聚-l-乳酸固化挤出成型物及其制造方法和应用_2

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一个可扩径的环状橡胶部件。
[0057] (Xi)上述密封塞,其中,可扩径的环状橡胶部件在心轴轴方向上的长度为心轴长 度的10~70%。
[0058] (xii)上述密封塞,其中,心轴具有固定部,用于将可扩径的环状橡胶部件以压缩 状态固定于外周面上。
[0059] (Xiii)上述密封塞,其中,固定部是选自由沟槽、阶梯部以及螺纹所组成的群组中 的至少一个。
[0060] (Xiv)上述密封塞,其具备多个可扩径的环状橡胶部件。
[0061] 除此之外,根据本发明,还可提供一种聚-L-乳酸固化挤出成型物的制造方法,其 包括下述工序1至4 :
[0062] 1)将含有聚-L-乳酸的树脂材料供应给挤出机,在挤出机的机筒温度195~ 260°C下进行熔融混炼的工序1,其中所述聚-L-乳酸的重均分子量为150, 000~540, 000, 在温度240°C及剪切速度UOsec-1下测量的熔融粘度为30~3, OOOPa · s,且L体比率为 80 ~100% ;
[0063] 2)从挤出机前端的挤出模,将通过熔融混炼而熔融的树脂材料挤出到成型模的流 道内的工序2,所述成型模具备冷却机构以及与挤出模的熔融树脂通道相连通且具有挤出 成型物截面形状的流道;
[0064] 3)在成型模的流道内,使由树脂材料构成的熔融挤出物冷却、固化,然后从成型模 的前端将固化挤出物挤出到外部的工序3 ;以及
[0065] 4)对固化挤出物加压,一边向成型模方向施加背压一边牵引,此时,通过加压抑制 固化挤出物向厚度方向或直径方向膨胀,获得厚度或直径为10~500_的固化挤出成型物 的工序4 ;
[0066] 其中所述聚-L-乳酸固化挤出成型物具有10~500mm的厚度或直径,温度66°C下 的拉伸强度为5~lOOMPa。
[0067] 根据需要,通过本发明,可提供一种聚-L-乳酸固化挤出成型物的制造方法,其包 括下述工序P至4:
[0068] 1')将含有聚-L-乳酸和填充剂的树脂材料(将树脂材料的总量设为100质 量% )供应给挤出机,在挤出机的机筒温度195~260°C下进行熔融混炼的工序广,其中 所述聚-L-乳酸的重均分子量为150, 000~540, 000,在温度240°C及剪切速度UOsecT1T 测量的熔融粘度为30~3, OOOPa · s,且L体比率为80~100%,以总量为基准,所述填充 剂为5~70质量% ;
[0069] 2)从挤出机前端的挤出模,将通过熔融混炼而熔融的树脂材料挤出到成型模的流 道内的工序2,所述成型模具备冷却机构以及与挤出模的熔融树脂通道相连通且具有挤出 成型物截面形状的流道;
[0070] 3)在成型模的流道内,使由树脂材料构成的熔融挤出物冷却、固化,然后从成型模 的前端将固化挤出物挤出到外部的工序3 ;以及
[0071] 4)对固化挤出物加压,一边向成型模方向施加背压一边牵引,此时,通过加压抑制 固化挤出物向厚度方向或直径方向膨胀,获得厚度或直径为10~500_的固化挤出成型物 的工序4 ;
[0072] 其中所述聚-L-乳酸固化挤出成型物具有10~500mm的厚度或直径,温度66°C下 的拉伸强度为5~200MPa。
[0073] 根据本发明,可提供上述制造方法,其进而包括将工序4中获得的聚-L-乳酸固化 挤出成型物以90~190°C的温度热处理3~24小时的工序5。
[0074] 再者,根据本发明,可提供一种钻井方法,其特征在于,使用上述钻井用封堵球进 行钻井孔的封堵处理后,钻井用封堵球的一部分或全部被降解;以及提供一种钻井方法,其 特征在于,使用上述具备钻井用井下工具部件的密封塞进行钻井孔的封堵处理后,钻井用 井下工具部件的一部分或全部被降解。
[0075] 有益效果
[0076] 根据本发明,可以获得以下效果:可以提供一种可降解性塑料的固化挤出成型物, 其在超过地下1,OOOm的环境(超过65°C的温度环境等)下具有足够的强度,可以形成期望 形状的井下工具部件等,因其是由含有聚-L-乳酸的树脂材料构成,且具有10~500mm的 厚度或直径、温度66°C下的拉伸强度为5~lOOMPa,必要时可以为5~200MPa的聚-L-乳 酸固化挤出成型物,因此,通过切削、钻削、切割等机械加工可以成型为期望形状的二次成 型品,尤其是可以成型为密封塞中所具备的钻井用井下工具部件等,其中所述聚-L-乳酸 的重均分子量为100, 〇〇〇~380, 000,在温度240°C及剪切速度UOsecT1下测量的熔融粘度 为20~2, OOOPa · s,且L体比率为80~100%。
【附图说明】
[0077]图1是表示具备钻井用井下工具部件的密封塞一具体示例的模式图,所述钻井用 井下工具部件通过对本发明的聚-L-乳酸固化挤出成型物进行机械加工而形成。
【具体实施方式】
[0078] 1.聚-L-乳酸固化挤出成型物
[0079] 本发明的聚-L-乳酸固化挤出成型物具有10~500mm的厚度或直径,温度66°C 下的拉伸强度为5~lOOMPa,必要时可以为5~200MPa,由含有聚-L-乳酸的树脂材料构 成,其中所述聚-L-乳酸的重均分子量为100, 000~380, 000,在温度240°C及剪切速度 UOsec-1下测量的熔融粘度为20~2, OOOPa · s,且L体比率为80~100%。
[0080] 聚乳酸是含有用(式i)-(-o-c*hch3-co-)-表示的乳酸重复单元的聚合物。由 于(式1)中的"CT"所表示的碳原子为不对称碳原子,因此上述乳酸重复单元具有作为光 学异构体的L体和D体两种。因此,聚乳酸包括:仅含有L-乳酸单元作为乳酸重复单元的 聚-L-乳酸,仅含有D-乳酸单元作为乳酸重复单元的聚-D-乳酸以及含有L-乳酸单元和 D-乳酸单元作为乳酸重复单元的聚-D,L-乳酸。
[0081] 〔聚-L-乳酸〕
[0082] 本发明的聚-L-乳酸固化挤出成型物中所含有的聚-L-乳酸是L体比率为80~ 100%的聚乳酸,即作为重复单元含有L-乳酸单元80~100%与D-乳酸单元0~20% (其 中,将L-乳酸单元与D-乳酸单元合计设为100% )的聚乳酸(以下,有时将L体比率为 80~100%的聚-L-乳酸简称为"聚-L-乳酸")。聚-L-乳酸中L-乳酸单元的比例优选 为85~100%,更优选为90~100%,进一步优选为93~100%,也可以是L-乳酸单元的 比例为100%的聚-L-乳酸。如果聚-L-乳酸中L-乳酸单元的比例过小,则固化挤出成型 物在温度66°C下的拉伸强度不充分,难以形成具有10~500mm的厚度或直径的固化挤出成 型物,或者所形成的固化挤出成型物会破裂或损坏。
[0083] 本发明的聚-L-乳酸固化挤出成型物所含有的聚-L-乳酸中,乳酸重复单元的比 例(指L-乳酸单元与D-乳酸单元的合计)一般要超过50质量%,优选为70质量%以上, 更优选为80质量%以上,进一步优选为90质量%以上,尤其优选为95质量%以上,最优选 为99质量%以上,也可以是100质量%。因此,为形成本发明的聚-L-乳酸固化挤出成型 物而使用的聚-L-乳酸一般是含有除乳酸重复单元以外的重复单元小于50质量%的聚合 物,优选为30质量%以下,更优选为20质量%以下,进一步优选为10质量%以下,尤其优 选为5质量%以下,最优选为1质量%以下,也可以完全不含有除乳酸重复单元以外的重复 单元。如果乳酸重复单元的比例小于50质量%,则会显示有拉伸强度、强韧性、结晶性、耐 热性等不均衡或降低的趋势。
[0084] 作为乳酸重复单元以外的重复单元,例如可列举源自乙醇酸(或作为其二聚体的 乙交酯)、草酸乙烯酯、内酯类、三亚甲基碳酸酯、1,3_二曝烷等的重复单元,但并不限定于 此。
[0085] 本发明的聚-L-乳酸固化挤出成型物所含有的聚-L-乳酸优选为高分子量聚合 物。也就是说,本发明的聚-L-乳酸固化挤出成型物所含有的聚-L-乳酸的重均分子量 为 100, 000 ~380, 000,优选为 120, 000 ~360, 000,更优选为 140, 000 ~340, 000,进一步 优选为160, 000~320, 000,尤其优选为180, 000~300, 000。再者,本发明的聚-L-乳酸 固化挤出成型物所含有的树脂材料在温度240°C及剪切速度UOsecT1下测量的熔融粘度 为20~2, OOOPa · s,优选为50~1,800Pa · s,更优选为80~1,600Pa · s,进一步优选为 100~1,400Pa · s,尤其优选为120~1,200Pa · s。聚-L-乳酸的重均分子量通过凝胶渗 透色谱(GPC)法测量。聚-L-乳酸在温度240°C及剪切速度UOsecT1下测量的熔融粘度使 用CAPILOGRAPH进行测量。
[0086] 如果上述重均分子量或熔融粘度中的一个或两者均过低,则固化挤出成型物的可 挠性、强韧性较低,机械加工时会发生破裂,或者在固化挤出成型物的热处理(退火)时会 发生破裂,而且难以实施熔融挤出及固化挤出成型。如果重均分子量或熔融粘度中的一个 或两者均过高,则熔融挤出加工时必须加热至较高温度,因此聚-L-乳酸容易发生热老化。
[0087] 〔树脂成分〕
[0088] 本发明的聚-L-乳酸固化挤出成型物所含有的树脂材料是含有聚-L-乳酸至少25 质量%以上的树脂组合物,优选含有聚-L-乳酸作为主成分。所谓主成分,是指树脂成分中 聚-L-乳酸的含有比例一般在50质量%以上,优选为70质量%以上,更优选为80质量% 以上,进一步优选为90质量%以上。作为树脂材料中除聚-L-乳酸以外的其他树脂成分, 可列举除聚-L-乳酸以外的热塑性树脂,例如聚乙醇酸、聚己内酯、聚羟基脂肪酸酯、改性 聚乙烯醇、酪蛋白、改性淀粉、聚对苯二甲酸乙二醇酯共聚物等其他可生物降解性树脂。尤 其优选树脂成分中聚-L-乳酸的含有比例为100质量%的树脂组合物。
[0089] 根据用途,可以含有聚-D-乳酸作为树脂材料中除聚-L-乳酸以外的其他树脂成 分。例如,与树脂材料仅含有聚-L-乳酸或聚-D-乳酸中的任一个的情况相比,本发明的 聚-L-乳酸固化挤出成型物所含有的树脂材料含有聚-L-乳酸与聚-D-乳酸的混合物,树 脂材料的熔点变高,因此热稳定性提高,或者结晶性提高。尤其是,已知如果混合聚-L-乳 酸与聚-D-乳酸,则各自的分子链恰当地啮合,形成立构复合物(有时也称为"立构复合物 型聚乳酸"),耐热性提高,根据本发明,可提供聚-L-乳酸及聚-D-乳酸形成立构复合物的 聚-L-乳酸固化挤出成型物。
[0090] 如果本发明的聚-L-乳酸固化挤出成型物所含有的树脂材料同时含有聚-L-乳 酸和聚-D-乳酸,则从通过形成立构复合物来提高耐热性等方面考虑,相对于聚-L-乳酸 100质量份,优选含有聚-D-乳酸40~200质量份,更优选含有聚-D-乳酸60~150质量 份,进一步优选含有聚-D-乳酸80~125质量份。树脂材料含有聚-L-乳酸及聚-D-乳酸 时,树脂成分中聚-L-乳酸及聚-D-乳酸合计的含有比例优选为50质量%以上,尤其是在 聚-L-乳酸及聚-D-乳酸形成立构复合物的聚-L-乳酸固化挤出成型物的情况下,树脂成 分中聚-L-乳酸及聚-D-乳酸合计的含有比例更优选为80质量%以上,进一步优选为90 质量%以上,最优选为95质量%以上。
[0091] 这里,与之前针对聚-L-乳酸的说明相同,聚-D-乳酸是指D体比率为80~100% 的聚乳酸,即作为重复单元含有D-乳酸单元80~100 %与L-乳酸单元0~20 % (其中,将 D-乳酸单元与L-乳酸单元的合计设为100% )的聚乳酸。聚-D-乳酸中D-乳酸单元的比 例优选为85~100%,更优选为90~100%,进一步优选为93~100%,也可以是D-乳酸 单元的比例为100%的聚-D-乳酸。聚-D-乳酸中,乳酸重复单元的比例(指D-乳酸单元 与L-乳酸单元的合计)一般要超过50质量%,优选为70质量%以上,更优选为80质量% 以上,进一步优选为90质量%以上,尤其优选为95质量%以上,最优选为99质量%以上, 也可以是100质量%。因此,聚-D-乳酸一般是含有除乳酸重复单元以外的重复单元小于 50质量%的聚合物,优选为30质量%以下,更优选为20质量%以下,进一步优选为10质 量%以下,尤其优选为5质量%以下,最优选为1质量%以下,也可以完全不含有除乳酸重 复单元以外的重复单元。关于除乳酸重复单元以外的重复单元,与之前针对聚-L-乳酸的 说明相同。
[0092] 在本发明的聚-L-乳酸固化挤出成型物所含有的树脂材料中,优选所含有的 聚-D-乳酸是重均分子量为100, 000~380, 000,在温度240°C及剪切速度UOsecT1下测 量的熔融粘度为20~2, OOOPa · s,且D体比率为80~100%的聚-D-乳酸。再者,关于 聚-D-乳酸的重均分子量及熔融粘度进一步优选的范围,与之前针对聚-L-乳酸的说明相 同。
[0093] 因此,作为本发明的聚-L-乳酸固化挤出成型物,可制成相对于上述聚-L-乳酸 100质量份,树脂材料含有聚-D-乳酸40~200质量份的聚-L-乳酸固化挤出成型物,尤其 是可以制成上述聚-L-乳酸及聚-D-乳酸形成立构复合物的聚-L-乳酸固化挤出成型物, 所述聚-D-乳酸的重均分子量为100, 000~380, 000,在温度240°C及剪切速度UOsecT1T 测量的熔融粘度为20~2, OOOPa · s,且D体比率为80~100%。
[0094] 〔填充剂〕
[0095] 在本发明的聚-L-乳酸固化挤出成型物所含有的树脂材料中,为提高机械强度及 耐热性,可以含有填充剂。作为填充剂,可以使用纤维状填充剂以及颗粒状或粉末状填充 剂,优选为纤维状填充剂。
[0096] (纤维状填充剂)
[0097] 作为纤维状填充剂,可列举:玻璃纤维、碳纤维、石棉纤维、石英纤维、氧化铝纤维、 氧化锆纤维、氮化硼纤维、氮化硅纤维、硼纤维、钛酸钾纤维等无机纤维状物;不锈钢、铝、 钛、钢、黄铜等金属纤维状物;芳纶纤维、洋麻纤维、聚酰胺、氟树脂、聚酯树脂、丙烯酸类树 脂等高熔点有机质纤维状物质等。作为纤维状填充剂,优选长度(重量平均)为IOmm以下, 更优选为1~6mm,进一步优选为L 5~4mm,直径为2~50 μ m,优选为5~40 μ m,更优选 为7~30 μ m的短纤维,此外,优选使用无机纤维状物,尤其优选玻璃纤维。另外,纤维状填 充剂的长度(重量平均纤维长)通过周知的测量方法进行测量,即对含有纤维状填充剂的 树脂材料以高温(500°C左右)进行灰化处理或溶剂萃取处理,除去树脂成分,对残留的纤 维状填充剂的显微镜观察图像进行图像分析,从而计算出重量平均长度。
[0098] 再者,本发明的聚-L-乳酸固化挤出成型物通过在固化挤出成型物中含有长径比 较大的填充剂,具体为源自长纤维的纤维状填充剂作为填充剂,从而可以制成温度66°C下 的拉伸强度更大的固化挤出成型物。这里,关于填充剂的长径比,例如对于纤维状填充剂而 言用长度(重量平均)/直径的比率进行定义,是周知的填充剂特性。
[0099] (具有100以上长径比的填充剂)
[0100] 也就是说,本发明的聚-L-乳酸固化挤出成型物通过在固化挤出成型物中含有具 有100以上长径比的填充剂,例如纤维状填充剂,优选含
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