JP3462638B2

JP3462638B2 - 多孔質シート

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Publication number: JP3462638B2
Application number: JP24301195A
Authority: JP
Inventors: 陽三長井; 順一森山; 俊光橘
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1995-09-21
Filing date: 1995-09-21
Publication date: 2003-11-05
Anticipated expiration: 2015-09-21
Also published as: JPH0987412A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐薬品性，耐熱
性，通気性，摺動性等の諸特性を備え、各種フィルター
や摺動部材等として使用されるポリオレフィン系多孔質
シートに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、多孔質シートは、例えば、熱
可塑性樹脂の粉体を成形型（保形具）に充填し、この成
形型を上記樹脂の融点以上に加熱するという焼結法によ
り作製されている。これによれば、熱可塑性樹脂の粉体
粒子相互の接触部分が溶融して連結するとともに、上記
粉体粒子相互の隙間が連続孔となって多孔質体が形成さ
れる。ついで、この多孔質体を切削等によりシート状に
成形することにより多孔質シートが作製される。

【０００３】多孔質シートの形成材料である熱可塑性樹
脂としては、ポリエチレンが一般的に使用されている。
また、本発明者らは、多孔質シートの性能向上を目的と
して、超高分子量ポリエチレンの粉体を用いる製法（特
公平５−６６８５５号公報）を開発し、連続孔が均一に
分布する多孔質シートを作製することを可能とした。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、近年の技術
の進歩により各種機器の性能が高まるにつれて、その部
品として用いられる多孔質シートに対しても特性の向上
が要求されており、特に機械的強度および耐熱性の向上
が切望されている。このため、上記ポリエチレンに代え
てポリオレフィンを用いる方法やポリエチレンとポリオ
レフィンとを併用する方法（特公平７−２１０８１号公
報）等が提案されている。

【０００５】しかしながら、ポリプロピレンを用いた多
孔質シートは、気孔率にバラツキが生じ性能において問
題があるものである。このため、サイズが小さい多孔質
シートを作製することは可能であるが、実用性のある大
きいサイズの多孔質シートを作製することができない。
この原因としては、つぎの２つの理由が考えられる。す
なわち、焼結法においては、得られる多孔質シートの気
孔率を制御するために、成形型内の樹脂粉体を加圧す
る。しかし、ポリプロピレンは、ポリエチレンに比べ溶
融粘度が低く、かつ温度に対する粘度変化が大きいこと
から、圧力伝達が均一とならず、この結果、気孔率にバ
ラツキが生じると考えられる。また、成形型内での温度
分布も不均一となるため、樹脂粉体の各部分での溶融粘
度が変化するため、これによっても気孔率のバラツキが
発生すると考えられる。

【０００６】本発明はこのような事情に鑑みなされたも
ので、多孔質シートの一般的諸特性を備えることはもち
ろん、そのなかでも特に機械的強度および耐熱性に優
れ、かつ気孔率のバラツキが少ない多孔質シートの提供
をその目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のうちの請求項１にかかる発明は、ポリオレ
フィンの焼結体がシート状に成形された多孔質シートで
あって、上記ポリオレフィンが、メルトインデックス
（ＭＩ）が０．０２ｇ／１０分未満の超高分子量ポリプ
ロピレンを主成分とするという構成をとる。

【０００８】また、本発明のうちの請求項２かかる発明
は、上記多孔質シートにおいて、上記ポリオレフィン
が、粘度法により測定される分子量が５０万以上の超高
分子量ポリエチレンを含有するという構成をとる。

【０００９】本発明において、メルトインデックス（Ｍ
Ｉ）は、ＪＩＳＫ７２１０に準ずる方法によるもの
である。また、超高分子量ポリプロピレンとは、分子量
が約１００万以上のものをいう。これに対し、通常のポ
リプロピレンの分子量は、約３０万以下である。上記ポ
リプロピレンの分子量は、粘度法による測定値をいう。
そして、本発明において、超高分子量ポリエチレンと
は、分子量が約５０万以上のものをいう。これに対し、
通常のポリエチレンの分子量は、約１０万以下である。
上記ポリエチレンの分子量は、粘度法による測定値であ
る。また、本発明において「主成分」とは、ポリオレフ
ィン全体に対し、上記超高分子量ポリプロピレンが３０
重量％以上であることをいい、上記ポリオレフィン単独
の場合（１００重量％）を含むものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明者らは、ポリオレフィンに
ついて詳細な検討を重ねた結果、メルトインデックス
（以下「ＭＩ」という）が０．０２ｇ／１０分未満の超
高分子量ポリプロピレンを用いると、気孔率のバラツキ
が少ない多孔質シートを作製できることを見出し本発明
に到達したのである。すなわち、ＭＩが０．０２ｇ／１
０分未満の超高分子量ポリプロピレンは、溶融粘度が低
いことから焼結時において流動が少なくなり、このため
これを主成分とするポリオレフィン粉体は、その粉体粒
子形状を維持した状態で焼結されるようになる。この結
果、本発明の多孔質シートの気孔率のバラツキが小さく
なる。そして、ポリプロピレンを主成分とすることか
ら、多孔質シートの耐熱性や機械的強度が向上するよう
になる。また、上記特殊な超高分子量ポリオレフィンと
併せて、上記超高分子量ポリエチレンを併用しても所期
の目的が達成される。

【００１１】つぎに、本発明を詳しく説明する。

【００１２】本発明の多孔質シートは、ＭＩが所定値未
満の超高分子量ポリプロピレンを主成分とするポリオレ
フィン粉体を用いたものである。

【００１３】前述のように、上記ポリオレフィン粉体
は、上記ポリプロピレンを主成分とするものであり、こ
の好適割合は、ポリオレフィン全体に対し、３０〜１０
０重量％（以下「％」と略す）である。

【００１４】また、上記超高分子量ポリプロピレンのＭ
Ｉは、０．０２ｇ／１０分未満である必要がある。ま
た、この超高分子量ポリプロピレンの粒径は、通常、１
０〜５００μｍであり、好ましくは３０〜３００μｍで
ある。

【００１５】そして、本発明のポリオレフィン粉体に
は、上記超高分子量ポリプロピレンの他に、他のポリオ
レフィン粉体を添加することが可能である。好ましく
は、上記超高分子量ポリエチレン粉体である。この超高
分子量ポリエチレンの配合割合は、上記超高分子量ポリ
オレフィン粉体（Ａ）に対し、上記超高分子量ポリエチ
レン（Ｂ）が、重量割合で、Ｂ／Ａ＝０〜０．７とする
ことが一般的である。すなわち、０．７を超えると、得
られる多孔質シートにおいて、ポリプロピレンに由来す
る耐熱性が損なわれるおそれがあるからである。また、
この超高分子量ポリエチレンを併用することにより、気
孔率のバラツキを少なくすることができるという利点が
ある。そして、この超高分子量ポリエチレン粉体の粒径
は、通常、１０〜５００μｍであり、好ましくは３０〜
２００μｍである。

【００１６】つぎに、本発明の多孔質シートは、例え
ば、上記原料を用いて従来の焼結法により多孔質体を作
製し、これを切削等によりシート状に成形することによ
り作製することができる。具体的にいうと、上記ポリオ
レフィン粉体を準備し、超高分子量ポリエチレン等を添
加する場合は、これを添加して混合し、この混合粉体を
金型に充填し、熱風乾燥機にいれて上記ポリオレフィン
の融点以上に所定時間加熱し、その後冷却等して多孔質
体を得、これをシート状に切削することにより多孔質シ
ートが作製される。

【００１７】しかしながら、従来の焼結法では、得られ
る多孔質体（例えば、ブロック状）において、その外周
部と中心部に温度差が生じ、気孔率のバラツキが発生す
るおそれがある。すなわち、上記本発明所定の原料を用
いることにより、気孔率のバラツキは一定以下に制限さ
れるが、さらに気孔率のバラツキを制限したい場合に問
題となる。そこで、この問題を解決するために、本発明
者らは、下記の焼結法を開発した。この焼結法は、下記
に示す（ａ）〜（ｃ）の工程からなるものである。

【００１８】（ａ）ポリオレフィン粉体を通気性の成
形型（保形具）に充填する工程。（ｂ）上記成形型を高温水蒸気雰囲気中に放置し、上
記水蒸気により上記ポリオレフィンの融点以上の温度で
所定時間加熱を行い、その後室温まで冷却し多孔質体を
形成する工程。（ｃ）上記多孔質体を切削等によりシート状に成形す
る工程。

【００１９】この焼結法において、特徴的な点は、熱媒
として水蒸気を用いる点である。すなわち、通常、ポリ
オレフィンの融点以上に加熱した水蒸気は、大気圧より
加圧された状態となっており、このため、水蒸気が上記
通気性成形型を透過してポリオレフィン粉体の中心部ま
で充分に侵入するようになるため、ポリオレフィン粉体
全体が均一に加熱されるようになる。この結果、多孔質
シートの気孔が均一に形成されるようになる。

【００２０】上記焼結法において、ポリオレフィン粉体
中心部への水蒸気の侵入をさらに促進させるために、上
記ポリオレフィン粉体を充填した成形型を耐圧容器に入
れ、この耐圧容器を脱気して減圧状態とした後に、この
耐圧容器内に水蒸気を導入してもよい。この方法によ
り、さらに気孔率のバラツキが抑制されるようになる。
なお、この減圧状態は、特に限定するものではないが、
好ましくは、約１〜１００ｍｍＨｇの範囲である。

【００２１】そして、多孔質体を切削等によりシート状
に成形することにより、本発明の多孔質シートが得られ
る。この切削は、例えば、旋盤等により行うことができ
る。なお、成形型として、成形空間がシート状のものを
使用すれば、焼結と同時にシート状への成形を行うこと
ができる。

【００２２】このようにして得られる本発明の多孔質シ
ートの気孔率は、通常、１０〜６０％、好ましくは、２
０〜５０％である。また、孔の孔径は、通常１０〜２０
０μｍであり、好ましくは、２０〜１００μｍである。
上記多孔質シートの気孔率と孔径は、原料となるポリオ
レフィン粉体の粒子径や焼結の際の加圧程度により調整
することができる。また、多孔質シートの厚みは、その
用途等により適宜決定されるものであるが、好ましくは
５０〜５０００μｍである。

【００２３】そして、本発明の多孔質シートは、気孔率
のバラツキが小さいことが特徴の一つである。気孔率の
バラツキは、例えば、つぎのようにして評価することが
できる。すなわち、多孔質シートが長方形状の場合、そ
の長手方向において所定数サンプリングして上記方法に
より気孔率を測定し、これらのなかの最大値と最小値の
差を求めて評価する。この方法において評価される気孔
率のバラツキによれば、本発明の多孔質シートの気孔率
のバラツキは、１５％以下であり、好適条件においては
１０％以下となる。

【００２４】

【発明の効果】以上のように、本発明の多孔質シート
は、ＭＩが０．０２ｇ／１０分未満の超高分子量ポリプ
ロピレンを主成分とするポリオレフィン粉体を用いたも
のである。この特殊な物性を示す超高分子量ポリプロピ
レンは、溶融粘度が低いことから焼結時において流動が
少なくなり、粉体粒子の形状を維持した状態で多孔質シ
ートが形成される。この結果、本発明の多孔質シートの
気孔率のバラツキが小さくなる。また、本発明の多孔質
シートを、本発明者らが開発した、熱媒として水蒸気を
用いる焼結法を適用し作製すると、得られる多孔質シー
トの気孔率のバラツキをさらに抑制することができるよ
うになる。また、本発明の多孔質シートは、超高分子量
ポリプロピレンを主成分とするため、機械的強度や耐熱
性に優れ、また、多孔質シートの一般的特性である耐薬
品性や摺動性等の諸特性も備えるものである。このた
め、本発明の多孔質シートは、高温で機械的衝撃等を受
ける過酷な条件で使用されても、摺動部材やフィルター
等の機能を充分に発揮し得るものとなる。

【００２５】つぎに、実施例について比較例と併せて説
明する。

【００２６】

【実施例１】内径３００ｍｍの通気性円筒状成形型（保
形具）に、超高分子量ポリプロピレン粉体（ＭＩ：０．
０１ｇ／１０分，分子量：２００万，平均粒径：９０μ
ｍ）を５０００ｇ充填し、この粉体を６０ｇ／ｃｍ²で
加圧した。他方、開閉バルブ付き水蒸気導入管および排
気管を備えた耐圧容器を準備した。そして、上記成形型
を加圧状態で上記耐圧容器に入れ、水蒸気導入管の開閉
バルブを閉めた状態で、上記排気管の先端に接続されて
いる真空ポンプを作動させて耐圧容器内の脱気を行い、
雰囲気圧２５ｍｍＨｇまで減圧した。そして、真空ポン
プを停止し、水蒸気導入管の開閉バルブを開放して水蒸
気（温度１７９℃，９気圧）を耐圧容器内に導入し、２
時間の加熱処理（焼結処理）を行った。その後、上記成
形型を温度２５℃まで冷却し、丸棒状の多孔質体を得
た。そして、この丸棒状の多孔質体を成形型から取り出
し、これを旋盤を用いて周方向に沿って厚み２００μｍ
に切削し多孔質シートを作製した。

【００２７】つぎに、この多孔質シートの気孔率の平均
値およびバラツキを、前述の方法に準じ、２０点をサン
プリングして調べたところ、気孔率の平均値は２８％で
あり、そのバラツキは６％であった。

【００２８】

【実施例２】実施例１と同じ超高分子量ポリプロピレン
３０００ｇと、超高分子量ポリエチレン（分子量４００
万，平均粒径１００μｍ）２０００ｇをヘンシェルミキ
サーを用いて２分間混合した。そして、この混合物を用
い、実施例１と同様にして厚み２００μｍの多孔質シー
トを作製した。

【００２９】そして、上記多孔質シートについて、実施
例１と同様にして気孔率の平均値およびバラツキを調べ
たところ、気孔率の平均値は２９％であり、そのバラツ
キは４％であった。

【００３０】

【比較例１】ポリプロピレン（ＭＩ：１０ｇ／１０分，
分子量：２５万，平均粒径：１５０μｍ）を用い、実施
例１と同様にして多孔質シートの作製を試みたが、焼結
の際の成形型内において、樹脂の流れが著しく、切削可
能な多孔質体を得ることができなかった。

【００３１】

【比較例２】比較例１と同じポリプロピレン２０００ｇ
と、実施例２と同じ超高分子量ポリエチレン３０００ｇ
をヘンシェルミキサーで２分間混合した。この混合物を
用い、実施例１と同様にして多孔質シートの作製を試み
たが、得られた多孔質体の気孔率のバラツキが大きく、
気孔率が極めて大きい箇所があるため厚み２００μｍの
連続したシート状に切削することが困難であった。そこ
で、厚みを２ｍｍに変更してシート状に切削することに
より、多孔質シートを得ることができたが、これの気孔
率を実施例１と同様にして調べたところ、その平均値は
２７％でありバラツキは４７％と大きかった。

【００３２】

【比較例３】超高分子量ポリプロピレン（ＭＩ：０．０
３ｇ／１０分，分子量：１５０万，平均粒径：１２０μ
ｍ）を用い、実施例１と同様して多孔質シートの作製を
試みた。その結果、焼結の際の成形型内において、樹脂
の流れが発生し、また、得られた多孔質シートの気孔率
を実施例１と同様にして調べたところ、その平均値は２
１％であり、バラツキは２０％であった。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特公平７−21081（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C08J 9/24

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ポリオレフィンの焼結体がシート状に成
形された多孔質シートであって、上記ポリオレフィン
が、メルトインデックス（ＭＩ）が０．０２ｇ／１０分
未満の超高分子量ポリプロピレンを主成分とすることを
特徴とする多孔質シート。
【請求項２】上記ポリオレフィンが、粘度法により測
定される分子量が５０万以上の超高分子量ポリエチレン
を含有する請求項１記載の多孔質シート。