作成： 1997/09/30 監物 孝明
データ番号 ：010061
平滑な表面を有する電子線照射発泡体
目的 ：ポリエチレン発泡体の照射条件と物性変化
放射線の種別 ：ガンマ線,電子
放射線源 ：電子加速器(500keV、50mA)、60Co線源
線量（率） ：0 - 120kGy
照射条件 ：酸素気流中、窒素気流中、大気中
応用分野 ：架橋発泡シート、ポリマー改質
概要 ：
架橋ポリエチレン発泡シートは、化学架橋剤を用いて架橋発泡させて作る方法と放射線を照射して樹脂を架橋した後、発泡させる方法がある。化学架橋法で作る発泡シートの場合、厚肉品が作りやすいが表面が凹凸状になりやすい。この凹凸をなくす方法として、シートの表面層のみ放射線で照射したのち発泡させる方法がある。この時の照射条件によって、発泡シートの表面状態や特性が大きく変化する。
詳細説明 ：
架橋ポリエチレン発泡体は、ポリエチレンに熱分解型の発泡剤と化学架橋剤を混合し、シート状に成形した後加熱しながら発泡させる方法とポリエチレンに熱分解型発泡剤のみを混合し、放射線を照射した後加熱して発泡させる方法がある。化学架橋剤を用いて架橋する方法では、厚肉の発泡シートを簡単につくりやすいという利点がある。しかし、表面が凹凸状になりやすい。この凹凸を改良する方法として、電子線を発泡前のシートの表面層にのみ照射するという検討がなされた。表1には、発泡前のシート表面に電子線を照射した時の加速電圧及び線量と発泡後のシート表面の特性との関係を示してある。
表1 Relationships between voltage and surface conditions of foams.（原論文1より引用。 Reproduced from Radiation Physics and Chemistry, Vol 42, 97-100(1993), Tab.1(p.98), T.Kemmotsu, M.Okada and T.Ono, IMPROVEMENT OF THE SURFACE POLYETHYLENE FOAMED SHEET BY IRRADIATION; Copyright(1993), with permission from Elsevier Science.）
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Item Surface irradiation voltage,(keV)
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0 200 300 400 500
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Irradiation dose (kGy) - 80 40 40 40
Surface thickness(10-6 m) 23 23 25 12 10
Surface strength(kPa) 110 130 120 35 30
Surface evenness rough smooth smooth smooth smooth
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* Solid sheet thickness: 2.0x10-3 m, Expantion ratio: 30
照射によって表面が平滑になることが確認されている。加速電圧が200KeVから表面が平滑になることを示している。さらに、加速電圧が大きくなるにつれて表皮の厚さも薄くなることも確認している。加速電圧が400KeV以上では、表皮の厚さが12x10-6m以下になることを示している。また、最適な線量の範囲は、発泡倍率が大きくなるほど小さくなる傾向を示している。発泡シート表面の平滑性については、SEM写真にて観察しており、明らかに凹凸が減少していることを確認している。また、ポリエチレンとエチレン-酢酸ビニル共重合体についての比較を行っている。加速電圧が高くなるほど小さくなり、北京大学のグループでは、低密度ポリエチレン(LDPE)とエチレン-酢酸ビニル共重合体(EVA)の混合組成について電子線及びγ-線を照射した時の照射条件と発泡体の特性について考察している。
図1 Gel% in the LDPE/EVA blend with different EVA content versus dose,irradiated by γ-ray in air,dose rate 16.2kGy/h with EVA content 0(curve 1),20%(curve 2),25%(curve 3),30%(curve 4),50%(curve 5),respectively.（原論文2より引用。 Reproduced from Journal of Applied Polymer Science, Vol 62.75-80(1996), Fig.1(p.76), SIQIN DALAI and CHEN WENXIU, Investigation of Radiation-Crosslinked Foam of LDPE/EVA Blends; Copyright(1996), by permission of John Wiley & Sons, Inc., All Rights Reserved.）
図1は、線量とゲル分率を比較したもので、EVAの混合比率が30%の場合が最も高くなることを示している。さらに照射時の雰囲気の違いによる架橋特性について考察しており、図2は、照射後のLDPEサンプルのFTIRスペクトルから酸化物の発生割合を比較した結果を示している。
図2 Absorbance in the 1730 cm-1 of the LDPE without EVA versus dose in oxygen(curve 1),in air(curve 2),and in nitrogen(curve 3),irradiated by γ-ray.（原論文2より引用。 Reproduced from Journal of Applied Polymer Science, Vol 62.75-80(1996), Fig.5(p.77), by permission of John Wiley & Sons, Inc.）
酸素、空気、窒素の雰囲気による照射実験では、酸素雰囲気下で照射した場合が酸化物の生成割合が最も高くなることを示している。また、LDPE単体の場合と比較してEVAを混合した組成では、樹脂の酸化を防ぐ効果があると考察している。従って、同じ線量でもEVAを混合したものは、ゲル分率が高くなる傾向を示している。発泡体の物性を測定した結果から、発泡倍率は酸素雰囲気下で照射した場合が最も大きく、また、気泡径も大きくなりやすい。EVAを30%混合した系において、空気又は窒素雰囲気下で照射することにより、照射線量25±5kGyの範囲で最適な発泡体が得られた。
コメント ：
ポリエチレンに放射線を照射して架橋させることにより、耐熱性の優れた発泡シートを作ることが出来るようになった。現在、この技術によって多くの分野で架橋ポリエチレン発泡シートが利用されている。また、応用範囲が広がるにつれて、発泡体に対する品質要求が強くなり、機械的強度、耐熱性、接着性、柔軟性等の特性を付与させるために、ポリエチレン以外の樹脂、例えばポリプロピレンやエチレン-酢酸ビニル共重合体などの他のオレフィン系樹脂を混合したものを使用する方法が開発されている。放射線を利用して架橋する場合、照射条件によっても発泡体の特性が大きく変化するため、適正な条件を把握することが重要である。新たな樹脂の発現や照射技術の進歩により、さらに多くの種類の発泡体が開発され、また樹脂の表面改質等の研究が進むことが望まれる。
原論文１ Data source 1：
IMPROVEMENT OF THE SURFACE POLYETHYLENE FOAMED SHEET BY IRRADIATION
T.Kemmotsu, M.Okada and T.Ono
Hiratsuka Research Laboratory, The Furukawa Electric Co.,LTD 5-1-9 Higashi-Yawata, Hiratsuka 254, Japan
Radiation Physics and Chemistry, Vol 42, 97-100(1993)
原論文２ Data source 2：
Investigation of Radiation-Crosslinked Foam of LDPE/EVA Blends
SIQIN DALAI and CHEN WENXIU
Department of Chemistry,Beijing Normal University,Beijing 100875,
China
Journal of Applied Polymer Science.Vol 62.75-80(1996)
キーワード：電子線,ガンマー線,架橋,発泡,ポリエチレン
electron beam, γ-ray, crosslinking, foaming, polyethylene
分類コード：010107,040501