超高分子量PEの耐衝撃性と分子凝集状態の研究

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本年度(平成12年度)は、超高分子量であるがために、ポリエチレンの結晶化挙動に特異な点があるのかどうかを調べることを目的として研究を進めた。このために、結晶化条件をコントロールできる加熱・冷却恒温槽を用いて、偏光顕微鏡観察を行った。また、結晶化後のサンプルの光散乱パターンの観察および光散乱強度測定を行った。さらに、DSCの測定を行い、結晶化後のサンプルの融解挙動についても調べた。試料として、3種類の超高分子量ポリエチレン(UHMWPE、重量平均分子量が50万、340万、400万)と、比較のために通常の分子量をもつ高密度ポリエチレン(重量平均分子量13.6万)を用いた。得られた主な結果は以下のとうりである。1.UHMWPEの場合には、融解状態に注目する必要のあることが分かった。すなわち、融解温度と融解温度での保持時間である。いかなる組織も観測されない完全な融解状態(偏光顕微鏡下で均一と見なせる状態)になるには、UHMWPEの場合、190℃(融点よりも55℃以上高い)で少なくとも30分の保持が必要であった。2.完全な融解状態と思われる状態から結晶化させても、結晶組織は、結晶化条件・分子量に依存して、完全な球晶構造になったり、不完全な球晶構造になったり、球晶構造とは言い難い結晶組織になったり、大きく変化することが偏光顕微鏡観察によってわかった。球晶構造の完全性について、Hv-光散乱パターンより評価した。3.10℃/minの加熱速度でDSC測定を行った。融解のピーク温度位置は、分子量によって変化した。190℃30分融解後、5℃/minの冷却速度で冷却した場合、13.6万では125.1℃、50万では126.8℃、340万と400万では127.4℃〜127.6℃となった。完全な球晶とならない場合には、融点が高くなり、結晶としてはより完全なものとなっていることを示す。この点は、動的粘弾性測定の温度分散曲線(平成11年度における測定結果)において、アルファ分散の温度位置が、超高分子量になると高温側ヘシフトしたことと対応すると考えられ、興味深い。