JP2001233992A

JP2001233992A - 成形助剤、その製造方法、及びそれを複合化した高分子複合体

Info

Publication number: JP2001233992A
Application number: JP2000043187A
Authority: JP
Inventors: Tatsuaki Oda; 達明小田; Makio Nomura; 牧夫野村; Hisakuni Ito; 寿国伊藤
Original assignee: Ishizuka Glass Co Ltd
Current assignee: Ishizuka Glass Co Ltd
Priority date: 2000-02-21
Filing date: 2000-02-21
Publication date: 2001-08-28

Abstract

(57)【要約】【課題】高分子材料の成形時等において、低添加量で
樹脂材料を効果的に可塑化可能な成形助剤を安価に提供
する。【解決手段】成形助剤粒子１０は、珪素成分及び／又
は金属成分と酸素とを含有する複合組成物２が担持材料
粒子１に複合化された構成を有し、高分子材料の成形時
の可塑化工程において、該高分子材料の溶融温度を低下
させる、もしくは所定の温度での高分子材料の粘度を低
下させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高分子材料を成形
する際に配合することにより、該高分子材料を可塑化し
て成形加工性を向上させる成形助剤に関する。

【０００２】

【従来の技術】樹脂材料は、化学的、物理的に優れた性
能を有し、成形性及び加工性にも優れていることによ
り、広範囲な分野で使用され、需要が伸びている。とこ
ろで、樹脂材料の成形工程は、例えば可塑化（溶かす）
工程、賦形（流す）工程、冷却（固める）工程から構成
される。そして、樹脂材料に熱をかけて可塑化する工程
においては、該樹脂材料に例えば可塑剤（成形助剤）を
添加して、その溶融温度を低下させたり、所定の加熱温
度における粘度を低下させたりすることが一般的に行わ
れている。

【０００３】特に樹脂にフィラーを添加し、新たな特性
を発現する複合材料において、つまり無機物を成形前の
高分子材料に添加することにより、押出、射出成形等の
成形時の粘度が上昇したり、流動特性が変化したりして
作業性が悪くなる場合が多い。

【０００４】可塑剤としては、有機系等の種々のものが
採用されており、要求される性質は、対象となる樹脂材
料にもよるが、１）樹脂（高分子材料）との相溶性がよ
い、２）沸点が高くあまり蒸発しない、３）無色、無
臭、無害、４）熱、光、薬品等に安定、等がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、可塑剤
としては種々のものが市販されているが、上記１）〜
４）の要件を満たすものは比較的高価なものが多く、ま
た、多量添加が必要なものも多い。本発明の課題は、そ
のような現状を鑑みて、低添加量で樹脂材料を効果的に
可塑化可能な成形助剤を安価に提供しようとするもので
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び作用・効果】上記課題
を解決するために、本発明の成形助剤の第１の構成は、
高分子材料を成形する際に配合することにより、該高分
子材料を可塑化（例えば内部可塑化）して成形加工性を
向上させるものであって、珪素成分及び／又は金属成分
と酸素とを少なくとも含有する複合組成物を、担持材料
粒子に複合化させた構成を有することを特徴とする。

【０００７】このような構成の成形助剤は、上記高分子
材料に対する可塑剤として作用し、成形時の可塑化工程
において、高分子材料の溶融温度を低下させる、もしく
は所定の温度での高分子材料の粘度を低下させることが
可能となる。これにより低い温度での成形が可能となっ
て、成形型（金型）の寿命を向上させることが可能とな
るとともに、高分子材料の化学的、物理的性能の低下を
防止ないし抑制することが可能となる。また、所定の成
形温度（一般的な樹脂の成形温度）で成形を行う場合に
は、高分子材料の粘度低下のため、成形時の圧縮力等を
小さくすることができ、その駆動エネルギー（油圧ポン
プ等の駆動エネルギー）を低減させることが可能であ
る。

【０００８】また、上記のように珪素成分及び／又は金
属成分を少なくとも含有するため、当該成形助剤の沸点
は高く、無色、無臭、無害で、且つ熱、光、薬品等に安
定な成形助剤となる。さらに、珪素成分及び／又は金属
成分に加えて酸素を含み、それら成分が、成形温度より
も高温（例えば樹脂の燃焼温度等）において、珪素成分
又は金属成分の酸化によりガラス質セラミックを生じる
ため、当該成形助剤は不燃性を示す。このように、本発
明の成形助剤は上述した可塑剤に要求される性質を含
み、且つ後述するように比較的簡便に製造することが可
能なため、これを安価に提供することが可能である。な
お、上記金属成分としては、例えばＴｉ、Ｃｕ、Ａｌ、
Ｚｎ、Ｎｉ及びＺｒ、あるいはその他の遷移金属元素の
１種又は２種以上を採用することができる。

【０００９】上記担持材料粒子は、無機材料系粒子又は
金属材料系粒子とすることができ、例えば、水酸化アル
ミニウム及び水酸化マグネシウムの少なくともいずれか
を主成分として構成できる。この場合、無機又は金属材
料系粒子は沸点が高く、熱、薬品等にも安定で不燃性で
あるため、成形助剤も該性質を具備したものとなる。な
お、その他の担持材料粒子としては、例えば、水和金属
化合物、白雲母、金雲母、黒雲母、絹雲母等の雲母類、
カオリン、滑石、沸石、ホウ砂、ダイアスポア、ベーマ
イト、石膏等の鉱物類、酸化マグネシウム、酸化アルミ
ニウム、二酸化珪素等の金属酸化物、炭酸カルシウム等
の金属化合物、赤燐、ポリリン酸アンモニウム等のリン
系化合物、窒素系化合物等に代表される無機材料系系粒
子、及びリン系、シリコーン系、窒素系の有機材料系粒
子、さらには金属粉末粒子等を用いることができる。

【００１０】担持材料粒子として無機材料系粒子又は金
属材料系粒子を用いた場合、平均粒径が０．０５〜５０
０μｍの粒状形態として成形助剤を構成することができ
る。成形助剤の平均粒径が０．０５μｍ未満の場合、当
該成形助剤粒子の製造が困難になる場合がある他、成形
助剤を高分子材料へ配合し、これを成形した高分子成形
体において成形助剤の偏在が生じる場合があるため、高
分子材料の性能がその偏在領域において低下したりする
場合がある。また、５００μｍを超える場合、配合した
成形助剤粒子の分布が不均一になる場合がある他、高分
子材料の特性、例えば流動性等の性質が低下したり、高
分子成形体が外観不良を起こしたりする場合がある。な
お、無機材料系粒子又は金属材料系粒子を用いた場合の
成形助剤の平均粒径は、好ましくは０．１〜３００μ
ｍ、さらに好ましくは１μｍ〜１００μｍ程度とするこ
とができる。

【００１１】担持材料粒子としての無機材料系粒子又は
金属材料系粒子の平均粒径は例えば０．０５〜５００μ
ｍとすることができ、その担持材料粒子に複合化される
上記複合組成物は例えば０．０１〜１．０μｍ程度の被
膜として形成することができるため、当該成形助剤の平
均粒径は担持材料粒子の平均粒径とほぼ同じとなる。

【００１２】なお、平均粒径の測定は、例えばレーザー
回折式粒度計を用いることができる。この場合、レーザ
ー回折式粒度計による測定では、入射レーザー光の凝集
粒子による回折挙動と、孤立した一次粒子による回折挙
動とで大きな差異を生じないため、測定された粒径が、
一次粒子単体で存在するものの粒径なのか、あるいはこ
れが凝集した二次粒子の粒径なのかが互いに区別されな
い。したがって、該方法で測定した平均粒径は、凝集を
起こしていない孤立した一次粒子も広義に含めた二次粒
子の平均粒径を反映した値となる。

【００１３】一方、担持材料粒子は、基質としての高分
子材料（以下、高分子材料基質ともいう）と同材質及び
／又は異材質の高分子材料粒子とすることができる。特
に、高分子材料粒子としては熱可塑性高分子材料を用い
ることができる。担持材料粒子として高分子材料粒子を
用いると、成形する際の高分子材料基質とのなじみ（例
えば有機分の残留による親和性、すなわち相溶性）がよ
いため、当該成形助剤が高分子材料基質に対してより均
一に混入（分散）されることとなり、該高分子材料基質
を一層効果的に可塑化することが可能となる。

【００１４】高分子材料粒子を用いた場合、成形助剤の
平均粒径は０．１〜１０ｍｍとすることができる。上述
したように、担持材料粒子に複合化される複合組成物は
例えば０．０１〜１．０μｍ程度の被膜として形成され
るため、当該成形助剤の平均粒径は、高分子材料粒子の
平均粒径とほぼ同じものとなる。平均粒径が０．１ｍｍ
未満の場合、当該成形助剤の製造が困難になる場合があ
る他、高分子材料基質へ配合した場合に偏在が生じて可
塑化効果が低下したり、高分子材料基質の性能が特にそ
の偏在領域において低下したりする場合がある。また、
１０ｍｍを超える場合、配合した成形助剤粒子の分布が
不均一になる場合がある他、高分子材料基質の特性が低
下したりする場合がある。なお、高分子材料粒子を用い
た場合の成形助剤の平均粒径は、０．０１〜５０ｍｍ程
度の範囲とすることも可能であり、好ましくは０．３〜
５ｍｍ程度とすることができる。

【００１５】なお、高分子材料粒子としては、例えば、
ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ
スチレン（ＰＳ）、アクリロニトリル・ブタジエン・ス
チレン（ＡＢＳ）等の汎用樹脂、変性ポリフェニレンエ
ーテル（ＰＰＥ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリブ
チレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフ
タレート（ＰＥＴ）、ポリアミド（ＰＡ）等のエンジニ
アリングプラスチック及びＰＣ／ＡＢＳアロイ、ＰＣ／
ＰＢＴアロイ、ＰＣ／ＰＥＴアロイ、ＰＣ／エラストマ
ー、ＰＡ／ＰＰ、ＰＡ／エラストマー等のポリマーアロ
イ等の粉末粒子を用いることができる。

【００１６】一方、本発明の第１の構成としての成形助
剤は、上述のように担持材料粒子に、珪素成分及び／又
は金属成分と酸素とを少なくとも含有する複合組成物を
複合化した構成のものであるが、第２の構成として、担
持材料粒子を用いずに、珪素成分及び／又は金属成分と
酸素とを少なくとも含有する複合組成物とすることもで
きる。この場合、複合組成物は、例えば平均粒径０．０
０５〜５００μｍ程度の単体の粒状組成物として構成す
ることもできる。これら第２の構成の成形助剤は、第１
の構成と同様、高分子材料を成形する際の可塑化工程に
おいて、高分子材料の溶融温度を低下させる、もしくは
所定の温度での高分子材料の粘度を低下させることが可
能となる。なお、担持材料粒子を気体とすることも可能
で、この場合、上記複合組成物を中空状に形成したもの
と捉えることができる。

【００１７】上記第１の構成における複合組成物、又は
第２の構成における粒状組成物には、炭素成分を含ませ
ることができる。炭素成分を含む場合、当該成形助剤を
高分子材料基質に複合させる際のなじみ性（親和性、す
なわち相溶性）を向上させ、高分子材料に対して当該成
形助剤を均一に分散させることが可能となる。

【００１８】本発明の成形助剤においては、使用する高
分子材料基質にもよるが、概ね高分子材料基質１００重
量部に対して、上記第１の構成の成形助剤を例えば１５
〜６０重量部使用することで十分な可塑化効果を得るこ
とが可能である。１５重量部未満の場合、高分子材料基
質の成形時の可塑化効果が低減する場合があり、また、
６０重量部を超えると、高分子材料基質を成形した場合
に、その高分子材料の性質が低下したり、成形された高
分子材料が外観不良を起こしたりする場合がある。な
お、第１の構成の成形助剤の配合量は、好ましくは２０
〜６０重量部、さらに好ましくは３０〜５０重量部にす
るのがよい。

【００１９】一方、上記第２の構成の成形助剤は、高分
子材料基質１００重量部に対して、例えば１〜２０重量
部使用することで十分な可塑化効果を得ることが可能で
ある。該配合量は、好ましくは２〜１０重量部、さらに
好ましくは２〜５重量部にするのがよい。

【００２０】また、本発明の成形助剤は、粘度評価試験
として、上記第１の構成の成形助剤５０重量部をポリプ
ロピレン１００重量部に配合し、これを１８０℃の条件
にて測定した粘度の値が、ポリプロピレンの１８０℃に
おける粘度の値の１０〜９５％となることを特徴とす
る。上記成形助剤を配合した場合の粘度が、配合する前
のポリプロピレンの粘度の１０％未満となる場合、ポリ
プロピレンの流動性が大きすぎて成形が困難となる場合
がある。また、９５％を超えるものでは、その可塑化効
果が不十分で成形助剤としての寄与が小さくなる。な
お、上記範囲は好ましくは２０〜９０％、さらに好まし
くは３０〜８０％程度とすることができる。

【００２１】一方、第２の構成の成形助剤１〜１０重量
部をポリプロピレン１００重量部に配合し、これを１８
０℃の条件にて測定した粘度の値は、ポリプロピレンの
１８０℃における粘度の値の１０〜９５％となる。な
お、上記範囲は好ましくは２０〜９０％、さらに好まし
くは３０〜８０％程度とすることができる。

【００２２】次に、本発明の高分子複合体は、上述した
成形助剤が基質となる高分子材料（高分子材料基質）に
対し複合化された構成で、その基質としての高分子材料
を軟化させて所期の二次形状に再成形するための仮成形
体、いわゆるマスターバッチとして使用することもでき
る。このようなマスターバッチは、射出成形機などの種
々の成形機において、流動性の高い成形用素地として活
用することができ、ひいては成形工程の簡略化と高能率
化に大きく寄与する。また、この高分子複合体を所定の
形状に成形した高分子成形体には、上記担持材料粒子、
及び珪素成分及び／又は金属成分と酸素とを含有する複
合組成物が含まれ、これらの含有率は上述のように高分
子材料基質の性質を低下させることのない程度のものと
されている。

【００２３】上記のような成形助剤の製造方法として
は、いわゆるゾルゲル法を用いることができる。以下、
ゾルゲル法について詳しく説明する。

【００２４】ゾルゲル法は、例えば、金属元素及び／又
はＳｉの無機化合物を溶媒中に分散及び／又は溶解させ
た溶液（例えば、アルコキシド溶液）から発生するゾル
状組成物を担持材料粒子と接触させる工程と、ゾル状組
成物を乾燥させる工程とを少なくとも含み、ゾル状組成
物の乾燥により生成するゲル状組成物（複合組成物）を
担持材料粒子と複合化させて成形助剤粒子を得るもので
ある。このようなゾルゲル法は、簡便な上、特別な装置
を必要とすることもないため、製造コストを大幅に低減
することが可能である。なお、上記製造方法において、
ゾル状組成物を担持材料粒子と接触させる工程は、担持
材料粒子をゾル状組成物に浸漬する方法や、担持材料粒
子に対してゾル状組成物を吹き付ける方法等を採用する
ことができる。

【００２５】また、上記ゾルゲル法を用いた製造方法
は、具体的には担持材料粒子とゾル状組成物との混合物
を作る混合工程と、その混合物から溶媒を蒸発させて乾
燥組成物となす乾燥工程とを含むものとすることができ
る。これは、例えば所定の容器にゾル状組成物を入れ、
これに担持材料粒子を浸漬して混合物とした後に、その
混合物から溶媒を蒸発させるものであり、その混合物を
液切りすることなく溶媒を蒸発・乾燥させることができ
るため非常に簡便な方法である。なお、上記乾燥工程と
しては、加熱乾燥又は真空乾燥、及びそれらの併用によ
り行うことができる。さらには、担持材料粒子の集積体
に振動及び／又は撹拌を加えながら、これにゾル状組成
物を接触させつつ行うこともできる。この場合、集積体
の振動及び／又は攪拌により乾燥効率が向上し、乾燥時
間を短縮することが可能となる。一方、担持材料粒子に
これよりも大径の打撃メディアを混在させ、それら担持
材料粒子と打撃メディアとの集積体に振動及び／又は撹
拌を加えるものとすることもでき、この場合、乾燥時間
を一層短縮することが可能である。また、担持材料粒子
を用いずゾルゲル法による粉末を前記方法により製造す
ることが可能である。

【００２６】次に、上記ゾル状組成物は、金属元素及び
／又はＳｉのアルコキシドを加水分解することにより製
造するのがよい。このようなアルコキシドを加水分解さ
せて生成したゾル状組成物には、金属及び／又はＳｉが
酸化物等の形態で含有され、さらにアルコキシドに由来
する炭素成分が残存することとなる。

【００２７】上記ゾル状組成物を作るための溶媒はアル
コールを用いることができる。アルコールは比較的低沸
点であるため、乾燥工程が短時間で行える利点を備えて
いる。このようなアルコールとしては、例えば、メタノ
ール、エタノール、プロパノール、ブタノール等を用い
ることができる。その他の溶媒としては、アセトン、ア
セチルアセトン等のケトン系溶媒、トルエン、キシレン
等の芳香族炭化水素系溶媒、シクロヘキサン等の環状炭
化水素系溶媒、その他の鎖状炭化水素系溶媒、及びこれ
らの混合溶媒（アルコールとの混合溶媒も可）を用いる
ことができる。例えば、ケトン系の溶媒はアルコキシド
を安定化した状態で分散ないし溶解させることが可能で
あり、比較的低沸点のため乾燥工程を短時間で行うこと
ができる。また、炭化水素系の溶媒は含水率が低いた
め、アルコキシドを安定化した状態で分散ないし溶解さ
せることが可能であり、均一な膜厚のゲル状組成物（複
合組成物）被膜を形成することができる。

【００２８】なお、ゾル状組成物を作るための溶媒の配
合量を２５〜９８重量％、アルコキシドの配合量を０．
５〜４０重量％程度にすることができる。溶媒の配合量
が２５重量％未満の場合は、アルコキシドが均一に分散
及び／又は溶解されにくくなることがあり、結果として
ゾル状組成物が担持材料粒子に複合化されにくくなり、
例えばゲル状組成物の複合化が不均一になったりする場
合がある。また、溶媒の配合量が９８重量％を超える
と、溶媒を蒸発させる乾燥工程に長時間を要する場合が
あり、また、無駄な溶媒を消費するためコスト高とな
る。一方、アルコキシドの配合量が０．５重量％未満の
場合、成形助剤としての可塑化効果が低下する場合があ
る。また、アルコキシドの配合量が４０重量％を超える
と、アルコキシドの溶媒への分散性及び／又は溶解性が
低下し、ゾル状組成物が担持材料粒子に対して均一に複
合化しにくくなる場合がある。

【００２９】上記アルコキシドは、Ｓｉ及び／又はＴｉ
を必須成分とするのがよい。Ｓｉ及び／又はＴｉをアル
コキシドの成分として用いると、加水分解されて生成す
る例えばＳｉＯ_２やＴｉＯ_２等の酸化物が耐熱性、耐薬
品性に優れたものとなる。また、これらＳｉ及び／又は
Ｔｉを含むアルコキシドはゲル化しにくいため、安定し
た状態のゾル状組成物を得ることが可能である。なかで
も、特にＳｉは、生成する酸化物の安定性、ゾル状組成
物の安定性等を考慮すると、アルコキシド成分として最
も優れている。なお、Ｓｉを用いたアルコキシドとして
は、例えばテトラエトキシシラン（Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）
_４）等を用いることができ、Ｔｉを用いたアルコキシド
としては、例えばチタンイソプロポキシド（Ｔｉ（iso
−ＯＣ_３Ｈ_７）_４）等を用いることができる。また、上
記以外の成分としては、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｎ
ｉ及びＺｒの１種又は２種以上を含有するもの、あるい
はその他の遷移元素を含有するもの等を採用することも
でき、この場合、例えば、アルミニウムイソプロポキシ
ド（Ａｌ（ＯＣ_３Ｈ_７）_３）等を用いることができる。
なお、アルコキシドの構成成分は目的に応じて変化させ
ることが可能で、この場合、形成されるゲル状組成物被
膜の性質がそれぞれ異なるものとなる。

【００３０】一方、上記ゾル状組成物には、無機酸又は
有機酸の金属塩を配合することができ、その配合により
ゾル状組成物を安定化することが可能である。この場
合、金属塩のカチオン金属元素は、Ｃｕ、Ａｌ、Ｚｎ、
Ｎｉ、Ｆｅ、Ｔｉ及びＺｒの１種又は２種以上を含有し
ているのがよく、また、アニオン成分の特に無機酸とし
ては、酸性気体を水に溶解して得られる酸（以下、酸性
気体ベース無機酸という）が使用されているのがよい。
なお、カチオン金属元素としては、上記以外のその他の
遷移元素を用いることも可能で、上記酸性気体とは、水
に溶解したときに酸性を示す気体のことをいう。酸性気
体ベース無機酸としては、例えば硝酸、亜硝酸、硫酸、
亜硫酸、及び炭酸の１種又は２種以上を使用することが
できる。なお、上記金属塩の具体例としては、硝酸銅
（Ｃｕ（ＮＯ_３）_２・３Ｈ_２Ｏ）、硝酸亜鉛（Ｚｎ（Ｎ
Ｏ_３）_２・６Ｈ_２Ｏ）等を例示することができる。ま
た、上記の無機酸以外にも、例えば、有機酸としてシュ
ウ酸、酢酸等を用いることも可能である。

【００３１】上記ゾル状組成物中の金属塩の配合量は９
５重量％以下とするのがよい。金属塩の配合量が９５重
量％を超えると、成形助剤としての可塑化効果が低下す
る場合がある。なお、ゾル状組成物において、アルコキ
シドの重量配合率をＷA、金属塩の重量配合率をＷBとし
たときに、ＷA／ＷBが０．０１〜３０の範囲にて設定さ
れていることが好ましい。ＷA／ＷBが０．０１未満の場
合、若しくはＷA／ＷBが３０を超えると、成形助剤とし
ての可塑化効果が十分に得られなくなる場合がある。

【００３２】上記ゾル状組成物は、溶媒としてのアルコ
ールを２５〜９８重量％と、アルコキシドとしてのシリ
コンアルコキシドを０．５〜４０重量％と、金属塩とし
ての硝酸金属塩を５〜９５重量％と、水０．１〜２０重
量％とが配合されたものを使用するのがよい。このよう
な各配合量にてゾル状組成物を形成すると、上記ゾルゲ
ル法による担持材料粒子へのゲル状組成物の複合化を均
一にすることが可能となる。

【００３３】また、上記無機酸の金属塩を結晶水を含む
水和物とし、上記ゾル状組成物は、溶媒としてのアルコ
ールを２５〜９８重量％と、アルコキシドとしてのシリ
コンアルコキシドを０．５〜４０重量％と、金属塩とし
ての硝酸金属塩を５〜９５重量％とを配合したものを使
用することもできる。

【００３４】上記製造方法においては、例えば、上記金
属塩をアルコールに分散及び／又は溶解させて第一溶液
を作る工程と、その第一溶液にアルコキシドを分散及び
／又は溶解させて第二溶液となす工程と、その第二溶液
に水を加えてゾル状組成物となす工程とを含むものとす
ることができる。このように、アルコールに対して金属
塩、アルコキシドを順に分散及び／又は溶解し、その後
の第二溶液に水を加える各工程を段階的に行うことによ
り、ゾル状組成物を効率良く製造することが可能とな
る。なお、例えば、水又はアルコール等の溶媒にアルコ
キシドを分散及び／又は溶解しておき、それに金属塩及
びアルコール又は水等の溶媒を加えたりすることも可能
で、ゾル状組成物がゲル化しない条件であれば、上記各
工程の順序は任意に変更することが可能である。

【００３５】次に、ゾル状組成物の乾燥は、４０〜２５
０℃の範囲にて行うのがよい。４０℃未満の場合は、ゾ
ル状組成物の乾燥に長時間を要してしまう場合があり、
２５０℃を超えると、ゾル状組成物が分解してしまう場
合がある。なお、減圧乾燥を行う場合は、温度及び圧力
を、ゾル状組成物が安定に担持材料に残存（付着）する
ように調整する必要がある。

【００３６】次に、ゾル状組成物中に担持材料粒子を浸
漬することにより混合物を作り、その混合物を液切りす
ることなく乾燥させる工程を行う場合、例えば、ゾル状
組成物１リットル当りの担持材料粒子の混合量は、１ｇ
〜２０ｋｇ程度とするのがよい。１ｇ未満の場合、成形
助剤粒子の製造効率が低下し、また、２０ｋｇを超える
と、単位担持材料粒子当たりに対するゾル状組成物の複
合量が少なくなり、成形助剤としての可塑化効果が低減
する場合がある。なお、上記混合量は、好ましくは１ｋ
ｇ〜１０ｋｇ程度にするのがよい。

【００３７】なお、担持材料粒子を用いずに、珪素成分
及び／又は金属成分と酸素とを少なくとも含有する粒状
組成物として構成される成形助剤の製造方法は以下のよ
うになる。すなわち、上記製造方法と同様にゲル状組成
物を製造し、これを担持材料粒子に複合化させることな
く解砕、粉砕により粒状形態とすれば、該粒状組成物と
して構成される成形助剤が製造できる。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面に示す実施例を参照して説明する。図１は、本発明の
成形助剤の一実施例を概念的に示す模式図である。成形
助剤粒子１０は、珪素成分及び／又は金属成分と酸素と
を含有する複合組成物２が担持材料粒子１に複合化され
た構成を有し、前述したゾルゲル法により製造すること
ができる。なお、粒子１０は模式的に球状に描いている
が、製法により形状は種々に変化し、必ずしも球状とは
ならないことも多い。

【００３９】複合組成物２と担持材料粒子１との複合化
の形態は、例えば、図１（ａ）に示すように、複合組成
物２が担持材料粒子１の表面をほぼ全体にわたって均一
に被覆された状態が、成形助剤としての可塑化効果の発
揮という点に関して最も望ましいといえる。ただし、良
好な可塑化効果が維持できる範囲内にて、図１（ｂ）に
示すように、担持材料粒子１の表面に複合組成物２が部
分的に付着し、一部の表面が未被覆となって露出してい
る形態であってもよい。また、化合物バルク中に成形助
剤粒子１０を分散させた塊状物を、粉砕又は解砕すれ
ば、例えば図１（ｃ）のような構成の不定形の成形助剤
粒子１０となることもある。いずれにしろ、上記のよう
な複合粒子１０を例えば高分子材料（高分子材料基質）
に配合することで、該高分子材料基質の成形時に可塑化
を促進し、その粘度を低下することが可能となる。

【００４０】なお、担持材料粒子１は、本実施例におい
ては平均粒径５０μｍの水酸化アルミニウム粒子が用い
られているが、材質はこれに限定されるものではなく、
その他の無機材料系粒子又は金属材料粒子、さらには高
分子材料粒子を用いることも可能である。平均粒径も、
無機材料系粒子、金属材料粒子に関しては、例えば０．
０５〜５００μｍ程度、高分子材料粒子に関しては、例
えば０．０１〜１０ｍｍ程度のものを使用することが可
能である。

【００４１】一方、図２に示すように、成形助剤粒子１
０とともに従来からある可塑剤１１を混合して、これを
高分子材料基質に配合することも可能である。この場
合、成形時において、成形助剤粒子１０の可塑化効果に
加えて、可塑剤１１の効果も相乗的に加わるため、その
成形加工性（粘度低下、成形温度低下）はさらに向上す
るものとなる。

【００４２】他方、図７に示すように、前述したゾルゲ
ル法により製造されるゲル状化合物（粒状組成物）のみ
からなる成形助剤３１０を高分子材料基質５０に配合
し、該高分子材料基質５０を成形加工することもでき
る。成形助剤３１０は珪素成分及び／又は金属成分と酸
素とを含有する化合物にて構成され、この場合も、図８
に示すように、従来からある可塑剤１１とともに配合す
ることができ、この成形助剤粒子３１０の平均粒径は、
例えば０．００５〜５００μｍ程度、さらに好ましくは
０．０１〜１００μｍ程度のものを使用することができ
る。

【００４３】図３（ａ）に示すように、上記のような成
形助剤１０，３１０は、単独で、あるいは必要に応じ
て、別の可塑剤、充填剤、顔料や染料等の着色剤、分散
剤等とともに、基質となるべき高分子材料（本実施例で
は、熱可塑性樹脂を使用している）４１中に配合・混練
されてコンパウンド（高分子複合体）５３１とされる。
コンパウンド５３１は、例えばペレット等の粒状に成形
することによりマスターバッチ粒子３２とすることがで
きる。

【００４４】マスターバッチ粒子３２は、例えば球換算
した直径による寸法にて０．１〜１０ｍｍ程度（例えば
１〜４ｍｍ程度）の大きさを有するものである。マスタ
ーバッチ粒子３２の形状は、特に限定されるものではな
いが、例えば図３（ｂ）に示すように、軟化させたコン
パウンドをストランド状３３に押し出して、これを所定
長に切断することにより、柱状（例えば円柱状）形態の
粒子を得ることができる。なお、図３（ｃ）及び（ｄ）
は、マスターバッチ粒子３２の別の形状例を示してお
り、前者は球状のもの（例えば型成形等により製造でき
る）、後者はフレーク状のもの（例えばシート状物の破
砕・整粒により製造できる）を示すが、これに限定され
るものではない。

【００４５】以下、上記マスターバッチを用いた成形体
（二次成形体）の製造方法（成形方法）を、図４に示す
ような射出成形を採用する場合を例にとって説明する。
射出成形装置５０１は、成形部５０２、その成形部５０
２に溶融樹脂を供給するスクリュ式射出装置等の射出装
置５０３等により構成される。成形部５０２は、金型５
０５、その金型５０５を型締め及び型開きするための、
カムもしくはクランク機構等の機械式駆動機構や油圧シ
リンダ等の流体圧機構等で構成される駆動機構５０６を
備えるとともに、溶融樹脂を金型５０５に供給するラン
ナ５２１には、スプル５０３ａを介して射出装置５０３
の射出ノズル５０３ｂが接続されている。

【００４６】射出装置５０３は、バンドヒータ５０８等
の熱源で加熱される加熱シリンダ５０７内に、シャフト
５１２を介して油圧モータ５１３により駆動される供給
用のスクリュ５０９が収容され、これにマスターバッチ
Ｐを供給するホッパ５１０が備えられたものである。ス
クリュ５０９を回転させることによりホッパ５１０から
マスターバッチＰが供給され、加熱シリンダ５０７内で
加熱により溶融されて溶融コンパウンドとなり、溜まり
部５０７ａ内に溜められる。その後、スクリュ５０９を
油圧シリンダ５１１により所定距離前進させると、ノズ
ル５０３ｂからランナ５２１を通って金型５０５内に所
定量の溶融コンパウンドが射出される。

【００４７】図５に示すように、金型５０５のキャビテ
ィ５０５ａ内に射出された溶融コンパウンドＣは冷却工
程を経て凝固し、これを型開きすることにより、キャビ
ティ形状に対応した高分子成形体としての二次成形体３
６が得られる。

【００４８】上記成形工程において、加熱シリンダ５０
７内で加熱される高分子複合体（マスターバッチ）には
上述した成形助剤１０，３１０が含まれているため、そ
の加熱温度が低く設定（例えば高分子材料基質をポリプ
ロピレンとした場合に１７０〜２５０℃程度）すること
が可能である。

【００４９】なお、図６（ａ）に示すように、上記マス
ターバッチ粒子３２を単独で使用して成形体を得るよう
にしてもよいが、同図（ｂ）に示すように、マスターバ
ッチ粒子３２の高分子材料基質と同材質あるいは異材質
の高分子材料からなる希釈高分子材料粒子４０を適量配
合することにより二次成形体を製造することもできる。
この場合、二次成形体中の成形助剤１０，３１０の含有
率は、マスターバッチ粒子３２中の成形助剤１０，３１
０の含有率と、そのマスターバッチ粒子３２に対する希
釈高分子材料粒子４０の配合比率によって定まる。

【００５０】なお、このような希釈用のマスターバッチ
粒子３２中の、成形助剤１０，３１０の含有率は、例え
ば重量比率にて１０〜６０重量％程度と高いが、成形助
剤粒子をこのような高い含有率にて高分子材料基質中に
均一分散させるために、分散剤を配合することが望まし
い。分散剤としては、例えば金属セッケンを好適に使用
することができる。金属セッケン分は、例えば有機酸成
分が、ナフテン酸（ナフテート）、ラウリン酸（ラウレ
ート）、ステアリン酸（ステアレート）、オレイン酸
（オレエート）、２−エチルヘキサニック酸（オクテー
ト）、あまに油あるいは大豆油脂肪酸（リノレート）、
トール油（トーレート）、ロジン等（レジネート）から
なるものを例示できる。また、金属の種類は下記のよう
なものを例示できる。・ナフテネート系（Ａｌ、Ｃａ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｐ
ｂ、Ｍｎ、Ｚｎ等）・レジネート系（Ａｌ、Ｃａ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｐ
ｂ、Ｍｎ、Ｚｎ等）・リノレート系（Ｃｏ、Ｆｅ、Ｐｂ、Ｍｎ等）・ステアレート系（Ｃａ、Ｚｎ等）・オクテート系（Ｃａ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｐｂ、Ｍｎ、Ｚｎ
等）・トーレート系（Ｃａ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｐｂ、Ｍｎ、Ｚｎ
等）これらのうち、ステアリン酸Ｃｕやステアリン酸Ｚｎ
を、分散効果に特に優れる金属セッケンの具体例として
挙げることができる。なお、金属セッケンの複合材料中
への配合量は、多すぎると材料強度や均質性に問題が生
じ、少なすぎると分散効果が不十分となるので、これら
の不具合が生じないよう、例えば０．０１〜３重量％
（例えば０．３重量％）の範囲内にて選定するのがよ
い。

【００５１】

【実施例】（実施例１）金属塩として硝酸亜鉛六水和物
（Ｚｎ（ＮＯ_３）_２・６Ｈ_２Ｏ）２１．９３ｇをエタノ
ール２０ｍｌ中に入れ、溶解させた。その液中にテトラ
エトキシシラン（Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_４）を６．９４ｇ
加え、次いで純水４．１８ｇを滴下し、液を撹拌するこ
とでゾル状組成物を作製した。このゾル状組成物中に担
持材料粒子として平均粒径５５μｍの水酸化アルミニウ
ム７５ｇを入れ、撹拌しながら混合した。その後、１１
０℃の乾燥器に入れ、溶媒分を揮発させて水酸化アルミ
ニウム表面にゲル状組成物のコーティング被膜を形成
し、図１に対応する成形助剤を得た。なお、コーティン
グ被膜の成分を推定するために、ゾル状組成物のみを乾
燥したゲル状組成物を分析したところ、Ｓｉ、Ｚｎ、
Ｏ、Ｎ及びＣの各元素を含有した化合物となっているこ
とがわかった。

【００５２】上記成形助剤とポリプロピレン（グランド
ポリマー製：Ｊ７０８Ｐ）のパウダーとを混合し（ポリ
プロピレン１００部に対し、水酸化アルミニウム成分３
０部（成形助剤としては３６．８６部））、(株)島津製
作所製フローテスタＣＦＴ−５００を用いて粘度測定を
行った。

【００５３】（実施例２）実施例１と同様の組成、方法
で作製したゾル状組成物に、平均粒径５５μｍの水酸化
アルミニウム１２５ｇを入れ、撹拌しながら混合した。
その後、１１０℃の乾燥器に入れ、溶媒分を揮発させて
水酸化アルミニウム表面にゲル状組成物のコーティング
被膜を形成し、図１に対応する成形助剤を得た。この成
形助剤とポリプロピレン（グランドポリマー製：Ｊ７０
８Ｐ）のパウダーとを混合し（ポリプロピレン１００部
に対し、水酸化アルミニウム成分５０部（成形助剤とし
ては５７．２５部））、(株)島津製作所製フローテスタ
ＣＦＴ−５００を用いて粘度測定を行った。

【００５４】（実施例３）実施例１と同様のゾル状組成
物（なお、溶媒としてのエタノールを５０ｍｌとしてい
る）中に、担持材料粒子として平均粒径１．０μｍの水
酸化アルミニウム１２５ｇを入れ、撹拌しながら混合
し、その後、１１０℃の乾燥器に入れ、溶媒分を揮発さ
せて水酸化アルミニウム表面にゲル状組成物のコーティ
ング被膜を形成し本発明の成形助剤を得た。この成形助
剤とポリプロピレン（グランドポリマー製：Ｊ７０８
Ｐ）のパウダーとを混合し（ポリプロピレン１００部に
対し、水酸化アルミニウム成分５０部（成形助剤として
は５６．５２部））、(株)島津製作所製フローテスタＣ
ＦＴ−５００を用いて粘度測定を行った。

【００５５】（実施例４）金属塩として硝酸亜鉛六水和
物（Ｚｎ（ＮＯ_３）_２・６Ｈ_２Ｏ）２１．９３ｇをエタ
ノール３５ｍｌ中に入れ、溶解させた。その液中にテト
ラエトキシシラン（Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_４）を６．９４
ｇ加え、次いで純水４．１８ｇを滴下し、液を撹拌する
ことでゾル状組成物を作製した。このゾル状組成物を１
６０℃の乾燥器に入れ、溶媒分を揮発させてゲル状組成
物となし、これを粉砕して微粉末状の図７に対応する成
形助剤を作成した。なお、ゲル状組成物を分析したとこ
ろ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｏ、Ｎ及びＣの各元素を含有した化合
物となっていることがわかった。

【００５６】上記成形助剤とポリプロピレン（グランド
ポリマー製：Ｊ７０８Ｐ）のパウダー、及び平均粒径
１．０μｍの水酸化アルミニウムとを混合し（ポリプロ
ピレン１００部に対し、成形助剤５．８６部、水酸化ア
ルミニウム成分５０部）、(株)島津製作所製フローテス
タＣＦＴ−５００を用いて粘度測定を行った。

【００５７】（比較例１）平均粒径１．０μｍの水酸化
アルミニウムと、上記実施例と同様のポリプロピレンパ
ウダー（ポリプロピレン１００部に対し、水酸化アルミ
ニウム５０部）とを混合し、(株)島津製作所製フローテ
スタＣＦＴ−５００を用いて粘度測定を行った。

【００５８】（比較例２）上記実施例と同様のポリプロ
ピレンペレットについて、(株)島津製作所製フローテス
タＣＦＴ−５００を用いて粘度測定を行った。

【００５９】（比較例３）上記実施例と同様のポリプロ
ピレンの粉末について、(株)島津製作所製フローテスタ
ＣＦＴ−５００を用いて粘度測定を行った。

【００６０】上記実施例１〜４、及び比較例１〜３の結
果を表１にまとめる。さらに、測定温度に対して、各実
施例及び比較例のサンプルの粘度（Ｐａ・ｓ）をプロッ
トしたグラフを図９に示す。

【００６１】

【表１】

【００６２】これらの結果より、本発明の成形助剤を配
合したポリプロピレンの粘度は、各温度において、成形
助剤を配合していないポリプロピレンの粘度よりも低下
していることが分かる。また、ゾル状組成物がコーティ
ングされていない水酸化アルミニウムをポリプロピレン
に配合した比較例１については、その粘度が比較例２，
３のポリプロピレン単独の粘度よりも上昇している。こ
れらの結果から、本発明の成形助剤は、担持材料粒子に
複合化される珪素成分及び／又は金属成分と酸素とから
構成される複合組成物が高分子材料基質の可塑化に大き
く寄与していることが分かる。

【００６３】なお、本明細書において「主成分」とは、
特に断りがないかぎり、最も重量含有率の高くなる成分
を意味するものとして用いた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の成形助剤の一実施形態をいくつか例示
して示す模式図。

【図２】成形助剤粒子に別の可塑剤を配合して使用する
例を示す模式図。

【図３】本発明の成形助剤を配合した高分子複合体から
なるマスターバッチの製造方法の一例を、マスターバッ
チ粒子の種々の形態とともに示す模式図。

【図４】射出成形機の一例を示す断面模式図。

【図５】射出成形により成形体を製造する一例を示す工
程説明図。

【図６】マスターバッチのいくつかの使用形態を示す説
明図。

【図７】本発明の成形助剤の異なる形態を示す模式図。

【図８】図７の成形助剤粒子に別の可塑剤を配合して使
用する例を示す模式図。

【図９】実施例１〜４、比較例１〜３から得られた粘度
値を温度に対してプロットしたグラフ。

【符号の説明】

１担持材料粒子２ゲル状組成物（組成物）１０，３１０成形助剤粒子（成形助剤）３２マスターバッチ（高分子複合体）３６二次成形体（高分子成形体）５０高分子材料基質

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０８Ｌ 23/10 Ｃ０８Ｌ 23/10 101/00 101/00 (72)発明者伊藤寿国愛知県名古屋市昭和区高辻町11番15号石塚硝子株式会社内Ｆターム(参考） 4F070 AA15 AB09 AC14 AC15 AD04 AD07 AE02 EA04 4G072 AA28 AA38 AA41 BB05 CC10 GG02 GG03 HH30 JJ11 JJ30 LL11 MM01 PP17 QQ09 RR05 RR12 TT01 UU09 4G076 AA02 AA10 AA18 AA24 BC02 BC08 BF05 CA02 CA26 DA02 DA30 4J002 AA011 AA012 BB032 BB121 BB122 BC032 BG102 BN152 CF062 CF072 CG002 CH072 CL002 DA056 DA066 DE076 DE146 DE236 DF006 DG056 DH056 DJ016 DJ036 DJ046 DJ056 DK006 FA082 FA086 FB072 FB076 FB082 FB086 FB092 FB096 FB162 FB166 FD022 FD026

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高分子材料を成形する際に配合すること
により、該高分子材料を可塑化して成形加工性を向上さ
せる成形助剤であって、珪素成分及び／又は金属成分と酸素とを少なくとも含有
する複合組成物を、担持材料粒子に複合化させた構成を
有することを特徴とする成形助剤。
【請求項２】前記担持材料粒子は、無機材料系粒子又
は金属材料系粒子である請求項１記載の成形助剤。
【請求項３】前記無機材料系粒子は、水酸化アルミニ
ウム及び水酸化マグネシウムの少なくともいずれかを主
成分とするものである請求項１又は２に記載の成形助
剤。
【請求項４】平均粒径が０．０５〜５００μｍの粒状
形態で構成される請求項２又は３に記載の成形助剤。
【請求項５】前記担持材料粒子は、前記高分子材料と
同材質及び／又は異材質の高分子材料粒子である請求項
１記載の成形助剤。
【請求項６】前記高分子材料粒子は、熱可塑性高分子
材料からなる請求項５記載の成形助剤。
【請求項７】平均粒径が０．１〜１０ｍｍの粒状形態
で構成される請求項５又は６に記載の成形助剤。
【請求項８】高分子材料を成形する際に配合すること
により、該高分子材料を可塑化して成形加工性を向上さ
せる成形助剤であって、珪素成分及び／又は金属成分と酸素とを少なくとも含有
する複合組成物により構成されることを特徴とする成形
助剤。
【請求項９】前記複合組成物は、平均粒径が０．００
５〜５００μｍの粒状組成物として構成される請求項８
記載の成形助剤。
【請求項１０】前記複合組成物には、炭素成分が含有
されている請求項１ないし９のいずれかに記載の成形助
剤。
【請求項１１】粘度評価試験として、請求項１ないし
７のいずれかに記載の成形助剤３０〜６０重量部をポリ
プロピレン１００重量部に配合し、これを１８０℃の条
件にて測定した粘度の値が、前記ポリプロピレンの１８
０℃における粘度の値の１０〜９５％となることを特徴
とする請求項１ないし７のいずれかに記載の成形助剤。
【請求項１２】請求項１〜７，１０，１１のいずれか
に記載の成形助剤の製造方法であって、金属元素及び／又はＳｉの無機化合物を溶媒中に分散及
び／又は溶解させたゾル状組成物を担持材料粒子と接触
させる工程と、前記ゾル状組成物を乾燥させる工程とを
少なくとも含み、前記ゾル状組成物の乾燥により生成す
るゲル状組成物を前記担持材料粒子と複合化させて成形
助剤を得ることを特徴とする成形助剤の製造方法。
【請求項１３】前記担持材料粒子と前記ゾル状組成物
との混合物を作る混合工程と、その混合物から前記溶媒
を蒸発させて乾燥組成物となす乾燥工程とを含む請求項
１２記載の成形助剤の製造方法。
【請求項１４】前記ゾル状組成物は、金属元素及び／
又はＳｉのアルコキシドを加水分解することにより製造
される請求項１２又は１３に記載の成形助剤の製造方
法。
【請求項１５】前記ゾル状組成物を作るための溶媒は
アルコールである請求項１２ないし１４のいずれかに記
載の成形助剤の製造方法。
【請求項１６】前記ゾル状組成物を作るための溶媒配
合量が２５〜９８重量％であり、前記アルコキシドの配
合量が０．５〜４０重量％である請求項１４又は１５に
記載の成形助剤の製造方法。
【請求項１７】前記アルコキシドは、Ｓｉ及び／又は
Ｔｉを必須成分とするものである請求項１４ないし１６
のいずれかに記載の成形助剤の製造方法。
【請求項１８】前記ゾル状組成物に、無機酸又は有機
酸の金属塩が配合される請求項１２ないし１７のいずれ
かに記載の成形助剤の製造方法。
【請求項１９】前記金属塩のカチオン金属元素は、Ｃ
ｕ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｔｉ及びＺｒの１種又は
２種以上を含有する請求項１８記載の成形助剤の製造方
法。
【請求項２０】前記無機酸は、硝酸、亜硝酸、硫酸、
亜硫酸、及び炭酸の１種又は２種以上である請求項１８
又は１９に記載の成形助剤の製造方法。
【請求項２１】前記ゾル状組成物中の前記金属塩の配
合量が９５重量％以下とされている請求項１８ないし２
０のいずれかに記載の成形助剤の製造方法。
【請求項２２】前記ゾル状組成物において、前記アル
コキシドの重量配合率をＷA、前記金属塩の重量配合率
をＷBとしたときに、ＷA／ＷBが０．０１〜３０の範囲
にて設定される請求項１８ないし２１のいずれかに記載
の成形助剤の製造方法。
【請求項２３】前記ゾル状組成物は、前記溶媒として
のアルコールを２５〜９８重量％と、前記アルコキシド
としてのシリコンアルコキシドを０．５〜４０重量％
と、前記金属塩としての硝酸金属塩を５〜９５重量％
と、水０．１〜２０重量％とが配合されたものが使用さ
れる請求項２１又は２２に記載の成形助剤の製造方法。
【請求項２４】前記無機酸の金属塩は結晶水を含む水
和物として構成されるものであって、前記ゾル状組成物
は、前記溶媒としてのアルコールを２５〜９８重量％
と、前記アルコキシドとしてのシリコンアルコキシドを
０．５〜４０重量％と、前記金属塩としての硝酸金属塩
を５〜９５重量％とが配合されたものが使用される請求
項２１又は２２に記載の成形助剤の製造方法。
【請求項２５】請求項８ないし１０のいずれかに記載
の成形助剤の製造方法であって、金属元素及び／又はＳｉのアルコキシドを溶媒中に分散
及び／又は溶解させたゾル状組成物を乾燥させて、ゲル
状の成形助剤を得ることを特徴とする成形助剤の製造方
法。
【請求項２６】請求項１ないし１１のいずれかに記載
の成形助剤が、基質となる高分子材料に対し複合化され
た高分子複合体であって、その基質としての高分子材料
を軟化させて所期の二次形状に再成形するための仮成形
体として使用されることを特徴とする高分子複合体。