JP2006188408A - 表面処理粘土膜 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】粘土のみ、あるいは粘土と少量の補強材、あるいは粘土と少量の添加物と少量の補強材を含む均一な分散水溶液を調製し、この分散液を容器に流し込むあるいは支持体の表面に塗布した後、分散液である液体を種々の固液分離方法、例えば、遠心分離、ろ過、真空乾燥、凍結真空乾燥、又は加熱蒸発法で分離して得られた粘土膜、また粘土膜を得た後、これを必要に応じて容器あるいは支持体から剥離された粘土自立膜、この粘土の間あるいは粘土自立膜の片面あるいは両面の表面を処理し、表面を撥水性、耐水性、高強土に改質した粘土膜あるいは粘土自立膜、及びそれらの製品。
【選択図】なし
Description
(1)粘土のみ、粘土と少量の補強材、又は粘土と少量の添加物と少量の補強材から構成され、柔軟性を有し、自立膜として利用可能であり、耐熱性を有し、ガスバリア性を有し、表面処理が行われていることを特徴とする粘土膜。
(2)粘土膜の主要構成成分が、天然粘土又は合成粘土である前記(1)に記載の粘土膜。
(3)上記天然粘土又は合成粘土が、雲母、バーミキュライト、モンモリロナイト、鉄モンモリロナイト、バイデライト、サポナイト、ヘクトライト、スチーブンサイト、及びノントロナイトからなる群のうちの一種以上である前記(2)に記載の粘土膜。
(4)添加物が、エチレングリコール、グリセリン、イプシロンカプロラクタム、デキストリン、澱粉、セルロース系樹脂、ゼラチン、寒天、小麦粉、グルテン、アルキド樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、フッ素樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリビニル樹脂、ポリエチレングリコール、ポリアクリルアマイド、ポリエチレンオキサイド、タンパク質、デオキシリボヌクレイン酸、リボヌクレイン酸及びポリアミノ酸、フェノール類、及び安息香酸類化合物からなる群のうちから選択される一種以上である前記(1)に記載の粘土膜。
(5)補強材が、鉱物繊維、グラスウール、炭素繊維、セラミックス繊維、植物繊維、及び有機高分子繊維からなる群のうちの一種以上である前記(1)に記載の粘土膜。
(6)表面処理が、撥水処理、防水処理、補強処理、及び表面平坦化処理のうちの一種以上である前記(1)に記載の粘土膜。
(7)表面処理が、フッ素系膜、シリコン系膜、ポリシロキサン膜、フッ素含有オルガノポリシロキサン膜、アクリル樹脂膜、塩化ビニル樹脂膜、ポリウレタン樹脂膜、高撥水メッキ膜、金属蒸着膜、又はカーボン蒸着膜を表面に形成することである前記(1)に記載の粘土膜。
(8)加熱、光照射等の任意の手段により、付加反応、縮合反応、重合反応等の化学反応を行わせ、粘土、添加物、及び補強材の成分同士、あるいは成分間において、新たな化学結合を生じさせて、ガスバリア性、あるいは機械的強度を改善させた前記(1)に記載の粘土膜。
(9)室温における、空気、酸素ガス、窒素ガス、水素ガス、又はヘリウムガスに対する透過係数が1×10−12cm2s−1cmHg−1未満である前記(1)に記載の粘土膜。
(10)円、正方形、長方形等の任意の平面形状を有し、自立膜として用いることが可能である前記(1)に記載の粘土膜。
(11)厚さが、1mmよりも薄く、面積が、1cm2よりも大きい前記(1)に記載の粘土膜。
(12)添加物の、全固体に対する重量割合が、30パーセント以下である前記(1)に記載の粘土膜。
(13)補強材の、全固体に対する重量割合が、30パーセント以下である前記(1)に記載の粘土膜。
(14)600℃、24時間、通常空気雰囲気下で熱処理後の、空気、酸素ガス、窒素ガス、水素ガス、又はヘリウムガスに対する透過係数が、1×10−12cm2s−1cmHg−1未満である前記(1)に記載の粘土膜。
(15)膜に対して、垂直方向の直流電気抵抗が、1メガΩ以上である前記(1)に記載の粘土膜。
(16)前記(1)から(15)のいずれかに記載の粘土膜からなることを特徴とする撥水性、親水性、ガスバリア性、水蒸気バリア性、電気絶縁性、断熱性を有する部材。
(17)部材が、耐熱材、撥水材、シール材、絶縁材、又は断熱材である前記(16)に記載の部材。
本発明は、粘土のみ、粘土と少量の補強材、又は粘土と少量の添加物と少量の補強材から構成され、柔軟性を有し、自立膜として利用可能であり、耐熱性を有し、粘土層にクラックやピンホールが存在せず、ガスバリア性を有し、表面処理が行われていることを特徴とする粘土膜、であり、粘土膜の主要構成成分が、天然粘土又は合成粘土である請求項1に記載の粘土膜であること、表面処理が、撥水処理、防水処理、補強処理、及び表面平坦化処理のうちの一種以上であること、室温における、空気、酸素ガス、窒素ガス、水素ガス、又はヘリウムガスに対する透過係数が1×10−12cm2s−1cmHg−1未満であること、を特徴とするものである。また、本発明は、粘土膜の製造方法であって、粘土を主成分とする固体原料を、水あるいは水を主成分とする分散媒である液体に分散させ、均一な粘土分散液を調製し、この分散液を容器に流し込むあるいは物体表面に塗布したのち、分散媒である液体を除去し、粘土膜を作製し、更に、任意に、粘土膜を容器あるいは物体表面から剥離し、次に、粘土膜の表面処理をすることにより、粘土自立膜を得ることを特徴とするものである。
(1)密度
従来材料は、下表に示されるようにプラスチック・フィラーナノコンポジット製品において、その密度が最も高いものでも1.51である。これに対して、本発明の材料は、1.51を上回る密度を有し、2.0以上、例えば、2.10程度の密度の測定値を示す。このように、本発明の材料は、1.51を上回る密度、特に、1.60から2.50程度の高密度を有する。
従来材料で最も柔らかいものは、粘土とパルプ繊維からできている市販のシートであり、その剛軟度は、曲げ反発性試験の値として、JIS L1096:1999「一般織物試験方法」A法に準拠して測定された値は、8.0(mN)である。一方、粘土膜で最も硬いものは、HR50/5−80Hであり、表面が5.3(mN)、裏面が17.1(mN)である。これに対して、本発明の材料は、曲げ反発性試験の値が2.0mN程度であり、少なくとも、8.0mNを下回る値を有するものである。従来材料と本発明の材料の剛軟度の閾値は8.0mNであると言えることから、この値をもって、本発明の材料を従来材料と区別(識別)することができる。
本発明では、原料粘土として、好適には、例えば、1次粒子のアスペクト比(粒子数基準)が320程度のもので、特に、メチレンブルー吸着量、陽イオン交換容量が高いものが使用される。具体例として、例えば、メチレンブルー吸着量が130mmol/100g、陽イオン交換容量が110meq/100g、2%水分散液pHが10.2、4%水分散液粘度が350mPa・s、水分散メジアン径が1.13μmの諸物性を有するものが例示される。しかし、これらに制限されるものではなく、これらを標準値として、これらと同等もしくは均等の物性を有するものであれば同様に使用することができる。これらの原料粘土として、山形県月布産粘土及びこれを主原料とする材料が好適に用いられる。
本発明の材料は、熱サイクルテスト(100−600℃、30サイクル)で異状がなく(高耐熱性)、電気抵抗は、体積抵抗率(500V)が2.3×107Ωm(JIS K6911:1995)であり(高絶縁性)、例えば、フレキシブル基板材料として使用される。本発明の材料は、他の特性として、例えば、以下のような特性値を有する。酸素透過度:<0.00008cm3/20μm・m2 day・atm、水素透過度:0.002cm3/20μm・m2 day・atm、破断延び:2.2%、引裂試験(JISK6252:2001):33.4N/mm、酸素指数(JIS K7201:1995):>94.0、比熱:1.19J/g・K、熱拡散率:1.12×10−7m2/s、熱伝導率:0.27W/m・K、熱膨張係数(−100〜100℃):0.1×10−4K−1、熱膨張係数(100〜200℃):−0.06×10−4K−1、耐ガス腐食試験:異状なし。これらの値は、本発明の材料の好適な特性値を示すものであり、本発明は、これらに制限されるものではなく、これらを標準値として、これらと同等もしくは均等のものであれば、本発明の範囲に含まれる。
粘土として、0.95グラムの天然モンモリロナイト(クニピアP、クニミネ工業株式会社製)を、20cm3の蒸留水に加え、プラスチック製密封容器に、テフロン(登録商標)製回転子とともに入れ、激しく振とうし、均一な分散液を得た。この分散液に、添加剤として、イプシロン−カプロラクタム(和光純薬工業株式会社製)を0.09グラム含む水溶液を加え、均一な分散液を得た。得られた分散液を、長さ約30cm、幅約20cmの真鍮製板に塗布し、板の水平を保った状態で、強制送風式オーブン中で60℃の温度条件下で1時間乾燥して、厚さ約60マイクロメートルの均一な水溶性高分子複合粘土薄膜を得た。生成した粘土薄膜をトレイから剥離して粘土膜を得た。次に、粘土膜の撥水性及び水蒸気バリア性を高めるため、粘土膜両面にフッ素系ウレタン樹脂とシリコン樹脂のアセトン、イソプロピルアルコール溶液を噴霧し、室温で乾燥することにより、フッ素系ウレタン樹脂とシリコン樹脂の被覆層を形成した。被覆層の厚さは約1マイクロメートルであった。
粘土膜の室温における、空気、酸素ガス、窒素ガス、水素ガス、又はヘリウムガスに対する透過係数は、1×10−12cm2s−1cmHg−1未満であった。このように、両面に被覆層を作製することにより、引っ張り強度の高い粘土膜が得られた。粘土膜の40℃、相対湿度90%における透湿度をカップ法(JIS Z0208)により測定した結果、被覆前の三分の一と測定された。また、水平に静置した粘土膜に水を滴下した場合、水はじきは良好であり、撥水性の付与が確認された。このように、両面に被覆層を作製することにより、ガス透過性、透湿度共に低く、表面撥水性の粘土膜が得られた。
粘土として、0.95グラムの天然モンモリロナイト(クニピアP、クニミネ工業株式会社製)を、20cm3の蒸留水に加え、プラスチック製密封容器に、テフロン(登録商標)製回転子とともに入れ、激しく振とうし、均一な分散液を得た。この分散液に、添加剤として、イプシロン−カプロラクタム(和光純薬工業株式会社製)を0.09グラム含む水溶液を加え、均一な分散液を得た。得られた分散液を、長さ約30cm、幅約20cmの真鍮製板に塗布し、板の水平を保った状態で、強制送風式オーブン中で60℃の温度条件下で1時間乾燥して、厚さ約60マイクロメートルの均一な水溶性高分子複合粘土薄膜を得た。生成した粘土薄膜をトレイから剥離して粘土膜を得た。次に、粘土膜の機械的強度を向上させるために、粘土膜両面にアクリル樹脂とメチルフェニルポリシロキサンのエタノール溶液を噴霧し、室温で乾燥することにより、アクリル樹脂とメチルフェニルポリシロキサンの被覆層を形成した。被覆層の厚さは約1マイクロメートルであった。
粘土膜の室温における、空気、酸素ガス、窒素ガス、水素ガス、又はヘリウムガスに対する透過係数が1×10−12cm2s−1cmHg−1未満であった。粘土膜の引っ張り強度は21.6MPa(JIS K7127)であり、被覆前の値である18.9MPaよりも高い値を示した。このように、両面に被覆層を作製することにより、引っ張り強度の高い粘土膜が得られた。このように、両面に被覆層を作製することにより、ガス透過性が極めて低く、より強化された粘土膜が得られた。
Claims (17)
- 粘土のみ、粘土と少量の補強材、又は粘土と少量の添加物と少量の補強材から構成され、柔軟性を有し、自立膜として利用可能であり、耐熱性を有し、ガスバリア性を有し、表面処理が行われていることを特徴とする粘土膜。
- 粘土膜の主要構成成分が、天然粘土又は合成粘土である請求項1に記載の粘土膜。
- 上記天然粘土又は合成粘土が、雲母、バーミキュライト、モンモリロナイト、鉄モンモリロナイト、バイデライト、サポナイト、ヘクトライト、スチーブンサイト、及びノントロナイトからなる群のうちの一種以上である請求項2に記載の粘土膜。
- 添加物が、エチレングリコール、グリセリン、イプシロンカプロラクタム、デキストリン、澱粉、セルロース系樹脂、ゼラチン、寒天、小麦粉、グルテン、アルキド樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、フッ素樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリビニル樹脂、ポリエチレングリコール、ポリアクリルアマイド、ポリエチレンオキサイド、タンパク質、デオキシリボヌクレイン酸、リボヌクレイン酸及びポリアミノ酸、フェノール類、及び安息香酸類化合物からなる群のうちから選択される一種以上である請求項1に記載の粘土膜。
- 補強材が、鉱物繊維、グラスウール、炭素繊維、セラミックス繊維、植物繊維、及び有機高分子繊維からなる群のうちの一種以上である請求項1に記載の粘土膜。
- 表面処理が、撥水処理、防水処理、補強処理、及び表面平坦化処理のうちの一種以上である請求項1に記載の粘土膜。
- 表面処理が、フッ素系膜、シリコン系膜、ポリシロキサン膜、フッ素含有オルガノポリシロキサン膜、アクリル樹脂膜、塩化ビニル樹脂膜、ポリウレタン樹脂膜、高撥水メッキ膜、金属蒸着膜、又はカーボン蒸着膜を表面に形成することである請求項1に記載の粘土膜。
- 加熱、光照射等の任意の手段により、付加反応、縮合反応、重合反応等の化学反応を行わせ、粘土、添加物、及び補強材の成分同士、あるいは成分間において、新たな化学結合を生じさせて、ガスバリア性、あるいは機械的強度を改善させた請求項1に記載の粘土膜。
- 室温における、空気、酸素ガス、窒素ガス、水素ガス、又はヘリウムガスに対する透過係数が1×10−12cm2s−1cmHg−1未満である請求項1に記載の粘土膜。
- 円、正方形、長方形等の任意の平面形状を有し、自立膜として用いることが可能である請求項1に記載の粘土膜。
- 厚さが、1mmよりも薄く、面積が、1cm2よりも大きい請求項1に記載の粘土膜。
- 添加物の、全固体に対する重量割合が、30パーセント以下である請求項1に記載の粘土膜。
- 補強材の、全固体に対する重量割合が、30パーセント以下である請求項1に記載の粘土膜。
- 600℃、24時間、通常空気雰囲気下で熱処理後の、空気、酸素ガス、窒素ガス、水素ガス、又はヘリウムガスに対する透過係数が、1×10−12cm2s−1cmHg−1未満である請求項1に記載の粘土膜。
- 膜に対して、垂直方向の直流電気抵抗が、1メガΩ以上である請求項1に記載の粘土膜。
- 請求項1から15のいずれかに記載の粘土膜からなることを特徴とする撥水性、親水性、ガスバリア性、水蒸気バリア性、電気絶縁性、断熱性を有する部材。
- 部材が、耐熱材、撥水材、シール材、絶縁材、又は断熱材である請求項16に記載の部材。
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