(57)【要約】例示的実施形態においてこの方法は、加工されるポリマー樹脂を準備するステップ、粒状窒化ホウ素（BN）およびフッ素含有ポリマーを上記ポリマー樹脂とブレンディングして樹脂ブレンドを準備するステップ、上記樹脂ブレンドを加熱して所望の流動性の値を得るステップ、および上記樹脂ブレンドを所望の形状に加工するステップを含む。【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融加工可能なポリマー、および、
500ppm未満の量で存在する発泡セル成核剤とフッ素含有ポリマーとを含む加工助剤、
を含むポリマー組成物。
【請求項２】
前記発泡セル成核剤がBNを含む、請求項1に記載の組成物。
【請求項３】
前記BNが六方晶BNを含む、請求項2に記載の組成物。
【請求項４】
前記六方晶BNが残留B2O3を含有する、請求項3に記載の組成物。
【請求項５】
前記六方晶BNが層間剥離型BNを含む、請求項4に記載の組成物。
【請求項６】
前記BNが0.5重量％以上の量のB2O3を含有する、請求項5に記載の組成物。
【請求項７】
前記フッ素含有ポリマーが1000ppm以下の量で存在する、請求項1に記載の組成物。
【請求項８】
前記フッ素含有ポリマーが800ppm以下の量で存在する、請求項7に記載の組成物。
【請求項９】
前記組成物が押出製品の形態である、請求項1に記載の組成物。
【請求項１０】
溶融加工可能なポリマーと、フッ素含有ポリマーおよび発泡セル成核剤を含む加工助剤とを含み、前記加工助剤が発泡セル成核剤に比べてフッ素含有ポリマー含量の割合が高いポリマー組成物。
【請求項１１】
前記割合が1.5 : 1を超える、請求項10に記載の組成物。
【請求項１２】
前記割合が最低でも2 : 1である、請求項10に記載の組成物。
【請求項１３】
前記割合が最低でも2.5 : 1である、請求項10に記載の組成物。
【請求項１４】
前記割合が最低でも3 : 1である、請求項10に記載の組成物。
【請求項１５】
前記割合が最低でも3.5 : 1である、請求項10に記載の組成物。
【請求項１６】
ポリマー組成物中の前記加工助剤の合計含量が約1300ppm未満である、請求項10に記載の組成物。
【請求項１７】
ポリマー組成物中の前記加工助剤の合計含量が約1000ppm未満である、請求項10に記載の組成物。
【請求項１８】
ポリマー組成物中の前記加工助剤の合計含量が約800ppm未満である、請求項10に記載の組成物。
【請求項１９】
ポリマー組成物中の前記加工助剤の合計含量が約500ppm未満である、請求項10に記載の組成物。
【請求項２０】
前記フッ素含有ポリマーがフルオロポリマーである、請求項10に記載の組成物。
【請求項２１】
前記フルオロポリマーがフルオロエラストマーである、請求項20に記載の組成物。
【請求項２２】
前記フッ素含有ポリマーがポリマー組成物中に800ppm未満の量で存在する、請求項10に記載の組成物。
【請求項２３】
前記発泡セル成核剤がBNを含む、請求項10に記載の組成物。
【請求項２４】
前記BNが六方晶BNから構成される、請求項10に記載の組成物。
【請求項２５】
前記六方晶BNが層間剥離型BNを含む、請求項24に記載の組成物。
【請求項２６】
前記六方晶BNが約0.5重量%以上のB2O3含量を有する、請求項24に記載の組成物。
【請求項２７】
前記ポリマー組成物が500ppm未満のBNを含有する、請求項23に記載の組成物。
【請求項２８】
前記BNが200ppm未満の量で存在する、請求項27に記載の組成物。
【請求項２９】
前記BNが100ppm未満の量で存在する、請求項27に記載の組成物。
【請求項３０】
前記溶融加工可能なポリマーが、熱可塑性ポリマー、熱可塑性コポリマー、およびそれらのブレンドからなる群から選択される材料を含む、請求項10に記載の組成物。
【請求項３１】
前記溶融加工可能なポリマーがポリオレフィンである、請求項30に記載の組成物。
【請求項３２】
前記溶融加工可能なポリマーが線状ポリオレフィンを含有するエラストマーブレンドを含む、請求項31に記載の組成物。
【請求項３３】
前記溶融加工可能なポリマーが線状ポリエチレンを含む、請求項31に記載の組成物。
【請求項３４】
前記溶融加工可能なポリマーが線状低密度ポリエチレンを含む、請求項33に記載の組成物。
【請求項３５】
前記溶融加工可能なポリマーがポリプロピレンを含む、請求項31に記載の組成物。
【請求項３６】
前記組成物が押出製品の形態である、請求項10に記載の組成物。
【請求項３７】
前記組成物がマスターバッチの形態である、請求項10に記載の組成物。
【請求項３８】
前記マスターバッチが約20重量％以下の加工助剤を含有し、残りが実質上溶融加工可能なポリマーである、請求項37に記載の組成物。
【請求項３９】
前記マスターバッチが約10重量％以下の加工助剤を含有する、請求項38に記載の組成物。
【請求項４０】
前記マスターバッチが約5重量％以下の加工助剤を含有する、請求項38に記載の組成物。
【請求項４１】
前記マスターバッチが、バルクの溶融加工可能なポリマーに加えられるマスターバッチペレットを含む、請求項37に記載の組成物。
【請求項４２】
マスターバッチをバルクの溶融加工可能なポリマーと混ぜ合わせて原料ポリマーを形成するステップであって、前記マスターバッチが加工助剤および溶融加工可能なポリマーを含有し、前記加工助剤がフッ素含有ポリマーおよび発泡セル成核剤を含み、発泡セル成核剤に対するフッ素含有ポリマーの割合が1 : 1を超え、かつ前記加工助剤が約20重量％以下の量でマスターバッチ中に含有される、ステップと、
この溶融加工可能なポリマーと混ぜ合わせたマスターバッチを加工するステップとを含む、ポリマーの加工方法。
【請求項４３】
前記マスターバッチと前記バルクの溶融加工可能なポリマーを1 : 5〜1 : 1000の割合で混ぜ合わせる、請求項42に記載の方法。
【請求項４４】
前記マスターバッチと前記バルクの溶融加工可能なポリマーを1: 10〜1 : 500の割合で混ぜ合わせる、請求項42に記載の方法。
【請求項４５】
前記マスターバッチと前記バルクの溶融加工可能なポリマーを1: 10〜1 : 200の割合で混ぜ合わせる、請求項42に記載の方法。
【請求項４６】
粉末状のフッ素含有ポリマーおよび発泡セル成核剤を混合して粉末混合物を形成するステップと、
この粉末混合物を押出してマスターバッチペレットを形成するステップと、
このマスターバッチペレットをバルクの溶融加工可能なポリマーと混ぜ合わせるステップとを含む、ポリマーの加工方法。
【請求項４７】
さらに前記混合のステップが、発泡セル成核剤およびフッ素含有ポリマーを溶融加工可能なポリマーと混合するステップを含み、それによってマスターバッチペレットが発泡セル成核剤、フッ素含有ポリマー、および溶融加工可能なポリマーを含有する、請求項46に記載の方法。
【請求項４８】
前記マスターバッチペレットと混ぜ合わせた前記溶融加工可能なポリマーを加工するステップをさらに含む、請求項46に記載の方法。
【請求項４９】
前記溶融加工可能なポリマーをペレットの形態で前記マスターバッチペレットと混ぜ合わせる、請求項48に記載の方法。
【請求項５０】
前記マスターバッチと前記バルクの溶融加工可能なポリマーを1 : 5〜1 : 1000の割合で混ぜ合わせる、請求項46に記載の方法。
【請求項５１】
前記マスターバッチと前記バルクの溶融加工可能なポリマーを1 : 10〜1 : 500の割合で混ぜ合わせる、請求項46に記載の方法。
【請求項５２】
前記マスターバッチと前記バルクの溶融加工可能なポリマーを1 : 10〜1 : 200の割合で混ぜ合わせる、請求項46に記載の方法。
【請求項５３】
加工を押出によって行う、請求項46に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリマーの加工方法および加工用組成物、より詳細には様々なポリマーを溶融加工するための助剤を対象とする。
【背景技術】
【０００２】
ポリオレフィンおよび他のポリマーをフィルム、シート、またはチューブに加工するには通常は押出によって行う。このプロセスではポリマーを押出機中で溶融し、ノズルを介して押出して所望の形状にする。
【０００３】
経済的な理由から押出機を通過するできる限り多い処理量が一般に望ましい。押出機の処理量を増加させる一つのやり方は、スクリュの速さを増すことである。しかしながらポリマー溶融物の粘弾性挙動が一般にこのプロセスに限界を設定し、理論的にこの装置により達成することが可能な値をかなり下回る。より具体的には押出速度が加工されるポリマーによって決まる値を超える場合、メルトフラクチャとして知られる欠陥が押出された材料の表面で起こる。
【０００４】
当業者は様々なタイプのメルトフラクチャの間の差異を認めるが、問題の特質は押出物のつや消しの粗い表面であり、これはまた「シャークスキン」としても知られる。いくつかの方法がこの望ましくないメルトフラクチャの防止のために提案されている。別の重要なメルトフラクチャ構造はグロスメルトフラクチャであり、これはシャークスキン効果が見られる高い処理速度においてひどい不規則な変形の形態をとる。
【０００５】
温度が増すにつれてメルトフラクチャは、より高いせん断速度の方へ移る。したがって温度を上げて、より高い耐えうるせん断速度の方へ移動させることが可能である。しかしながらこの方法は限られた範囲でのみ採用することができる。加工温度を上げると操業コストを上昇させ、熱放散の問題を生じ、結果としてポリマーの変色および熱分解をもたらす恐れがある。
【０００６】
別の可能性は押出機のノズル形状を変更するものである。相対的に大きな断面を有するノズルは、同一のせん断速度で相対的に高い材料処理量を産出する。この方法は一般に一軸または二軸延伸フィルムの生産において採用され、ノズルスリットの拡大により得られる比較的厚いフィルムを比較的大きな延伸比によって所望の厚さに調整することができる。もちろんこのプロセスはすべての用途に用いることができるわけではない。
【０００７】
メルトフラクチャを避ける別のやり方は、添加剤によってポリマー溶融物の粘弾性挙動を改変することを含む。一般にポリオレフィンと相溶性のあるこのような添加剤の例には、低分子量ポリエチレンワックスがある。しかしながら高い相溶性の添加剤は、ポリマーの特性（例えば引裂抵抗）に悪影響を及ぼす可能性がある。
【０００８】
別の方法は、適切な添加剤によってポリマーとノズルの壁の相互作用を改変するものである。このような添加剤は一般にポリマーと相溶性ではない。これらはポリマー溶融物とノズルの壁の間の境界層に移動し、そこで潤滑剤として働く。
【０００９】
ポリオレフィン用の加工補助剤として特定のフッ素含有ポリマー、具体的にはフルオロエラストマーを使用することが知られている（米国特許第3,125,547号参照）。これらのフッ素含有ポリマーは一般に、フッ化ビニリデン、フッ化ビニル、ヘキサフルオロプロペン、クロロトリフルオロエチレン、またはテトラフルオロエチレンから得られる。しかしながら当業界には流れ挙動の更なる改良の要求が存在し続ける。
【００１０】
さらに、特にフルオロエラストマー加工助剤とブレンディングされた線状ポリエチレンなどの線状ポリオレフィン類は、高度に分枝したポリエチレン類と比べて溶融加工することが特に困難である。特にフルオロエラストマーの添加はシャークスキン効果を減らすには効果的であるかも知れないが、このような添加剤は一般にグロスメルトフラクチャの開始には影響力を持たない。
【００１１】
モータ負荷、ヘッド圧力、および／またはトルクを増すことは、特定の機械装置に望ましくない、容認しがたい、または達成できない要求を課す可能性がある。例えば、特定のモータ出力および伝導装置を有する所与の押出機は、加工される所与のポリマーに関して一定の溶融温度条件下でモータ負荷またはヘッド圧力の上限に達することになる。より高い分子量および／またはより狭い分子量分布および／またはより低いせん断感度を有するポリマーなどの少なくとも1種類の成分が出力のより高い要求条件を有するポリマーまたはポリマーブレンドがこのような押出機に導入される場合、押出機はこれらのパラメータの1つまたはいくつかの上限に達することになり、その結果高度に分枝したまたはより広い分子量分布のポリマーで予想され／示される性能に似たレベルで送り出し／機能する能力は制限されることになる。より高い負荷に耐えることができる高度に調整可能な高性能の溶融加工機械装置でさえ、前述の線状ポリエチレンの加工においてはより多くの電力を消費する。
【００１２】
線状ポリエチレン類およびそれらのエラストマーブレンド類は、グロスメルトフラクチャおよび／またはシャークスキン効果（上記で考察した）などの望ましくない他の欠点を押出（具体的には吹込フィルム押出）中に示す可能性がある。メルトフラクチャは、フィルムの光学的性質および／または物性に有害な影響を及ぼす可能性がある。一般に線状または高分子量の熱可塑性樹脂をダイを介して押し出す場合、ある一定のせん断応力（すなわちせん断速度（押出機の産出速度））までしか滑らかな押出物を得ることができない。これを越えるとメルトフラクチャが重大な問題になる。したがって表面の欠陥、一様でない断面厚さをもたらすポリマー分解（チャーリング）、またはダイドルールのない、より高いせん断速度または産出速度での操業を可能にするためにメルトフラクチャの開始を遅らせ、抑制し、または排除する加工助剤を識別することが望ましいはずである。
【００１３】
ポリオレフィン樹脂の場合においては絶えず生産速度を増すことに対するこの産業界の欲求に臨む場合、上記加工助剤を採用してさえも及ばない。主として加工設備および人的資源の効率的な使用と関係する経済的理由によって駆り立てられるこのより高い押出速度の追求は、溶融加工可能なポリマー製品、例えば吹込フィルム、吹込成形製品などの生産者にとっては特に関心がある。
【００１４】
高性能プラスチックの需要が伸び続けるに従って、すぐれた製品をより経済的に提供する新しい改良された方法を市場に供給することが求められる。こういうわけで様々なポリマー加工助剤および加工改良剤が絶え間なく評価されているが、改良型および／またはもっと効果的な加工助剤の識別が、この産業界の目をのがれ続けている。この結果、長い間感じられてはいるが満足されていないニーズが、ポリマーを加工するための新しいかつ改良された方法および組成物に対して存在する。
【発明の開示】
【００１５】
したがって本発明は、ポリマーを加工するための方法および加工助剤を対象とする。一実施形態においてこの方法は、加工される溶融加工可能なポリマーを準備するステップ、粒状窒化ホウ素（BN）などの少なくとも1種類の発泡セル成核剤および少なくとも1種類のフルオロポリマーを含有する加工助剤を前記溶融加工可能なポリマー（バルクポリマー樹脂）とブレンドして樹脂ブレンド（原料ポリマーブレンド）を準備するステップ、およびこの原料ポリマーブレンドを加工するステップを含む。一般に加工は、前記原料ポリマーブレンドを加熱して所望の流動性を得ること、およびこの原料ポリマーブレンドを押出して所望の形状にすることによって行われる。
【００１６】
成核剤およびフルオロポリマーは、樹脂を加熱することによって混合物または懸濁液が生成された後など、プロセスの間の様々な点で加えることができる。別の代替実施形態においては成核剤をフルオロポリマーに加えることもでき、この場合、成核剤とフルオロポリマーは両方とも粉末状であり、この粉末混合物を加工する。この場合、粉末混合物は一般に溶融加工可能なポリマーの粉末を含有し、これはそのバルクの溶融加工可能なポリマーと同じか、またはそのバルクの溶融加工可能なポリマーと相溶性である。成核剤、フルオロポリマー（一般にはフルオロエラストマー）、および溶融加工可能なポリマーを含有する粉末混合物は、「マスターバッチ」と呼ばれる。このマスターバッチは一般に押出してペレットにされ、次いで所望の濃度でバルクの溶融加工可能なポリマーに加えられる。このバルクの溶融加工可能なポリマーもまたペレット状であってもよい。これについてはマスターバッチの形成が加工中の成核剤の分散を促進し、また押出中の溶融物の粘弾性特性を改良することが分かっている。成核剤およびフルオロポリマーは有効な量で含まれ、これは個々の用途で変えることができる。フルオロポリマーの様々な組合せを用いて対象ポリマーの特性を個別仕様に合わせることができる。本発明の様々な実施形態がポリマーの加工を助けることができ、またそれらの加工速度と条件ならびに加工されたポリマーの最終特性を改善することができることが分かった。
【００１７】
採用した特定の実施形態によって決まる本発明の利点には、加工されたポリマーの摩擦係数を調節および制御することができること、より滑らかなポリマーフィルムの生産、製造されたポリマーフィルムの厚さ制御の向上（ゲージの改良）、ポリマーフィルム中の曇りの減少、アンチブロッキング効果、押出中の溶融圧力の低減および制御、ダイドルールの減少および解消、シャークスキン効果およびグロスメルトフラクチャなどのメルトフラクチャ発生を先に延ばしてより高いせん断速度にすること、ならびに製品品質（例えば断面制御または表面品質を改善するより低温）、ポリマーの分解またはチャーリングの減少、およびことによると望ましくないゲル形成の低減およびフィルム条痕の減少または解消を改善するように押出操作の変更を可能にすることを含めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明は、上記のようにポリマーを加工するための方法および加工助剤を対象とする。加工されるポリマーは、溶融加工特性の向上により利益を得るはずの任意の熱可塑性のポリマー、コポリマー、またはブレンドであることができる。本明細書で用いられる、加工を受けることになるポリマー（時には本明細書中で「バルク」ポリマーと呼ぶ）とは、通常は溶融加工可能なポリマーである。この方法は、特に線状ポリオレフィンおよびそれを含有するエラストマーブレンドに適用することができる。この方法は、メタロセンポリオレフィンおよび線状ポリオレフィンに適用することができる。好ましくはポリマーは、線状ポリエチレン、より好ましくは線状低密度ポリエチレンまたはそれを含有するコポリマーである。この方法は高溶融押出型ポリプロピレン、超高分子量ポリエチレン、高度に加硫したアロイ、および他の加工が困難なエラストマーの加工に利するはずであると予想される。
【００１９】
ポリマーは、ポリマーの特性を調整するために紫外線安定剤、滑り剤、アンチブロッキング剤、発泡剤、難燃性付与成分、着色剤、および充填剤（例えば無機質）などの様々な添加剤および変性剤を含有することができる。このような添加剤は、続くバルクの溶融加工可能なポリマーとの混合のために最初にマスターバッチに混入することができる（より詳細には下記で考察する）。滑り剤には、例えば飽和（および不飽和）脂肪酸アミド、脂肪酸の金属塩、およびワックスがある。アンチブロッキング剤には、上記の脂肪酸アミド、珪藻土、シリカ、ゼオライト、ワックス、炭酸カルシウム、タルク、その他を含めることができる。
【００２０】
発泡セル成核剤は、好ましくは粉末として供給される。BNは成核剤の好ましい形態を代表する。これについては市販のBN粉末を使用することができる。一実施形態では、縦横比約50〜約300のような最低でも縦横比2の六方晶窒化ホウ素（h-BN）を使用する。この文脈で用語「縦横比」とは、粒径を粒子の厚さで割ることによって求められる値である。これについてh-BN粒子は、新たに開裂したBN面を大気中で酸化剤に曝すことによってこの新たに露出した面上にB2O3を生成させる摩砕工程によって得ることができる。高い残留B2O3含量は、溶融物中の成核剤（BN）の分散を向上させることができる。したがって好ましくはBN粉末はB2O3を少なくとも0.5重量％、より好ましくはB2O3を約0.5重量％〜約5重量％有する。
【００２１】
本発明のいくつかの実施形態によれば比較的高いB2O3含量を有するBN粉末を利用することができるが、0.02〜約0.10重量%のような比較的低いレベルを有する市販のBN粉末を利用することができる。
【００２２】
BNは有効な量を混入する。別段の特記がない限り用語「有効な量」とは、その物質が存在しない場合に達成される範囲を超えて当該ポリマーの加工特性または最終製品の特性に有利に影響を及ぼす物質の量を意味する。好ましくはBNはポリマー中に5000ppm未満かつ10ppmを超える量、より好ましく約50〜1000ppmの量、また最も好ましくは約100〜500ppmの量で存在する。いくつかの実施形態においてBNは200ppm未満のような500ppm未満の量、また100ppm未満の量さえ原料のポリマーブレンドに混入される。下記でより詳細に考察するように比較的低い濃度のBN、特にフルオロポリマー添加剤に対して比較的低い濃度のBNは、すぐれた溶融押出特性および押出後の得られた最終製品のすぐれた特徴を与える。
【００２３】
本明細書中で述べるh-BNは、縦横比が約50〜約300の層間剥離型BN粉末を生成させるのに効果的な条件下で摩砕用混合物中でh-BN粉末を摩砕することによって生成することができる。
【００２４】
出発用粉末を生成する一つの方法は、自然のままの本質的に貝殻層状〔turbostratic〕窒化ホウ素（アモルファス）粉末の「高焼成」処理である（本明細書により参考として援用されるHagio等の論文「Microstructural Development with Crystallization of Hexagonal Boron Nitride」J. Mat. Sci. Lett. 16: 795〜798 (1997)を参照されたい）。好ましい実施形態においては結晶指数が0.12未満の微細な貝殻層状BN粉末を、窒素中で約1400〜2300℃で約0.5〜12時間加熱処理する。貝殻層状BN粉末粒子の微粒子すなわち<1μmのクリスタライトが熱処理の間により配列（結晶化）され、かつ大きくなる（>1μm）ように、この加熱処理は一般により粗いh-BN粉末を生成する役割を果たす。典型的な実施形態において高焼成h-BN粉末の粒度は1〜20μm、より典型的には4〜9μmである。
【００２５】
一般に、バージンh-BN粉末は、摩砕混合物の約5〜約30重量％含まれる。10重量％を大幅に下回るものを用いると生産効率は低下する。30重量％を超すものを用いると摩砕スラリーの粘度を上昇させる恐れがあり、より低効率の摩砕を招く。
【００２６】
好ましくは摩砕混合物は、摩砕媒体および摩砕液を含む。摩砕液は、水、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、低分子量アルコールの異性体、アセトン、および超臨界CO2であることができる。一実施形態においてこの液体は、B2O3が可溶な任意の液体である。
【００２７】
一般に摩砕液は、摩砕混合物の約70〜95重量％含まれる。70重量％未満のものを用いると効率的摩砕にとってスラリーの粘度が高過ぎる可能性がある。95重量％を超すものを用いると生産性が犠牲になり、また乾燥粉末が所望の場合には多量の溶媒を除去するという負担が加わる可能性がある。
【００２８】
摩砕媒体の平均の径は、約1mm〜約20mmであることができる。好ましくは摩砕媒体は、平均の径が少なくとも3mmの粗い摩砕媒体である。好適な摩砕媒体には、ジルコニア、鋼球、アルミナ、窒化ケイ素、炭化ケイ素、炭化ホウ素、酸化カルシウム、および酸化マグネシウムがある。また摩砕媒体のサイズを用いて摩砕される材料の縦横比に影響を及ぼすことができる。具体的には微細な1 mmのジルコニアを用いた摩砕は、同様に1 / 8″（約3.2mm）の鋼球を用いて摩砕したh-BN粉末よりも小さい粒径を有するh-BN粉末を生成する。
【００２９】
いくつかの実施形態においては、摩砕スラリーの粘度を下げるために分散剤を用いることができる。好適な分散剤には、Rohm & Haas Duramax 3019、Rhodapex CO/436、Nekal、およびTritonシリーズがある。他の実施形態においては、水によるh-BNの濡れを助けるためにアルコール約1〜20重量％を用いることができる。
【００３０】
一般にh-BN粉末の摩砕は、例えばボールミル、アトリションミル、または振動ミル中での湿式摩砕の手法によって行う。ボールミルを用いる場合、好ましい摩砕媒体は鋼または磁気分離による摩砕破片の除去を助ける他の適度に磁性のある材料である。
【００３１】
高い縦横比のh-BNが望ましい状況では、8〜48時間の摩砕時間が好ましい。8時間未満の摩砕が行われる場合、層間剥離が不十分な可能性がある。48時間を超える摩砕が行われる場合、摩砕時間を増すことによるコストが加わる。しかしながら摩砕時間が増すに従って、得られた粉末中のBN粒子の表面積が増す可能性がある。
【００３２】
いくつかの応用例においては摩砕混合物の温度が摩砕操作中に著しく上昇する可能性がある。B2O3の生成量はアレニウスの速度則に従って温度と共に増すので、この温度の増加は最終的なB2O3濃度に影響する可能性がある。したがって低B2O3粉末が望ましい実施形態においては温度を約30℃またはそれ未満に維持することもある。さもないと摩砕混合物の温度が上昇する恐れがある。
【００３３】
摩砕液の選択は、h-BNの所望の縦横比によって決めるべきである。例えば高度に層間剥離した高い縦横比のh-BN粉末が所望の場合、その液体はh-BN粒子からB2O3を容易に取り出す（粒子の破壊を防ぎ、層間剥離を促進させるために）ことができるものであることがある。これらの場合では液体は、B2O3が高度に可溶なもの（すなわちB2O3の溶解度が少なくとも0.01g/ccのもの）であるべきである。選択された摩砕液中のB2O3の溶解度が与えられると、物質収支計算を用いてBN表面からのB2O3の効果的な除去を達成するための総B2O3に対する摩砕液体積の最小比を求めることができる。一方、高縦横比のBN小板を生成する機構がせん断摩砕である場合は十分な濃度の任意の液体を摩砕媒体と組み合わせて用いることができる。
【００３４】
また、個別仕様に合わせて非常に薄いだけでなくやや微細なBN粒子、例えば直径が1〜2μm程度の薄い小板を有する粉末を製造することが望ましいこともある。これには、層間剥離型および破砕型の両方のh-BN粒子を生成するように上記湿式摩砕法を乾式摩砕と組み合わせる（本明細書により参考として援用されるHagio等の論文、J. Am. Cer. Soc. 72: 1482〜84 (1989)を参照されたい）ことによって達成することができる。具体的には、h-BN粒子の平均粒度が約1〜10μmである場合、粒度の変化は生成される粒子の比表面積を効果的に変化させない。このような場合、粉末の径のわずかな低減は高比表面積の利点を失うことなく約2〜4倍も多くの粒子（一般にそれは均質性、したがってまたBNの性能を改善する）を実現するという利点を与える。したがって好ましい実施形態においてこの方法には、約1μm〜約2.5μmの径の層間剥離型粒子を生成するのに有効な条件下で窒化ホウ素粉末を乾式摩砕するステップが含まれる。より好ましくは得られた摩砕h-BN粉末は高い縦横比、したがって少なくとも約20m2/g（好ましくは少なくとも約40m2/g）の表面積および約50nm以下（好ましくは約20nm以下）の厚さLcを有し、また粒径D10が約1〜2.5μm、より好ましくは約1〜2.25μmである。
【００３５】
好ましくは乾式摩砕は、摩砕媒体および摩砕液を含む摩砕混合物中でBN粉末を摩砕（「湿式摩砕」）した後に行う。しかしまた乾式摩砕を湿式摩砕のステップの前に行うこともできる。
【００３６】
本発明の実施において用いることができるフルオロポリマー加工助剤には、メルトフラクチャ、高押出圧力、ダイ出口における堆積物の形成、および押出圧力または押出速度の変動などの効果を緩和することが当業界で知られているものが含まれる。これらには、フルオロポリマー（例えばPTFE）、フルオロエラストマー（例えばDDE & Dyneon）、および比較的低い融解温度を有するフッ素系プラスティックを含む、ポリマーに適する加工温度で溶融物または流体であるか、あるいは粒子としての広範な種類のフルオロポリマーが含まれる。このような低温融解性フッ素系プラスティックには、フッ化ポリビニリデン（PVDF）、テトラフルオロエチレン（TFE）とヘキサフルオロプロピレン（HFP）のコポリマー、TFEとペルフルオロ（メチルビニル）エーテルのコポリマー、ならびにTFE、HFP、およびフッ化ビニリデン（VF2）のコポリマーがあるがこれらには限定されない。本発明の実施において使用するのに適したフルオロポリマー加工助剤にはまた、少なくとも1種類のフルオロポリマーを別の材料と一緒に用いる様々な多成分加工助剤系が含まれる。この別の材料もまた、第一のフルオロポリマーとは組成的に異なるフルオロポリマーであってよい。一般に、好適なフルオロポリマー加工助剤は、フッ素と炭素の比が最低でも1 : 2、好ましくは最低でも1 : 1である。好ましいフルオロポリマーには、一般にVF2を30〜70重量％、HFPを30〜70重量％、およびTFEを0〜40重量％含有するVF2/HFPフルオロエラストマーがある。
【００３７】
本発明に用いることができる好ましい熱可塑性フルオロポリマーには、テトラフルオロエチレン（Teflon RTM(商標)FEPフルオロカーボン樹脂など）とフッ化ポリビニリデンのホモポリマーおよびコポリマーがある。フルオロエラストマー加工助剤はフッ素系プラスティックポリマーよりも好ましく、好適なフルオロエラストマー加工助剤には、例えばDyneonから市販されているDynamar(登録商標)およびDuPont Dow Elastomersから市販されているViton(登録商標)フルオロエラストマーがある。他の好ましいフルオロポリマーには、Atofina Chemicals, Inc. から市販されているKynar(登録商標)PVDF樹脂などの安定化フッ化ポリビニリデン樹脂がある。
【００３８】
フルオロポリマーは有効量が混入される。好ましくはフルオロポリマーは、加工されるポリマー中に5000ppm未満、より好ましくは約100〜1000ppmのような10ppmを超える量、または最も好ましくは約200〜800ppmの量で存在する。
【００３９】
本発明の特定の実施形態によれば、フルオロポリマーと成核剤の比は、原料ポリマーブレンド（およびマスターバッチ）中で指定される。これらの加工助剤成分それぞれの相対的な量のこの特定化は、成核剤とフルオロポリマーの量の明示以上の著しい特徴である。本発明者等は、本明細書で開示した範囲内で成分それぞれの量を制御することが重要であるだけでなく、互いに対する成分の相対的な量を制御することも重要であることを発見した。思いがけないことに、フルオロポリマー含量に対して低い成核剤含量を使用することによりいくつかの利点が得られた。例えばすぐれた透明度、平滑度、および均一性（ゲージ制御）を有する押出製品が実現した。これに加えて本発明者等は、フルオロポリマーに対して比較的低い量の成核剤（BNなど）を用いることによって押出中の溶融物とダイの壁の間の摩擦係数を容易に調整することができることを発見した。この特徴は重要であり、また摩擦係数の調整は工業的な応用にとって重要である。例えばある生産環境については1.0未満の摩擦係数を有することが望ましく、その他については1.0を超えることが望ましい。
【００４０】
上記によれば、原料ポリマーブレンド（およびマスターバッチ）は、BN含量に比べてフルオロポリマー含量が多い。フルオロポリマーと成核剤の比（通常は重量比）は一般に1 : 1を超え、また典型的には1.5 : 1を超える。より典型的には諸実施形態は、最低でも2 : 1、2.5 : 1、3 : 1、および3.5 : 1の比を有する。特殊な実施形態では8 : 1〜10 : 1以上の程度の比を有する。実用的な実施例は135 : 65、650 : 100、320 : 80の比、また比較例は100 : 100 （1 : 1）の比で調製した。
【００４１】
あとでポリマーに加えて所望のレベルの加工助剤を与えることができるBNとフルオロポリマーの高濃度だがよく分散した混合物を生成するために、フルオロポリマーまたは分散剤をBNと予混合、または「コンパウンディング」することによってBNの分散を促進することができる。BN粉末の分散はまた、BN粉末をフッ素、塩素、臭素原子を含有する他の物質、例えば低分子量ポリエチレン、シロキサン、フッ素化シロキサン、または共役結合（二重結合、三重結合、芳香環系など）を有する化合物でコーティングすることによって促進することもできる。代替実施形態において、この方法は、ポリマー樹脂／BNブレンド物をバージンポリマー樹脂を含有するバッチと混合して押出生成物中の所望の濃度のBN粉末を達成するステップを含む。ブレンディングはV型ブレンダ、リボンブレンダなどのミキサー中で行うことができる。
【００４２】
上記コンパウンディングは、本発明のいくつかの実施形態による重要な特徴である。これについては、一般にはフルオロポリマーと成核剤は粉末の形態で混ぜ合わされる。粉末加工を用いることは加工助剤、特に加工助剤の成核剤成分の分散を改善するために望ましい。本明細書中で用いる粉末とは公称粒度が約1mm未満、一般には1〜100μm程度、好ましくは最も粗い粒子が25μm未満（BNなどの成核剤の場合、なおフルオロポリマーの場合は1000〜2000μm程度）の粒子の塊を意味する。成核剤の粉末形態には、単一の結晶領域粒子ならびに一般に多数の結晶領域が互いに結合した凝集粒子がある。フルオロポリマーと成核剤の粉末を混合してマスターバッチを形成し、溶融し押出してマスターバッチペレットにする。次いでこのマスターバッチペレットを、バルクのポリマーブレンドに活性成分（成核剤およびフルオロポリマー加工助剤）を加えるために用いる。
【００４３】
一般にはこのマスターバッチは成核剤とフルオロポリマーのみを含有するものではない。もっと正確に言えばマスターバッチは、好ましくはさらに溶融加工可能なポリマー、すなわちこのマスターバッチペレットが混ぜ合わされるものと同一のポリマーまたはそのバルクの溶融加工可能なポリマーと相溶性の溶融加工可能なポリマーのどちらかを含有する。BNや成核剤と同様に、この溶融加工可能なポリマーもまた粉末の形態で加えられる。これはBN粉末および成核剤の粉末と混合され、その後押出してマスターバッチペレットにされる。マスターバッチ中への溶融加工可能なポリマーの添加は、マスターバッチ中に含有されているポリマー加工助剤の濃度を下げるのに有効である。濃度の低下は、それがバルクの溶融加工可能なポリマーへの加工助剤の正確な量の添加（すなわち溶融および最終押出生成物中の加工助剤の濃度に対するより正確な制御）を助けるので望ましい。典型的にはマスターバッチは約20重量％以下の加工助剤を含有し、残りは実質上溶融加工可能なポリマーである。さらにより典型的にはマスターバッチは5重量％未満など、10重量％以下の加工助剤を含有する。特定の実施例では3重量％を含有した。マスターバッチには紫外線安定剤、アンチブロッキング剤、発泡剤、滑り剤、難燃性付与成分、着色剤、および充填剤などの他の添加剤を含むことができる。
【００４４】
マスターバッチが完成した後、次いでこのマスターバッチペレットを一般にはバルクの溶融加工可能なポリマーのペレットと混ぜ合わすことにより加工用の原料ブレンドを形成する。
【００４５】
前述のように溶融加工可能なポリマーを加工助剤に加えて加工助剤の濃度の低いマスターバッチを形成することにより、最終の溶融および押出製品中に含有される加工助剤の量に対する精度およびプロセス管理を改善する。マスターバッチ中の加工助剤の濃度を考慮にいれると、それは一般には原料ポリマーブレンド（すなわちマスターバッチとバルクポリマーの組合せ）の20重量％以下である。一般に、バルクの溶融加工可能なポリマーは、マスターバッチと約1 : 5〜約1 : 1000、より典型的には1 : 10〜約1 : 200の比の範囲内で混ぜ合わされる。
【００４６】
加工されるポリマーの対象とする特性をさらに向上させるために、他の加工助剤を発泡セル成核剤およびフルオロポリマーと組み合わせて用いることもできる。同様に2種類以上のフルオロポリマー（例えばPTFEおよびPVDF）を発泡セル成核剤（例えば四ホウ酸カルシウムおよび窒化ホウ素）と組み合わせて用いることができる。別法では、複数の発泡セル成核剤の組合せを個別の用途の必要に応じて1または複数種のフルオロポリマーと共に用いることができる。
【００４７】
本明細書で用いる用語「加工」とは、考察の対象のポリマーを所望の形状に成形することを意味する。しかしながら、一般に加工には、原料ポリマーブレンド（バルクの溶融加工可能なポリマーと、加工助剤および添加剤）を溶融しダイを介して押し出す押出工程が組み込まれる。ポリマーブレンドの加工方法の非限定的なリストには、射出成形、ブロー成形、押出コーティング、フィルムキャスティング、フィルムブローイング、トランスファー成形などが含まれる。加工にはまた、一軸および二軸配向ボトルを製造するためのブロー成形用パリソンが含まれる。加工されるポリマーの所望の形状には、フラットフィルム、円筒フィルム、繊維、フィラメント、ラミネート、コーティング、電気絶縁材、管、ライニングされたパイプ、射出成形容器、部品、または所与の用途において興味のある任意の形状がある。
【００４８】
好適な押出機には、当業界で周知の一軸スクリュまたは二軸スクリュ押出機がある（本明細書により参考として援用されるBuckmaster他の米国特許第5,688,457号を参照されたい）。同様に、押出法も現場技術者にはよく知られている（例えば本明細書により参考として援用される米国特許第2,991,508号、第3,125,547号、Buckmaster他の第5,688,457号、およびYip等の著、ANTEC 1999, Tech. Papers, 45, New York (1999) を参照されたい）。本発明の一つの典型的実施形態は、BN粉末とフルオロエラストマー粉末のブレンド（すなわち加工助剤ブレンド）を準備するステップを含む。この加工助剤ブレンドと加工されるポリマーをミキサー中でブレンディングする。このブレンドをホッパに供給し、このホッパが押出機に供給する。そのブレンドは押出機中で溶解され、押出機はBN粒子を溶融したポリマー全体にわたって分散させるのに十分なせん断を与える。次いでこの溶融物を押出機のノズルを通して押出して所望の形状を形成する。
【００４９】
本発明はまた、ベースポリマー、有効量の少なくとも1種類の発泡セル成核剤、および有効量の少なくとも1種類のフルオロポリマーを含むポリマーブレンを対象とする。このベースポリマーは任意の加工可能なポリマー、特に上記において好ましい加工可能なポリマーとして特定されたものから選択することができる。
【実施例】
【００５０】
次の実施例は、請求された発明の実施に当たっての当業者に対する追加の手引きを提供するために包含される。提供される実施例は、単に本出願の教示の一助となる成果を代表するに過ぎない。したがってこれらの実施例は、どのようなやり方でも添付の特許請求の範囲で規定される本発明を限定するものではない。
【００５１】
一般的なマスターバッチの調製手順：
両方とも粉末状のフルオロエラストマーと窒化ホウ素を、適切な割合で組み合わせ、10回転ごとにインテンシファイア・バーが作動するV型ブレンダ中で混合した。次いでこのフルオロエラストマー／BN混合物を、これもまた好ましくは粉末状のポリエチレンと混ぜ合わせた。適切なブレンダ中で混合し、次いで溶融押出を行い、様々なサイズのペレットにした。
【００５２】
押出操作は、「1回通し」型ファーレル連続混合機、続いて溶融押出ペレット化プロセスで行った。別法では押出操作をペレット化プロセスに連結した二軸スクリュ押出操作で行うこともできる。二軸スクリュ押出操作は、二軸スクリュ押出ステップによる1または2回通しを利用することができる。これは2回の通過とも高濃度のフルオロエラストマー／BN混合物であってもよい。あるいはより適切には一回目の通過を高濃度で行い、二回目の通過を低濃度で行うことができる。いずれの場合もこのような2回通し押出を用いてマスターバッチ内のポリオレフィン中のフルオロエラストマー／BNのすぐれた分布を保証することができる。
【００５３】
マスターバッチ中のBNのすぐれた分散は、粉末状またはすり砕いたポリエチレンと二軸スクリュ押出機1回通しを用いて実現した。
【００５４】
次に二軸スクリュ押出機を使用したマスターバッチの調製の詳細について追加して提供する。
【００５５】
供給技術：フルオロエラストマー／BN混合物については精密Kaytron(登録商標)計量ベルト供給装置または同等物を用いるものとする。同様の供給装置をポリオレフィン樹脂についても用いることにする。この装置一式では2台の供給装置を押出のために用いる。別法ではフルオロエラストマー／BN混合物およびポリオレフィン樹脂を適切な混合装置で混合することもできる。この混合は、リボンブレンダまたはドラムタンブラ中で行うことができる。続く二軸スクリュ押出機への供給は、精密計量ベルト供給システムを介するものとする。この場合、この押出装置一式に関して1台の供給装置が用いられる。
【００５６】
二軸スクリュの設計：二軸スクリュは、供給エレメント、一組の混練ブロック、および一組の逆転エレメントから構成された。二軸スクリュ押出機のサイズ（径）は、当業界で周知のように求められるマスターバッチに応じて選択することができる。この押出プロセスは、押出溶融物の流れをペレット化するステップを下流に含むものとする。ストランドカットまたはメルトカットのいずれかを採用することができる。溶融濾過（400、200、または100メッシュパック）は、溶融圧力の上昇を許容できるならば考慮に入れることができる選択肢である。二度目の押出において押出を追加のポリオレフィンと共に繰り返すことができる。
【００５７】
対比試験をBN、フルオロエラストマー、およびExxon製のExceed(商標)ポリエチレンブレンドの様々な量および組合せを用いて行った。これらデータは、本発明の様々な実施形態が吹込フィルムの押出速度およびフィルムの品質（例えば透明度およびゲージ）を向上させることを示す。この向上の大きさは、フルオロエラストマーに対して比較的低いBN含量（フルオロエラストマーを多量に含む）のその有益な効果ゆえに意外である。この組合せを用いることは溶融圧力を下げる有効な方法である。溶融圧力の低下は速度の増加を可能にする。この場合、増加はほとんど200％であった。さらにフィルムの透明度は、バージン樹脂に付随する曇ったフィルムからほぼ完全に透明なフィルムへ変わる。さらにまたフルオロエラストマーを多量に含む領域内でBNとフルオロエラストマーのレベルを変えることを利用することによってダイに対する溶融物の摩擦係数を具体的に選択することができる。
【００５８】
ポリエチレン350D60（Exxon社の市販製品）中のフルオロエラストマーそれ自体は条痕のある押出フィルムを生成する。この条痕は、BNおよびフルオロエラストマーが樹脂タイプ143中で同時に用いられる場合は通常存在しない。この試験に関して様々なデータを提示する図1〜5を参照する。これらのデータによれば、次の加工助剤の組合せが本明細書に引用した利点の多くを示した。
【００５９】
2004525242.tif 000002
【００６０】
上記の実施例はすべてフルオロエラストマーを多量に含んでおり（BNに対して）、すべてのフルオロエラストマーとBNの比が1 : 1を超え、具体的には4 : 1、1.3 : 1、2.6 : 1、6.5 : 1、および2.1 : 1である。注目される速度の増加のほかにも、同時にきわめて透明なフィルムを生成しながらフィルム厚の正確な制御を達成することができる。さらにまた下記の利点が観察された。
−摩擦係数（静摩擦および動摩擦）がバージンポリエチレン（タイプ143）のフィルムと比べて低下する。
−フィルム対金属の係数は3分の1 に低下する（by a factor of three）。
−フィルム対フィルムの係数は0.25倍に低下する（by a factor of 0.25）。
−フルオロエラストマー（市販の樹脂350D60）のみを単独で含有するポリエチレンフィルムに付随する係数は有意に高く、貼り付いて滑らない場所ではなおさら高い。これに反して、本明細書中の実施例によるBNとフルオロエラストマーの組合せを含有する加工助剤は、従来から用いられている滑り剤に対する必要性を低減させ、またそれどころかそれを越えるような程度まで摩擦係数を減らすのに有効である。
−フィルム面がより滑らかである。
−1.5mil（約0.025mm）フィルムの円周に沿ったフィルム厚の制御（平均値および6σ）が有意にすぐれている。
−窒化ホウ素は制御を2倍に改善した（by a factor of too）。
−フルオロエラストマーもまた制御を2倍に改善する。
−しかしながら、窒化ホウ素とフルオロエラストマーは共同して厚さの変動をフルオロエラストマー単独で達成されるものに比べてさらに2倍改善した。
−フィルムの曇りはこの組合せによって有意に減少した。
−BNは押出フィルム中でアンチブロッキング剤として働く（吹込フィルムを平らに置いたとき、フィルム同士が貼り付かないようにする）ことが考えられる。現在、樹脂の製造業者はこのアンチブロッキングの特徴を達成するためにシリカなどの成分を加えている。
−溶融圧力が下がる。吹込フィルム装置一式は、通常ダイホルダが溶融物を漏らすまでにどのくらい高い圧力（例えば装置が使用される状態で4,700psig（約3033MPa））まで耐えられるかによって制約されるので、これは押出速度を高めるために主要な鍵である。
−少しのダイドルールも円形ダイのリップで認められない。
−メルトフラクチャが、より高いせん断速度まで延びる。
−本明細書で述べた組合せによれば窒化ホウ素とフルオロエラストマーは協力して、まだ使用されていない溶融加工可能なポリマーと比べて190％の押出速度の増大をもたらす。
−フィルムの条痕は本質的に何も起こらない。フィルムの条痕は、フルオロエラストマー押出助剤のみを含有する樹脂350D60にとって深刻な問題である。
−総合的なフィルム品質がBNにより改善される。しかしながらきわめてすぐれた品質（すぐれた透明度およびすぐれた厚さ制御）は、本明細書で述べたフルオロエラストマーを多量に含む領域内で窒化ホウ素とフルオロエラストマーを組み合わせることにより実現される。
【００６１】
また本明細書で述べた種類とは別の用途では上記の各要素が、または共同する2つ以上の要素が有用であることもあることは理解されるはずである。本発明はポリマー加工助剤およびポリマーの加工法において実施するように例示し記述してきたが、いかなる形でも本発明の精神から逸脱することなく様々な修正形態および置換形態をなすことができるので、これを示した詳細に限定することを意図しない。例えばポリマーは、その特性を調整するために紫外線安定剤、アンチブロッキング剤、発泡剤、および充填剤（例えば無機物）などの様々な添加剤および変性剤を含有することができる。これに加えてフルオロポリマー、特にフルオロエラストマーを加工助剤の絶対必要な成分であるとして述べてきたが、加工助剤のポリマー成分は一般には任意のフッ素含有ポリマーを対象としており、このグループには上記フルオロポリマーだけでなく、フルオロクロロポリマーおよびフッ素を含有するハロゲン化ポリマーなどの他の材料も含まれる。これについてはバルクの原料ポリマーブレンド（ベースすなわちバルクポリマー）を構成するポリマーと加工助剤の一部であるフッ素含有ポリマーは区別される。これについてベースポリマーは加工助剤のフッ素含有ポリマーとは違い、またそれとは別のポリマー組成物である。例えば溶融加工可能なバルクポリマーがフッ素を含有する場合、一般にはそれはフッ素樹脂であり、一方加工助剤のフッ素含有ポリマーはフルオロエラストマーである。
【００６２】
様々な代替の化学薬品、無機物、および成分の多くの例を本明細書中のいたるところに提示したが、可能性のある品目の脱落は特許請求された発明中でこれを使用すること、またはそれと一緒にこれを使用することを特に除外することを意図しない。開示した本明細書中の本発明の別の修正形態および等価形態がせいぜい日常的な実験を用いて当業技術者には思い浮かぶかも知れず、またすべてのこのような修正形態および等価形態は添付の特許請求の範囲により規定される本発明の精神および範囲内にあると考えられる。
【００６３】
本発明は添付図面を参照することによってより良く理解することができ、またこれによってその非常に多くの目的、特徴、および利点を当業技術者に明らかにすることができる。
本発明の様々な特徴、態様、および利点は、下記の説明、添付の特許請求の範囲、および添付図を参照してより明らかになるはずである。
異なる図中で同じ参照記号が使用される場合、類似または同一の項目を指す。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】様々な吹込フィルムの摩擦係数のデータを比較した表である。
【図２】様々な吹込フィルムの曇りのデータを比較した表である。
【図３】様々な吹込フィルムの関連性のあるデータを比較した表である。
【図４】ある吹込フィルムの厚さを解析して得られたワイブル分布曲線であって、ほぼ安定な押出で1時間当たり75.0ポンド（約34kg）で42.2rpmで Escorene 1001.29中にフルオロエラストマー210ppmおよびBN 70ppmを含む材料から成形された吹込フィルムの円周の全域のフィルム厚さの分布曲線を示す図である。
【図５】ある吹込フィルムの厚さを解析して得られた別のワイブル分布曲線であって、ほぼ安定な押出で1時間当たり70.9ポンド（約32kg）で39.4rpmで Escorene 1001.29中にフルオロエラストマー280ppmを含む材料から成形された対比用吹込フィルムの円周の全域のフィルム厚さの分布曲線を示す図である。
【図１】
2004525242.tif 000003
【図２】
2004525242.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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