高分子纳米取向结晶体材料的二次成型方法技术

本发明专利技术的高分子纳米取向结晶体材料的二次成型方法含有如下工序：加热工序，将高分子纳米取向结晶体材料进行加热，做成具有移动相或高密度互相缠绕的网状组织结构的熔体；成型工序，将利用前述加热工序成为具有移动相或高密度互相缠绕的网状组织结构的熔体的高分子纳米取向结晶体材料进行成型；及冷却工序，将前述成型工序后的高分子纳米取向结晶体材料冷却至相变为有序相。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种(成型加工、熔合、接合等)。
技术介绍
以聚乙烯(以下称为“PE”)或聚丙烯(以下称为“PP”)或聚苯乙烯(以下称为“PS”)或聚氯乙烯(以下称为“PVC”)等为主的、所谓的“常用塑料”，不仅非常廉价，而且容易成型，与金属及陶瓷相比，重量为几分之一，为轻量，因此，作为袋或各种包装、各种容器、片材类等多样的生活用品材料或汽车、电气等工业部件或日用品、杂货用等材料充分地被利用。但是，该常用塑料具有机械强度不充分且耐热性低等缺点。因此，现状为:上述常用塑料不具有相对于用于汽车等机械制品或以电气、电子、信息制品为主的各种工业制品的材料所要求的充分的特性，其适用范围受限制。例如PE的情况，软化温度通常为90°C左右。另外，即使被看作是耐热性比较高的PP，通常在130°C左右软化。另外，PP与聚碳酸酯(以下称为“PC”)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(以下称为“PET”)或PS等相比，透明性为不充分，因此，具有不能作为光学用材料或瓶或透明容器使用的缺点。另一方面，PET、PC、氟树脂(特氟龙(注册商标)等)或尼龙、聚甲基戊烯、聚甲醛、丙烯酸树脂等所谓的“工程塑料”，其机械强度和耐热性或透明性等优异，通常在150°C下软化。因此，工程塑料作为要求以汽车或机械制品及电气制品为主的高性能的各种工业制品用材料或光学用材料被利用。但是，由于工程塑料为高价、及单体再循环困难或不可能，因此，工程塑料具有环境负荷很大等重大的缺点。因此，通过大幅改善常用塑料的机械强度、耐热性及透明性等材料特性，如果该常用塑料可以作为工程塑料的替代、进而金属材料的替代利用，则可以大幅减少高分子制或金属制的各种工业制品或生活用品的成本，通过轻量化而大幅节能，使操作性提高。例如，PET目前作为以清凉饮料水为主的饮料等瓶利用，如果可以将所述的PET取代为PP，则可以大幅减少瓶的成本。另外，PET可以进行单体再循环，但不容易，因此，在已使用的PET瓶被截断之后，在再利用于衣料用纤维等或膜等低品质的用途1、2次之后被废弃。另一方面，由于PP容易进行单体再循环，因此，也具有可以实现完全的循环、可以抑制石油等化石燃料的消费及二氧化碳(CO2)的产生的优点。如上述，为了使常用塑料的机械强度、耐热性及透明性等特性提高并利用常用塑料作为工程塑料或金属的替代，要求可以制作使PP或PE中的结晶的比例(结晶度)显著地提高的、更优选仅由几乎不含有PP或PE的非晶质的结晶构成的结晶体。特别是PP与PE相比，具有机械强度高、另外耐热性也高的优点，因此为非常期待、维持几％的高的年产增加率的重要的高分子。在此，作为使高分子的结晶性提高的方法，已知有使高分子的熔体的冷却速度降低的方法。但是，在该方法中，存在如下缺点:不仅结晶度的增加完全不充分，而且制品的生产率显著地降低，或结晶粒径粗大化而机械强度降低。另外，作为其它方法，提出了将高分子的熔体在高压下进行冷却而使结晶度增大的方法。但是，该方法需要将高分子的熔体加压至数百气压以上，理论上可以，但在工业规模生产上，制造装置的设计困难，而且生产成本升高。因此，上述方法的实现现实上困难。另外，作为使高分子的结晶性提高的其它方法，已知有在高分子熔体中添加成核剂的方法。但是，在现行的该方法中，存在如下缺点:(a)由于成核剂为杂质，因此，不能避免杂质的混入；(b)结晶度的增加不充分；(c)由于成核剂与树脂相比显著地高价，所以成本升高。因此，在常用塑料等高分子中使结晶度迅速地提高的方法及生产高分子的结晶体的方法目前没有完成。但是，根据迄今为止的许多研究，得知:通过使熔体中的分子链以无序的形态(例如丝球状(无规线圈))存在的高分子的熔体(称为“各向同性熔体”)在剪切流动场中进行结晶化，沿流动而取向的直径数μ m的细的纤维状的特征的结晶形态(shish)和其中用签子穿透的IOnm厚的薄板状结晶和非晶层压成三明治状的形态(kebab)在熔体中稀疏地生成(参照非专利文献I)。上述的状态被称为“shish_kebab(串型多晶结构=烤鸡肉串的“串”和“肉”的意思)”。在shish-kebab生成初期,仅shish稀疏地生成。shish的结构为分子链伸直而结晶化的“伸直链晶体(Extended chain crystal:ECC) ” (参照非专利文献5)，kebab的结晶部分的结构被认为是分子链在薄板状结晶的表面折叠的“折叠链晶体(Folded chaincrystal:FCC) ”。shish-kebab的分子论的生成机制没有基于速度论的研究的研究例，所以不清楚。折叠链晶体为以高分子结晶最广泛地看到的薄板状结晶(称为层状结晶)。另夕卜，在对金属模进行射出成型的情况下，众所周知，在表面形成被称为“表皮(skin) ”的数百μ m厚的薄的结晶性皮膜和在其内部形成被称为芯(core)的折叠链晶体和非晶的“层压结构(称为层压层状结构)”的集合体(参照非专利文献6)。表皮被认为是由shish-kebab构成，但确认shish仅稀疏地存在。就表皮结构的生成机制而言，基于没有速度论的研究的研究例，所以没有阐明。本专利技术人等以shish的生成机制为主，对速度论进行研究，阐明如下机制:熔体中的一部分分子链在异物界面上由于与界面的“拓扑结构的相互作用”而伸长，成为液晶上相互具有取向秩序的熔体(称为“取向熔体”或“Oriented melt”)，因此，shish生成为熔体的一部分(例如参照非专利文献2及3)。在此，“拓扑结构的相互作用”为“由于细绳状的高分子链相互缠绕、因此相互拉伸”效果，作为高分子固有的相互作用是公知的。本专利技术人等以高分子的拓扑结构的结晶化机制理论为主提倡，阐明伸直链晶体和折叠链晶体的起源。该理论被称为“滑动扩散理论”，世界性地被认识(参照非专利文献7)。另外，本专利技术人等由在低剪切变形速度=0.01 0.1s—1的剪切流动结晶化中发现的“旋涡结晶(SPiralite) ”的生成机制阐明，提倡如下普遍的机制，即，在剪切结晶化中，在固液界面上高分子熔体的剪切变形速度显著地增大，因此，伸长变形速度也增大，分子链被扩展而局部地产生取向熔体，核生成及成长速度显著地被加速(参照非专利文献4)。本专利技术人等认为，如果可以对高分子熔体给予超过某种“临界”的伸长变形速度(称为临界伸长变形速度)的大的伸长变形速度并使高分子熔体总体为取向熔体，则容易引起高分子的结晶化，可以使结晶度提高。而且认为，如果可以将高分子熔体总体以取向熔体的状态进行结晶化，则可以生产高分子的大部分的分子链具有取向的结构的结晶体。另外认为，在该情况下，进一步显著地促进核生成，即使不添加成核剂，也在分子链间无数地发生核生成，因此，可以避免杂质的混入，同时，可以使结晶尺寸为纳米级，可以得到具有高的透明性、机械强度和耐热性迅速地增大的高分子结晶体。本专利技术人等以上述独自的想法为基础进行了潜心研究，结果，在以下方面取得成功，即，通过将高分子的熔体(称为“高分子熔体”)以临界伸长变形速度以上的伸长变形速度伸长而做成高分子取向熔体，以该高分子取向熔体的状态进行冷却并使其结晶化，由此，结晶尺寸为纳米级，制造含有高分子链进行了高度的取向的高分子纳米取向结晶体(Nanooriented crystal:N0C)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.10.08 JP 2010-228752;2011.06.21 JP 2011-137821.一种高分子纳米取向结晶体材料的二次成型方法，其含有如下工序: 加热工序，将高分子纳米取向结晶体材料进行加热，做成具有移动相或高密度互相缠绕的网状组织结构的熔体； 成型工序，将利用所述加热工序成为具有移动相或高密度互相缠绕的网状组织结构的熔体的高分子纳米取向结晶体材料进行成型；以及 冷却工序，将所述成型工序后的高分子纳米取向结晶体材料冷却至相变为有序相。2.如权利要求1所述的高分子纳米取向结晶体材料的二次成型方法，其中， 上述闻分子纳米取向结晶体材料由结晶尺寸d为300nm以下、表不结晶内闻分子链的取向度的取向函数f。为0.7以上的高分子纳米取向结晶体构成。3.如权利要求1或2所述的高分子纳米取向结晶体材料的二次成型方法，其中， 上述闻分子纳米取向结晶体材料含有棒状闻次结构， 该棒状高次结构为纳米取向结晶体粒子连结为念珠状形成念珠状体而成为束的结构。4.如权利要求1 3中任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：彦坂正道，冈田圣香，鹫山润一郎，中岛武，秋山由香，上野晋吾，
申请(专利权)人：桑奥乐默株式会社，
类型：
国别省市：