレスCYP)にて、200℃で予備加熱した後、プレス圧力を10MPaにして10分間、プレス成形し、その後、冷却して、幅150mm×奥行150mm×厚み6mmのシート状の溶融圧縮成形体を作製した。この冷却過程において、樹脂温度が129℃にて、1.5時間保持した。
【0075】
得られた溶融圧縮成形体の固有粘度、融点(Tm、Tm)、融解熱(ΔHm)、結晶サイズ、Mw/Mn、引張破壊強度、荷重撓み温度、摩耗試験における摩耗量、デュロメーD硬さを表2に示す。
【0076】
【表2】
【産業上の利用可能性】
【0077】
本発明の超高分子量ポリエチレン製成形体は、高い融解温度を示すとともに強度、耐熱性、耐摩耗性のバランスに優れることから、各種機械部品、テープ、シート、各種シーラント材、ガイドレール、等に利用可能である。