JP2008183640A - Diamond dispersed synthetic resin molding material and its manufacturing method - Google Patents

Diamond dispersed synthetic resin molding material and its manufacturing method Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a synthetic resin molding material of a monomer and a low grade polymer in which fine diamond particles of a sub micron class are dispersed and held in a primary particle state and its efficient manufacturing method. <P>SOLUTION: Constituent particles of graded diamond powder are dispersed in a non-agglomerated state in a synthetic resin material body including a molding resin monomer or oligomer. This synthetic resin molding material is effectively manufactured under a method including following steps: (1) a step to prepare the graded fine diamond powder a D<SB>50</SB>value average grain diameter of which is 1,000 nm or lower, a surface layer of the diamond particles of which is surface-reformed by a hydrophilic, hydrophobic or anti-diamond carbonizing process, (2) a step to disperse the surface reformed diamond particles in the molding material body including the molding resin monomer or oligomer and (3) a step to make the molding resin monomer or oligomer the resin molding body by polymerizing it. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、精密分級されたサブミクロン級の粒度を持つダイヤモンド微細粒子を一次粒子状態(非凝集状態)で個々に樹脂に分散させた合成樹脂成型材料、及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a synthetic resin molding material in which finely divided diamond fine particles having a submicron grade particle size are individually dispersed in a resin in a primary particle state (non-aggregated state), and a method for producing the same.

精密加工の急速な進歩に伴い、ダイヤモンド砥粒を用いた切断加工、研磨加工の分野でも、より小さな切り代、オングストロームレベルの研磨面精度を目指して、より細かな砥粒を用いる傾向が顕著になり、サブミクロン級の、特に500nm以下のダイヤモンド粒子が広範に使用されるに至っている。   Along with the rapid advancement of precision machining, the tendency to use finer abrasive grains is also remarkable in the fields of cutting and polishing using diamond abrasive grains, aiming for smaller cutting allowance and angstrom level polished surface accuracy. Therefore, diamond particles of submicron class, particularly 500 nm or less, have been widely used.

一般に化学的に安定な物質と考えられているダイヤモンドであっても、粒度の減少に従って表面の性質が強く現れ、サブミクロン領域になると、乾燥状態では通常、複数個が凝集一体化した凝集粒子となっていることが認められている。従って、そのままの状態で研磨工具に固定して使用すると、見かけ上粗大粒子として挙動するので、加工面を傷つける恐れがある。   Even diamond, which is generally considered as a chemically stable substance, shows strong surface properties as the particle size decreases. It is recognized that Therefore, if it is used as it is by being fixed to the polishing tool, it apparently behaves as coarse particles, and there is a risk of damaging the work surface.

従って研磨加工において、サブミクロン領域のダイヤモンド粒子は、油性又は水性の媒質(液体)中に孤立粒子の状態で分散させたスラリーとして実用に供されている。スラリー中の遊離ダイヤモンド砥粒は研磨盤や研磨布の上に保持され、加工に寄与するが、保持される率が一般に低く、加工に寄与しないまま流出してしまう砥粒の割合が無視できないレベルにあり、固体のマトリックス中に砥粒が分散固定された、固定砥粒工具の開発が望まれている。   Therefore, in the polishing process, diamond particles in the submicron region are put to practical use as a slurry dispersed in the form of isolated particles in an oily or aqueous medium (liquid). Free diamond abrasive grains in the slurry are held on a polishing disk or polishing cloth and contribute to processing, but the rate of retention is generally low, and the proportion of abrasive grains that flow out without contributing to processing cannot be ignored. Therefore, it is desired to develop a fixed abrasive tool in which abrasive grains are dispersed and fixed in a solid matrix.

一方電子材料などの切断加工においては、切断溝幅を可能な限り狭くすることによる、素子などの製造歩留まりの向上が望まれている。この解決策として、より細かなダイヤモンドを用いた切断工具の開発が進められているものの、細かなダイヤモンドを工具作用面に均一に分散させる技術が未解決であった。   On the other hand, in cutting processing of electronic materials and the like, it is desired to improve the manufacturing yield of elements and the like by narrowing the cutting groove width as much as possible. As a solution to this problem, although a cutting tool using finer diamonds has been developed, a technique for uniformly dispersing fine diamonds on the tool working surface has not been solved.

ところで、水系のスラリーとして用いられるサブミクロン級のダイヤモンド粉において、ダイヤモンド粒子表面の親水性を増すために酸化処理を施すことは公知である。
特許第2691884号公報
By the way, it is publicly known that the submicron-grade diamond powder used as the aqueous slurry is subjected to an oxidation treatment in order to increase the hydrophilicity of the diamond particle surface.
Japanese Patent No.2691884

一方、油性媒質を用いるスラリー用としての乾燥粉における凝集防止策として、本発明者らは先に、ダイヤモンド粒子表面に存在するダングリングボンド(未結合の結合手)に水素原子を結合させて安定化させることが有効であることを知見した。この知見に基づき、ダイヤモンド粒子表面の活性点を水素終端することによって、凝集しにくいサブミクロンダイヤモンド粉が得られている。
特開2001-329252
On the other hand, as a measure for preventing aggregation in dry powders for slurries using an oily medium, the present inventors previously fixed hydrogen atoms to dangling bonds (unbonded bonds) existing on the surface of diamond particles to stabilize them. It was found that it is effective. Based on this finding, submicron diamond powder which hardly aggregates is obtained by hydrogen-termination of active sites on the surface of diamond particles.
JP2001-329252

従って本発明の主な目的の一つはサブミクロン級の微細なダイヤモンド粒子が凝集せずに、即ち一次粒子の状態で単量体乃至低重合体の合成樹脂材料中に分散して保持されている、合成樹脂成型材料を提供することにある。別の目的は、かかる成型材料を効率的に製造できる方法を提供することにある。   Accordingly, one of the main objects of the present invention is that the submicron-class fine diamond particles are not aggregated, that is, are dispersed and held in the monomer or low polymer synthetic resin material in the form of primary particles. Another object is to provide a synthetic resin molding material. Another object is to provide a method by which such molding material can be produced efficiently.

本発明は、一つの側面において、成型樹脂のモノマー又はオリゴマーを含有する合成樹脂原料体中に、整粒されたダイヤモンド粉体の構成粒子を非凝集状態で分散させたことを特徴とする、合成樹脂成型材料に関する。   In one aspect, the present invention is characterized in that the constituent particles of the sized diamond powder are dispersed in a non-aggregated state in a synthetic resin raw material containing a molding resin monomer or oligomer. It relates to resin molding materials.

前記合成樹脂成型材料は、次の各段階を含有し、かつ本発明の別の側面を構成する方法によって効果的に製造される。
(1) ダイヤモンド粒子の表面層を親水化又は疎水化或は非ダイヤモンド炭素化処理によって表面改質した、D50値平均粒径が1000nm以下の整粒された微細ダイヤモンド粉体を用意する段階、
(2) 上記表面改質されたダイヤモンド粒子を成型樹脂のモノマー又はオリゴマーを含む成型原料体中に分散させる段階、及び
(3) 上記成型樹脂のモノマー又はオリゴマーを重合させ、樹脂成型体とする段階。
The synthetic resin molding material is effectively produced by a method that includes the following steps and constitutes another aspect of the present invention.
(1) preparing a finely divided fine diamond powder having a D 50 value average particle size of 1000 nm or less, wherein the surface layer of the diamond particles is hydrophilized or hydrophobized or non-diamond carbonized;
(2) dispersing the surface-modified diamond particles in a molding raw material containing a monomer or oligomer of a molding resin; and
(3) A step of polymerizing a monomer or oligomer of the molding resin to obtain a resin molding.

本発明では、従来スラリーとしてしか利用できなかったナノメーター級の微細なダイヤモンド粒子を樹脂中に非凝集状態で分散保持させた合成樹脂成型材料が効果的に達成できる。この成型材料は任意形状の工具の製作に利用可能であり、特に研磨工具に適用して、精密切削乃至精密加工に適した工具を得ることができるので、砥粒の有効利用による生産性の向上、加工コストの低減に加えて、廃棄物の減量による環境保全への負荷の軽減も可能になる。   In the present invention, it is possible to effectively achieve a synthetic resin molding material in which nanometer-class fine diamond particles, which can only be used as a conventional slurry, are dispersed and held in a resin in a non-aggregated state. This molding material can be used for the production of tools of any shape, and in particular, it can be applied to polishing tools to obtain tools suitable for precision cutting or precision processing. Therefore, productivity can be improved by the effective use of abrasive grains. In addition to reducing processing costs, it is also possible to reduce the burden on the environment by reducing the amount of waste.

また、本発明は、微細なダイヤモンド粒子を、樹脂中に一次粒子として保持した構成とすることによって、樹脂に耐磨耗性能を付与し、金属、セラミックスに代わる軽量の構造材としての利用も可能とするものである。   In addition, the present invention has a structure in which fine diamond particles are held as primary particles in the resin, thereby imparting wear resistance to the resin and can be used as a lightweight structural material in place of metal and ceramics. It is what.

本発明においては、成型樹脂中に高い分散度で微細ダイヤモンドが含有されている合成樹脂成型材料が効果的に得られ、この高分散性は特に微細な粒径領域において発揮される。例えばサブミクロン領域の粉体に効果的に適用できるので、研磨工具の製作過程において、従来方法では極めて困難だったダイヤモンド砥粒とマトリックス構成材としての合成樹脂との間で、十分な混合が達成される。   In the present invention, a synthetic resin molding material in which fine diamond is contained at a high degree of dispersion in the molding resin is effectively obtained, and this high dispersibility is exhibited particularly in a fine particle size region. For example, because it can be effectively applied to powders in the submicron range, sufficient mixing is achieved between diamond abrasive grains and synthetic resin as a matrix component, which was extremely difficult with conventional methods in the manufacturing process of polishing tools. Is done.

本発明の方法は微細なダイヤモンド粒子に適用可能であり、D50平均粒径が1000nm(1μm)以下の精密整粒されたダイヤモンド粉(粒子集合体)に適用して、効果的に一次粒子分散体を作製することが可能である。D50平均粒径が1000nmを超えるダイヤモンド粉体については比表面積が6m2/g以下と小さく、表面状態は比較的安定していて一次粒子間における凝集は考慮する必要がない。従って、このような比較的粗いダイヤモンド粉体の合成樹脂材料中への分散には、成型原料体中へ直接練り込む従来の手法が利用でき、必ずしも本発明の手法を必要としない。 The method of the present invention can be applied to fine diamond particles, and is effectively applied to finely sized diamond powder (particle aggregate) having a D 50 average particle size of 1000 nm (1 μm) or less to effectively disperse primary particles. It is possible to make a body. A diamond powder having a D 50 average particle diameter exceeding 1000 nm has a specific surface area as small as 6 m 2 / g or less, the surface state is relatively stable, and aggregation between primary particles does not need to be considered. Therefore, for the dispersion of such a relatively coarse diamond powder in the synthetic resin material, the conventional method of kneading directly into the molding raw material can be used, and the method of the present invention is not necessarily required.

従って本発明においては、樹脂材中に分散される微細ダイヤモンド粉体の粒度は、D50値平均粒径において1000nm以下、特に500nm以下、更に好ましくは200nm以下のものが適する。粉体とは粒子の集合体を言う。粉体を構成する各粒子のサイズ(粒度)はD50値として表される平均値の両側に、分級精度により異なる分布幅を有し、これは典型的にはD50値に対するD10及びD90の比で特徴付けられる。精密加工研磨では特に粗大粒子の含有率の低減が必要とされることから、本発明においては本発明者らの開発による精密分級操作により高度に整粒された、これらのパラメータD10/D50及びD90/D50の比がそれぞれ0.5以上及び1.8以下の精密分級品の使用が望ましい。
特許3655811 特開2004-339412
Therefore, in the present invention, the fine diamond powder dispersed in the resin material has a particle size of not more than 1000 nm, particularly not more than 500 nm, more preferably not more than 200 nm in terms of a D 50 value average particle size. Powder refers to an aggregate of particles. The size (particle size) of each particle constituting the powder has a distribution width that varies depending on the classification accuracy on both sides of the average value expressed as the D 50 value, which is typically D 10 and D with respect to the D 50 value. Characterized by a ratio of 90 . Since precision processing polishing particularly requires a reduction in the content of coarse particles, in the present invention, these parameters D 10 / D 50 highly sized by a precision classification operation developed by the present inventors. And it is desirable to use precision classified products having a ratio of D 90 / D 50 of 0.5 or more and 1.8 or less, respectively.
Patent 3655811 JP2004-339412

また個々の粒子の粒径については1800nm(1.8μm)以下のものが利用できる。これより大きい粒子は、従来の乾式又は湿式混合法によって研磨工具のマトリックス材料と混合することが可能である一方、通常の手段では有機性媒質中で懸濁状態を維持すのに困難を伴うことから、本発明の処理対象から除外される。一方下限としては現時点で入手可能な最小サイズの3nmまで用いることができる。合成樹脂成型材料中におけるダイヤモンド含有量は、個々の粒子の粒径が小さいことから、集中度換算値において50(12.5vol%)以下とするのが好ましく、25以下がより好ましい。   The particle size of each particle can be 1800 nm (1.8 μm) or less. Larger particles can be mixed with the abrasive tool matrix material by conventional dry or wet mixing methods, while conventional means can be difficult to maintain suspension in organic media. Therefore, it is excluded from the processing target of the present invention. On the other hand, the lower limit can be up to 3 nm, the smallest size available at present. The diamond content in the synthetic resin molding material is preferably 50 (12.5 vol%) or less, more preferably 25 or less in terms of concentration, since the particle size of each individual particle is small.

本発明で用いられるダイヤモンド粒子は、研磨性能の観点から、高温静的超高圧下で非ダイヤモンド炭素から転換、合成され破砕及び分級工程を経た、単結晶質ダイヤモンドが特に好適であるが、後述するような、爆轟(デトネーション)等により合成された、所謂多結晶ダイヤモンドも利用可能である。   From the viewpoint of polishing performance, the diamond particles used in the present invention are particularly preferably single crystalline diamonds that have been converted from non-diamond carbon under high temperature static ultrahigh pressure and then subjected to crushing and classification steps. So-called polycrystalline diamond synthesized by detonation or the like can also be used.

単結晶質ダイヤモンドの場合には、例えばボールミルを用いた鉄球の落下による衝撃破砕による微細化が有効である。単結晶質粒子における破砕機構は劈開割れが主導であることから、エッジの鋭い破砕片が得られる。破砕操作に先立ち、ボールミルへ仕込む原料ダイヤモンドを1000℃以上に加熱し、ダイヤモンド粒子内に多数の微小クラックを形成することで破砕効率を上げることができる。   In the case of single crystalline diamond, for example, refinement by impact crushing by dropping an iron ball using a ball mill is effective. Since the crushing mechanism in single crystalline particles is led by cleaving cracks, crushing pieces with sharp edges can be obtained. Prior to the crushing operation, the raw material diamond charged in the ball mill is heated to 1000 ° C. or more to form a large number of microcracks in the diamond particles, thereby increasing the crushing efficiency.

成型樹脂中に含有させるダイヤモンド粒子としてはまた、実質的にダイヤモンド構造を示すものであれば、動的超高圧下で合成され、解砕工程を経た多結晶質凝集ダイヤモンド粒子も、合成時に生じた凝集を解き、単一粒子に近い状態で、分散媒中に懸濁させることができるので、同様に利用可能である。   As diamond particles to be included in the molding resin, polycrystalline agglomerated diamond particles which were synthesized under a dynamic ultrahigh pressure and passed through a crushing process were also generated at the time of synthesis if they substantially showed a diamond structure. It can be used similarly because it can be agglomerated and suspended in a dispersion medium in a state close to a single particle.

多結晶質凝集ダイヤモンド粒子には、出発原料がグラファイトの場合と、炭素含有率の高い高性能爆薬の場合とがあるが、いずれもダイヤモンド合成のための超高圧力付加時間がマイクロ秒オーダーのごく短時間であることから、一次粒子サイズは数〜十数nmのオーダーであり、表面エネルギーを小さく保つために通常球状を呈する。   There are cases where polycrystalline agglomerated diamond particles use graphite as the starting material and high-performance explosives with a high carbon content. Since it is a short time, the primary particle size is on the order of several to several tens of nanometers, and usually exhibits a spherical shape in order to keep the surface energy small.

さらに、グラファイトを出発原料とする多結晶質ダイヤモンドは一次粒子同士の融着により、一方爆薬起源の多結晶質ダイヤモンドは表面の官能基や原子を介した結合によると思われる強い凝集により、100nm以上の二次粒子となっている。これらの二次粒子も衝撃破砕、ならびに後工程の化学薬品処理によって、粉砕または凝集を解くことが可能である。   In addition, polycrystalline diamond starting from graphite is fused by primary particles, while polycrystalline diamond originating from explosives is more than 100 nm due to strong agglomeration that may be due to bonding via functional groups and atoms on the surface. Secondary particles. These secondary particles can also be crushed or agglomerated by impact crushing and chemical treatment in a later step.

ダイヤモンド結晶における炭素原子間の結合は通常SP3結合であるが、本発明で使用するダイヤモンドは必ずしも全体がSP3結合を維持している必要はなく、粒子表面層は黒鉛質のSP2構造(グラフェン構造)を呈するものであってもよい。 The bonds between carbon atoms in the diamond crystal are usually SP 3 bonds, but the diamond used in the present invention does not necessarily maintain the SP 3 bonds as a whole, and the particle surface layer has a graphite SP 2 structure ( It may exhibit a graphene structure).

本発明において使用する成型樹脂材料は広い範囲から選択可能で、例えばフェノール系、ポリイミド系、ウレタン系、アクリル系、エポキシ系、メラミン系、ポリカーボネート系、ポリアセタール系、ポリビニール系、酢酸セルローズ系から選ばれる1種を、又は複数種を組み合わせて使用する。   The molding resin material used in the present invention can be selected from a wide range, for example, selected from phenol, polyimide, urethane, acrylic, epoxy, melamine, polycarbonate, polyacetal, polyvinyl, cellulose acetate One kind or a combination of plural kinds is used.


本発明においては、分散させるモノマー、オリゴマーを含む成型樹脂材料や分散媒・溶媒の種類に応じて、粒子表面を親水化又は疎水性化、或は非ダイヤモンド炭素構造(グラフェン)化等、各種の表面改質処理を施したダイヤモンドを使用する。これらの処理は以下のように、それぞれ、酸化、水素終端、又は真空中での加熱によって達成できる。

In the present invention, the surface of the particle is made hydrophilic or hydrophobic, or made non-diamond carbon structure (graphene), depending on the type of the resin material to be dispersed, the molding resin material containing the oligomer, and the dispersion medium / solvent. Use diamond with surface modification. These treatments can be accomplished by oxidation, hydrogen termination, or heating in vacuum, respectively, as follows.

ダイヤモンド粒子表面の親水化処理は、300〜450℃の酸素含有雰囲気、例えば空気または酸素ガス中での加熱(乾式処理)、或は150℃以上、特に250〜350℃に加熱された濃硫酸又は発煙硫酸中への浸漬、その他、硝酸、過塩素酸、クロム酸、過マンガン酸および硝酸塩などの酸化剤存在下における加熱(湿式処理)が有効である。これらの処理によりダイヤモンド粒子表面には、赤外吸収分析によってC=O、COO、OH等、親水性の酸素含有官能基の結合乃至吸着が認められる。   The surface of the diamond particles is hydrophilized by heating in an oxygen-containing atmosphere of 300 to 450 ° C., for example, heating in air or oxygen gas (dry treatment), or concentrated sulfuric acid heated to 150 ° C. or more, particularly 250 to 350 ° C. It is effective to immerse in fuming sulfuric acid and to heat (wet treatment) in the presence of oxidizing agents such as nitric acid, perchloric acid, chromic acid, permanganic acid and nitrate. By these treatments, bonding or adsorption of hydrophilic oxygen-containing functional groups such as C═O, COO, and OH is recognized on the diamond particle surface by infrared absorption analysis.

この親水化処理を施したダイヤモンド表面には、親水性の、カルボニル、カルボキシル、水酸基などの酸素含有官能基が吸着乃至結合の状態で存在することが、赤外吸収分析によって確かめられている。加熱の際にこれらの官能基の脱離が引き金となって生じたダングリングボンドが起点となり、隣接粒子間に生じる結合が凝集の発端になると理解されている。   Infrared absorption analysis has confirmed that hydrophilic oxygen-containing functional groups such as carbonyl, carboxyl, and hydroxyl groups are present in an adsorbed or bonded state on the surface of the diamond subjected to the hydrophilization treatment. It is understood that dangling bonds that are triggered by the elimination of these functional groups during heating are the starting points, and the bonds that occur between adjacent particles are the origin of aggregation.

ダイヤモンド表面の疎水性化は、ダイヤモンド粒子表面の水素終端処理により効果的に達成できる。これはダイヤモンド粒子表面に存在する未結合の結合手に水素原子を結合させて化学的に安定化させる処理であるが、この処理は特に、油性媒質を用いるスラリー用としての乾燥粉における凝集防止策として有効である。   Hydrophobization of the diamond surface can be effectively achieved by hydrogen termination of the diamond particle surface. This is a treatment that chemically stabilizes hydrogen atoms by bonding them to unbonded bonds existing on the surface of diamond particles. This treatment is particularly effective for preventing aggregation in dry powders for slurries using oily media. It is effective as

本発明者らの知見によれば、上記水素終端処理効果は、水素雰囲気中での加熱において500℃付近から認められる。即ち、まず赤外吸収分析において3000〜3600cm-1付近で観察される、OH伸縮に帰属する吸収ピーク高さが小さくなり、代わって表面親水性ダイヤモンドでは認められなかった、2800〜3000cm-1付近で観察されるCH伸縮に帰属する吸収ピークが現れる。この吸収ピークは600℃の加熱で顕著になり、800℃の加熱処理ではOH伸縮に帰属する吸収ピークは一般に認められないので、水素終端処理がほぼ完結したと考えられる。この間にC−O結合箇所からの酸素の脱離によって生じたダングリングボンドに水素が結合して安定化する反応も進行することが認められる。 According to the knowledge of the present inventors, the hydrogen termination effect is recognized from around 500 ° C. in heating in a hydrogen atmosphere. That is, the absorption peak height attributed to OH stretching, which was observed in the vicinity of 3000 to 3600 cm −1 in the infrared absorption analysis, was reduced, and instead was not recognized in the surface hydrophilic diamond, but near 2800 to 3000 cm −1. An absorption peak attributed to the CH stretching observed in FIG. This absorption peak becomes prominent when heated at 600 ° C., and an absorption peak attributed to OH stretching is generally not observed in the heat treatment at 800 ° C., so it is considered that the hydrogen termination treatment is almost completed. During this time, it is recognized that a reaction in which hydrogen is bonded to and stabilized by dangling bonds generated by desorption of oxygen from the C—O bond site is also advanced.

さらに、800℃を超えて加熱を続けても、ダイヤモンド表面からCOガスの脱離が認められることから、ダイヤモンド表面に強固に結合している酸素があると推定される。従って水素中における800℃以上の温度での加熱処理は、ダイヤモンド表面における結合酸素の除去に有効である。但し1000℃を超える加熱処理では、ダイヤモンド粉末粒子表面のSP3構造が崩れ、SP2の非ダイヤモンド炭素に覆われた構造となり、水素終端効果が鮮明でなくなる傾向がある。 Furthermore, even if the heating is continued at a temperature exceeding 800 ° C., the desorption of CO gas from the diamond surface is observed, so that it is estimated that there is oxygen that is firmly bonded to the diamond surface. Therefore, heat treatment at a temperature of 800 ° C. or higher in hydrogen is effective for removing bound oxygen from the diamond surface. However, when the heat treatment exceeds 1000 ° C., the SP 3 structure on the surface of the diamond powder particles collapses and becomes a structure covered with non-diamond carbon of SP 2 , and the hydrogen termination effect tends to be unclear.

従って本発明の目的において、水素終端化のための水素雰囲気中での加熱処理は500℃以上1000℃以下の処理温度(水素終端温度)、特に600℃以上800℃以下で行うのが効率的で、適切である。   Therefore, for the purpose of the present invention, it is efficient to perform the heat treatment in a hydrogen atmosphere for hydrogen termination at a treatment temperature (hydrogen termination temperature) of 500 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower, particularly 600 ° C. or higher and 800 ° C. or lower. Is appropriate.

本発明における水素終端処理は、フーリエ変換赤外分光光度計(FTIR)による該粉末の吸収スペクトル図形において2800〜3000cm-1付近で観察されるCH伸縮に帰属する吸収ピークの高さが、3000〜3600cm-1付近で観察されるOH伸縮に帰属する吸収ピークの高さ以上となるまで行う。 In the hydrogen termination treatment in the present invention, the absorption peak height attributed to CH stretching observed in the vicinity of 2800 to 3000 cm −1 in the absorption spectrum of the powder by a Fourier transform infrared spectrophotometer (FTIR) is 3000 to This is performed until the height of the absorption peak attributed to the OH stretching observed at around 3600 cm −1 is reached.

本発明において、上記の水素終端処理は、被処理ダイヤモンドを、予め親水化しておくことによって、処理効果を向上させることができる。即ち水素雰囲気中での加熱による水素終端処理に先立ち、ダイヤモンド粉体に既述の親水化処理を行った場合、酸素と水素との置換反応によって、前記のC=O、COO、OH等の酸素含有官能基の消失とCH結合の出現とを赤外吸収分析によって確認することができる。   In the present invention, the hydrogen termination treatment can improve the treatment effect by preliminarily hydrophilizing the diamond to be treated. That is, prior to the hydrogen termination treatment by heating in a hydrogen atmosphere, when the above-described hydrophilization treatment is performed on the diamond powder, oxygen such as C = O, COO, OH or the like is obtained by a substitution reaction between oxygen and hydrogen. The disappearance of the contained functional group and the appearance of the CH bond can be confirmed by infrared absorption analysis.

水素終端処理によってダイヤモンド粒子最表面の炭素原子は、最も安定な状態とされる水素と結合した(水素終端)状態となり、表面の炭素原子は粒子内部と同様のSP3構造を維持することができる。同時にダイヤモンド粒子に疎水性(親油性)が付与され、有機化合物からなる油性の分散媒質(有機性媒質)中に分散しやすくなることから、成型樹脂のモノマーや有機性媒質に対して溶解度を持つ樹脂材料中への均一分散が可能になる。 The carbon atom on the outermost surface of the diamond particle is bonded to hydrogen, which is considered to be the most stable state by hydrogen termination treatment (hydrogen termination), and the surface carbon atom can maintain the same SP 3 structure as the inside of the particle. . At the same time, hydrophobicity (lipophilicity) is imparted to the diamond particles, making it easy to disperse in an oily dispersion medium (organic medium) made of an organic compound. Uniform dispersion in the resin material is possible.

本発明者らによる実験において、平均粒径50nmのダイヤモンド粉体は、プロパノール中で0.34%、アセトン中で0.41%、酢酸ビニルモノマー中で0.17%までは、分散後6時間は溶剤中で懸濁状態を保つとの結果が得られた。即ちダイヤモンド表面がこれらの溶剤に濡れた状態になっていると理解される。また超音波分散直後では上記以上濃度のダイヤモンドを擬懸濁状態で存在させることが可能である。   In experiments by the present inventors, diamond powder having an average particle diameter of 50 nm is suspended in a solvent for 6 hours after dispersion up to 0.34% in propanol, 0.41% in acetone, and 0.17% in vinyl acetate monomer. The result of maintaining the state was obtained. That is, it is understood that the diamond surface is wet with these solvents. Further, immediately after the ultrasonic dispersion, it is possible to cause the diamond having the above concentration to exist in a pseudo-suspended state.

また本発明方法において、ダイヤモンドは合成樹脂と、幾つかの方法で組み合わせることができる。例えば、ダイヤモンド粒子は成型樹脂に対して相溶性又は溶解能を有する溶媒中へ予め分散懸濁させた後、この分散懸濁液をモノマー又はオリゴマー状態の成型樹脂と混合する。或はダイヤモンド粒子を有機媒質中に分散懸濁させて分散懸濁させた後、樹脂成型材料を添加して溶解し、全体の混合を行うことによって、樹脂成型材料中への分散を達成できる。或は逆に、樹脂原料を有機媒質中に溶解混合した後に、ダイヤモンド粒子の添加を行うことも可能である。   In the method of the present invention, diamond can be combined with a synthetic resin in several ways. For example, the diamond particles are dispersed and suspended in advance in a solvent having compatibility or solubility with respect to the molding resin, and then this dispersion suspension is mixed with the molding resin in a monomer or oligomer state. Alternatively, after the diamond particles are dispersed and suspended in an organic medium, the resin molding material is added and dissolved, and the whole is mixed to achieve dispersion in the resin molding material. Alternatively, diamond particles can be added after the resin raw material is dissolved and mixed in an organic medium.

親水性表面の方が有機性媒質中への分散濃度が高い場合も観察されている。例えばメチルメタクリレートについては、表面を親水化及び疎水性化したダイヤモンドの分散可能濃度の上限は、それぞれ0.34%、0.22%、酢酸エチルについてはそれぞれ0.24%、0.18%である。   It has been observed that the hydrophilic surface has a higher dispersion concentration in the organic medium. For example, for methyl methacrylate, the upper limit of the dispersible concentration of diamond whose surface is hydrophilized and hydrophobized is 0.34% and 0.22%, respectively, and ethyl acetate is 0.24% and 0.18%, respectively.

一般に成型樹脂原料のモノマーは揮発性の液体の場合が多く、また低重合度品のオリゴマーは、しばしば粘凋液状を呈している。成型原料体には上記の二つの状態も含まれるが、さらに顆粒状、ペレット状などの形態も含まれる。これらの中への微細ダイヤモンド粉体を分散させる方法としては、液状モノマーの場合には超音波分散や分散媒を用いた混合法などにより、ダイヤモンドを直接液中へ分散・懸濁させ、沈降したダイヤモンドは凝集粒子として分離、使用する。   In general, the monomer of the molding resin raw material is often a volatile liquid, and the oligomer with a low polymerization degree is often viscous liquid. The molding raw material includes the two states described above, but also includes forms such as granules and pellets. As a method of dispersing fine diamond powder in these, in the case of a liquid monomer, diamond is directly dispersed and suspended in the liquid by ultrasonic dispersion or a mixing method using a dispersion medium, and then precipitated. Diamond is separated and used as agglomerated particles.

ダイヤモンドは、オリゴマーについては相溶性の溶媒中へ、固体状の成型樹脂材料に対しては溶解能のある溶媒中へ予め分散懸濁させておき、樹脂原料と混合した後、溶媒を蒸発除去することによって、成型材料の樹脂中へ微細ダイヤモンドを、一次粒子ないしは一次粒子に近い状態で分散させることができる。   Diamond is dispersed and suspended in advance in a compatible solvent for oligomers and in a solvent that is soluble for solid molding resin materials. After mixing with the resin raw material, the solvent is evaporated and removed. Thus, the fine diamond can be dispersed in the resin of the molding material in a state close to primary particles or primary particles.

これらの溶媒を用いる場合には、分散剤としての溶媒の扱い量は増えるものの、成型樹脂材料の樹脂中におけるダイヤモンドの分散濃度を任意の値に制御することが可能である。   When these solvents are used, the amount of the solvent as the dispersant increases, but the dispersion concentration of diamond in the resin of the molding resin material can be controlled to an arbitrary value.

なお液状のモノマーや分散媒質中へ微細ダイヤモンドを分散・懸濁させる際に、必要に応じてダイヤモンド粒子表面を加工して分散・懸濁性能を向上させることができる。この方法としては雰囲気ガス中や酸化剤中における加熱処理や、界面活性剤などを用いた表面修飾が含まれる。これらの処理によって粉末粒子最表面の炭素原子に結合ないし付着している異種原子や官能基、分子の種類を代えたり、炭素原子の結合状態を変えることが可能である。   When fine diamond is dispersed / suspended in a liquid monomer or dispersion medium, the surface of the diamond particles can be processed as necessary to improve the dispersion / suspension performance. This method includes heat treatment in an atmospheric gas or an oxidizing agent, and surface modification using a surfactant or the like. By these treatments, it is possible to change the kind of different atoms, functional groups and molecules bonded or attached to the carbon atoms on the outermost surface of the powder particles, or change the bonding state of the carbon atoms.

ダイヤモンド表面を親水性、疎水性とすることによる明瞭な効果の差異は、D50値50nmのダイヤモンドにおける、脱イオン水とアセトンとに対する安定懸濁量が、親水性、疎水性とについてそれぞれ2.7%と0.08%、および0.02%と0.4%となった実験例で確かめられている。 The clear difference in the effect of making the diamond surface hydrophilic and hydrophobic is that the amount of stable suspension of deionized water and acetone in a diamond with a D 50 value of 50 nm is 2.7% for both hydrophilic and hydrophobic. And 0.08%, and 0.02% and 0.4% in the experimental examples.

本発明ではダイヤモンド粒子を無酸素雰囲気中で前記水素終端温度よりもさらに高い温度での加熱処理により、ダイヤモンド粒子表面の炭素原子を非ダイヤモンド化した、即ちSP2構造(グラフェン構造)を付与した粒子も用いることができる。 In the present invention, diamond particles are subjected to heat treatment in an oxygen-free atmosphere at a temperature higher than the hydrogen termination temperature, and the carbon atoms on the diamond particle surface are made non-diamond, that is, particles having an SP 2 structure (graphene structure). Can also be used.

ダイヤモンド粒子の加熱現象として、粒子表面の終端原子または官能基が外れて生じたダングリングボンド同士の結合によって、ダイヤモンド粒子表面の炭素原子がSP2構造とななることがラマン分光分析で確認され、表面が安定な状態になることが知られている。表面がSP2構造に変化する温度は、粒度、即ち表面の活性(不安定)度に依存し、粒度の減少に伴って低温側へシフトし、50nmの単結晶粉砕品においては、無酸素雰囲気中700℃の加熱において、既に明らかなSP2構造の出現が認められている。 As a heating phenomenon of the diamond particles, it is confirmed by Raman spectroscopic analysis that carbon atoms on the surface of the diamond particles have an SP 2 structure due to bonding between dangling bonds generated by detachment of terminal atoms or functional groups on the particle surface, It is known that the surface becomes stable. The temperature at which the surface changes to the SP 2 structure depends on the particle size, that is, the activity (unstable) degree of the surface, and shifts to the low temperature side as the particle size decreases. The appearance of a clear SP 2 structure has already been observed in heating at 700 ° C.

このような表面構造を有するダイヤモンド粒子は、モノマーや有機溶媒中への分散懸濁操作に先立ち、粒子表面に予め界面活性剤を付着させておくのが有効な場合が多い。各種の界面活性剤を用いることができるが、異物の共存を避ける見地から、非イオン系界面活性剤が特に好ましい。   For diamond particles having such a surface structure, it is often effective to preliminarily attach a surfactant to the particle surface prior to a dispersion suspension operation in a monomer or an organic solvent. Various types of surfactants can be used, but nonionic surfactants are particularly preferable from the viewpoint of avoiding the coexistence of foreign substances.

親水性、疎水性ダイヤモンドの使い分け例を示すと、ビスフェノールAに苛性ソーダを添加する界面重縮合法によるポリカーボネート樹脂材料の製造過程において、苛性ソーダ水溶液中に予め表面親水性のサブミクロンダイヤモンドを懸濁させておくことにより、得られたベースポリマー中にダイヤモンドを均一分散させることが可能であり、ペレット化、約300℃の高温成型の諸工程を経て、ダイヤモンド含有工具や耐磨耗樹脂材料とすることができる。   An example of proper use of hydrophilic and hydrophobic diamond is as follows. In the production process of polycarbonate resin material by interfacial polycondensation method in which caustic soda is added to bisphenol A, surface hydrophilic submicron diamond is suspended in an aqueous caustic soda solution in advance. It is possible to uniformly disperse diamond in the obtained base polymer, and it can be made into a diamond-containing tool or wear-resistant resin material through various steps of pelletization and high temperature molding at about 300 ° C. it can.

表面疎水性のダイヤモンドを使用する方法としては、表面疎水性ダイヤモンドを分散させたアセトンとビスフェノールとの反応でビスフェノールAを合成する方法、或いはダイヤモンドを分散させたアセトン中にビスフェノールAを一旦溶解した後、アセトンを蒸発分離することで、ビスフェノールA中にダイヤモンドを分散させておくこともできる。   As a method of using surface hydrophobic diamond, bisphenol A is synthesized by a reaction of acetone and bisphenol in which surface hydrophobic diamond is dispersed, or after bisphenol A is once dissolved in acetone in which diamond is dispersed. It is also possible to disperse diamond in bisphenol A by evaporating and separating acetone.

本発明における成型原料体中に微細ダイヤモンド粉を分散させる際に、ダイヤモンド粉を分散懸濁する能力を有し、かつ成型原料体に対して相溶性の、或いは成型原料体を溶解する性能を持つ分散媒を用いることができる。ダイヤモンド粉体粒子の表面状態(親水性、疎水性、グラフェン構造)に適応した分散媒の種類として、水系、アルコール系、ケトン系、鎖式炭化水素、環式炭化水素などが用いられる。これらの分散媒は成型原料体における重合反応に先立って分離除去されることから、比較的沸点の低い有機剤を用いるのが好適である。   When fine diamond powder is dispersed in the molding raw material in the present invention, it has the ability to disperse and suspend the diamond powder, and is compatible with the molding raw material or has the ability to dissolve the molding raw material. A dispersion medium can be used. Water-based, alcohol-based, ketone-based, chain hydrocarbon, cyclic hydrocarbon, and the like are used as the type of dispersion medium suitable for the surface state (hydrophilicity, hydrophobicity, graphene structure) of diamond powder particles. Since these dispersion media are separated and removed prior to the polymerization reaction in the molding raw material, it is preferable to use an organic agent having a relatively low boiling point.

ダイヤモンド粉の分散には、次のような様々な手法を用いることができる。例えば、ダイヤモンド粉を分散懸濁する分散媒、及び成型原料体を溶解する媒質として、それぞれ同種類、または相互に溶解度を持つ(相溶性の)異種の有機媒質を使用し、これらの溶液又は分散乃至懸濁液とした後に、両液の混合を行うことは、極めて効果的である。   Various methods such as the following can be used to disperse the diamond powder. For example, as a dispersion medium for dispersing and suspending diamond powder and a medium for dissolving a molding raw material, different kinds of organic media having the same type or mutual solubility (compatible) are used, and these solutions or dispersions are used. It is extremely effective to mix both liquids after forming a suspension.

或は、ダイヤモンド粉体を有機媒質中に分散懸濁した後に、成型原料体を固体・粉末又は流動状態で添加して溶解し、全体の混合を行い均一化することができる。   Alternatively, after the diamond powder is dispersed and suspended in an organic medium, the forming raw material can be added and dissolved in a solid / powder or fluid state, and the whole can be mixed and homogenized.

或は成型原料体を有機媒質中に溶解し、混合、均一化した後、この溶液中にダイヤモンド粉体粒子を添加、またはこの溶液を水素終端したダイヤモンド粒子の集合体の間隙へ浸透させることも有効である。   Alternatively, the molding raw material is dissolved in an organic medium, mixed and homogenized, and then diamond powder particles are added to the solution, or the solution is allowed to penetrate into the gaps between the diamond-terminated aggregates. It is valid.

有機媒質、即ち溶媒乃至分散媒については、樹脂材料の添加濃度を上げて媒質の粘度を高めることにより、ダイヤモンド粒子が懸濁状態に保持される時間を増すことが可能である。ダイヤモンド粒子及び樹脂材料を添加した有機媒質は、必要に応じて撹拌、超音波照射、ビーズミル混合、ペイントシェーカー等既知の各種方法を実施して、ダイヤモンドと樹脂との均一な混合が確保されるようにする。   For an organic medium, that is, a solvent or a dispersion medium, it is possible to increase the time during which diamond particles are held in a suspended state by increasing the addition concentration of the resin material to increase the viscosity of the medium. The organic medium to which the diamond particles and the resin material are added is subjected to various known methods such as stirring, ultrasonic irradiation, bead mill mixing, paint shaker, etc., as necessary, so as to ensure uniform mixing of the diamond and the resin. To.

成型原料体と組み合わされ、媒質中に分散・懸濁されたダイヤモンド粉体粒子は均一に混合した後、例えば、常圧又は減圧下で加熱して分散媒質及び溶媒を蒸発・除去することにより、ダイヤモンド粉体粒子を分散状態で保持した合成樹脂成型材料を液体、粉体またはフレーク状で回収することができる。   After the diamond powder particles combined with the forming raw material and dispersed / suspended in the medium are uniformly mixed, for example, the dispersion medium and the solvent are evaporated and removed by heating under normal pressure or reduced pressure. The synthetic resin molding material holding the diamond powder particles in a dispersed state can be recovered in the form of liquid, powder or flakes.

なお懸濁限界を超えてダイヤモンド粒子を懸濁状態で含有する分散媒の場合、乾燥方法としてスプレードライを含む混合品の瞬間乾燥方式を用いることにより、樹脂とダイヤモンドとが密に混じり合った成型原料体が得られる。   In the case of a dispersion medium that contains diamond particles in a suspended state exceeding the suspension limit, the resin and diamond are intimately mixed by using the instantaneous drying method of mixed products including spray drying as the drying method. A raw material body is obtained.

研磨工具としての使用において、マトリックスを構成しダイヤモンド粒子を固定する樹脂材料としては、熱可塑性樹脂も用いることができるが、使用の際に研磨熱によって軟化するトラブルを避ける見地からは、熱硬化性樹脂がより好ましい。このような樹脂の種類として、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、ウレタン樹脂、アルキド樹脂、不飽和ポリエステルなどを挙げることができる。さらにこれらの複合品、いわゆるポリマーアロイも用いることができる。   For use as a polishing tool, a thermoplastic resin can be used as the resin material that forms the matrix and fixes the diamond particles. However, from the standpoint of avoiding the trouble of softening due to polishing heat during use, it is thermosetting. A resin is more preferable. Examples of such resins include phenol resin, epoxy resin, melamine resin, urea resin, urethane resin, alkyd resin, unsaturated polyester, and the like. Furthermore, these composite articles, so-called polymer alloys can also be used.

本発明で用いる有機媒質(即ち分散媒乃至溶媒)としては、上記の樹脂原料や前駆体を溶解し、かつ水素終端ダイヤモンドへの親和性が高く、さらに樹脂材料の性質が大きく変化しない比較的低い温度範囲で蒸留によって分離可能な物質、特に120℃以下の沸点を有するものが好ましい。このような有機媒質としては、アルコール類、ケトン類、鎖式炭化水素、環式炭化水素、酢酸エステルなど広い範囲から選択することができる。   As an organic medium (that is, a dispersion medium or a solvent) used in the present invention, the above-described resin raw materials and precursors are dissolved, the affinity to hydrogen-terminated diamond is high, and the properties of the resin material are not significantly changed. Substances which can be separated by distillation in the temperature range, in particular those having a boiling point of 120 ° C. or less are preferred. Such an organic medium can be selected from a wide range such as alcohols, ketones, chain hydrocarbons, cyclic hydrocarbons, and acetates.

これらの有機媒質は蒸留によって回収し、繰り返し使用に供しうることから、ダイヤモンドの分散能(懸濁限界)の低い媒質も利用できる。また減圧蒸留の手段を用いれば、樹脂材料の変質を生じない温度範囲での分散媒及び溶媒の回収が可能であるから、この意味において、低沸点という条件は有機媒質に対する必須要件ではない。   Since these organic media can be recovered by distillation and used repeatedly, media with low dispersibility (suspension limit) of diamond can also be used. In addition, since the dispersion medium and the solvent can be recovered in a temperature range that does not cause alteration of the resin material by using vacuum distillation means, in this sense, the condition of low boiling point is not an essential requirement for the organic medium.

ダイヤモンドと樹脂とが均一に混合された状態の有機媒質からの有機媒質を除去すると、サブミクロンのダイヤモンド微粉が一次粒子状態で分散・固定された液状ないし粉体又はフレーク状の合成樹脂成型材料が得られる。   When the organic medium is removed from the organic medium in which the diamond and the resin are uniformly mixed, a liquid or powder or flaky synthetic resin molding material in which submicron diamond fine powder is dispersed and fixed in a primary particle state is obtained. can get.

一方、研磨工具製作の際に、サブミクロンダイヤモンド分散樹脂と、樹脂のみの粉末とを混合して金型に充填・成型することにより、ダイヤモンドを含有した樹脂塊が、樹脂地の中に島状に分散した構成とすることもできる。   On the other hand, when a polishing tool is manufactured, a resin lump containing diamond is formed into islands in the resin ground by mixing submicron diamond-dispersed resin and resin-only powder and filling and molding the mold. It is also possible to have a configuration dispersed in the above.

得られた合成樹脂成型材料は、通常の樹脂成型技術を用いて工具あるいは耐磨耗材料素材に成型することができる。特にホットプレスや射出成型といった、加熱手段を併用する加圧成型方法が好ましく、実質的に気孔を含まない、微細ダイヤモンド粒子分散工具や工具素材が得られる。気孔の存在が障害にならない場合には、流し込み成型法が利用でき、また必要に応じて圧延や、ロール成型によってシート状とすることも可能である。   The obtained synthetic resin molding material can be molded into a tool or a wear-resistant material using a normal resin molding technique. In particular, a pressure molding method using a heating means such as hot pressing or injection molding is preferable, and a fine diamond particle-dispersed tool or tool material substantially free of pores can be obtained. When the presence of pores does not become an obstacle, a casting method can be used, and a sheet can be formed by rolling or roll forming as necessary.

薄板の樹脂ベースダイヤモンド工具(例えば切断用ブレード)の製作に際しては、樹脂材料の補強のために、無機質の繊維状物質、セラミックファイバー(ガラス、アルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素など)、カーボンファイバー、カーボンナノファイバーなどを必要に応じて添加することが好ましい。この際に補強剤の分散を目的として、例えば非イオン界面活性剤を添加することも有効である。   When manufacturing thin resin-based diamond tools (for example, cutting blades), inorganic fibrous materials, ceramic fibers (glass, alumina, silicon carbide, silicon nitride, etc.), carbon fibers, carbon It is preferable to add nanofibers as necessary. At this time, it is also effective to add, for example, a nonionic surfactant for the purpose of dispersing the reinforcing agent.

メチルメタクリレート(MMC)モノマー500ml中に表面親水性のサブミクロンダイヤモンドMD50(D50=53nm、比表面積130m2/g)を投入し、5分間超音波ホモジナイザーで分散し、室温で1時間間静置した。ついで沈降した、ダイヤモンド懸濁部約400mlを別のビーカーへ移し凝集物との分離を目的として、過酸化ベンゾイル1 gを添加、混合して、直径300mmの金型へ流し込み、厚さ約6mmの仕上げ研磨盤を作製した。同時に製作したSEM用の試験片の観察から、硬化したアクリル樹脂中における各ダイヤモンド粒子の大部分は孤立粒子となっていた。樹脂中におけるダイヤモンド濃度は、上記静置操作において沈降部として残留したダイヤモンド重量を差し引くことにより、0.35%と推定された。 Subsurface micron diamond MD50 (D 50 = 53 nm, specific surface area 130 m 2 / g) is introduced into 500 ml of methyl methacrylate (MMC) monomer, dispersed with an ultrasonic homogenizer for 5 minutes, and left at room temperature for 1 hour. did. Next, about 400 ml of the suspended diamond suspension was transferred to another beaker, and 1 g of benzoyl peroxide was added, mixed and poured into a 300 mm diameter mold for the purpose of separation from the aggregates. A finish polishing machine was produced. From the observation of the SEM test piece produced at the same time, most of the diamond particles in the cured acrylic resin were isolated particles. The diamond concentration in the resin was estimated to be 0.35% by subtracting the diamond weight remaining as a sedimentation part in the above-mentioned standing operation.

表面親水性ダイヤモンドMD100(D50=103nm、比表面積53m2/g)5gを100mlの脱イオン水中に分散した懸濁液と、酢酸ビニルモノマー200mlとを出発原料とし、乳化重合させて塗料状の粘凋液を得た。この液を直径100mm厚さ10mmの桜材の研磨板に塗布して硬化させ、顕微鏡観察試料製作のための金属試片研磨版として用いた。 Surface suspension diamond MD100 (D 50 = 103 nm, specific surface area 53 m 2 / g) 5 g dispersed in 100 ml deionized water and 200 ml vinyl acetate monomer as starting materials and emulsion polymerized to form a paint A viscous liquid was obtained. This liquid was applied to a cherry wood polishing plate having a diameter of 100 mm and a thickness of 10 mm and cured, and used as a metal specimen polishing plate for microscopic observation sample production.

水素終端ダイヤモンドMD100-OB(D50=105nm、比表面積59m2/g) 3gを2000mlのアセトン中に分散し懸濁状態とした後、酢酸セルローズ(酢化度55)150gを添加、溶解し、灰色がかった白濁液とした。この液を板ガラス上に流して150℃で乾燥させ、厚さ約50μmの、ダイヤモンド含有耐磨耗シート材料とした。 Hydrogen-terminated diamond MD100-OB (D 50 = 105 nm, specific surface area 59 m 2 / g) 3 g in 2000 ml of acetone was dispersed and suspended, and then cellulose acetate (acetylation degree 55) 150 g was added and dissolved. A grayish cloudy solution was obtained. This liquid was poured onto a plate glass and dried at 150 ° C. to obtain a diamond-containing wear-resistant sheet material having a thickness of about 50 μm.

次の表に示すように、親水化、水素終端又は表面グラフェン化処理を施したダイヤモンドを各種の成型原料体と組み合わせ、ダイヤモンド分散樹脂成型体を調製した。

Figure 2008183640

As shown in the following table, diamond subjected to hydrophilization, hydrogen termination or surface graphene treatment was combined with various molding raw material bodies to prepare diamond-dispersed resin molded bodies.
Figure 2008183640

Claims (27)

成型樹脂のモノマー又はオリゴマーを含有する合成樹脂原料体中に、整粒されたダイヤモンド粉体の構成粒子を非凝集状態で分散させたことを特徴とする、合成樹脂成型材料。   A synthetic resin molding material, wherein the constituent particles of the sized diamond powder are dispersed in a non-aggregated state in a synthetic resin raw material containing a monomer or oligomer of the molding resin. ダイヤモンド粉体のD50値平均粒径が1000nm以下である、請求項1の合成樹脂成型材料。 D 50 value average particle size of the diamond powder is 1000nm or less, synthetic resin molding material of claim 1. ダイヤモンド粉体のD50値平均粒径が500nm以下である、請求項2の合成樹脂成型材料。 D 50 value average particle size of the diamond powder is 500nm or less, synthetic resin molding material according to claim 2. ダイヤモンド粉体のD50値平均粒径が200nm以下である、請求項2及び3のいずれかに記載の合成樹脂成型材料。 D 50 value average particle size of the diamond powder is 200nm or less, synthetic resin molded material according to any one of claims 2 and 3. ダイヤモンド粉体のD50値平均粒径に対するD10値及びD90値の比がそれぞれ0.5以上及び1.8以下である、請求項1〜4のいずれかに記載の合成樹脂成型材料。 The ratio of 10 values and D 90 values D for D 50 value average particle size of the diamond powder is 0.5 or more and 1.8 or less, respectively, synthetic resin molded material according to any one of claims 1 to 4. 構成粒子の一次粒径が1.8μm以下3nm以上のダイヤモンド粒子である、請求項1の合成樹脂成型材料。   The synthetic resin molding material according to claim 1, wherein the constituent particles are diamond particles having a primary particle size of 1.8 µm or less and 3 nm or more. 構成粒子が、静的超高圧下で合成され破砕及び分級工程を経た単結晶質ダイヤモンド粒子である、請求項1の合成樹脂成型材料。   The synthetic resin molding material according to claim 1, wherein the constituent particles are single crystalline diamond particles synthesized under static ultrahigh pressure and subjected to crushing and classification steps. 構成粒子が、動的超高圧下で合成され解砕工程を経た多結晶質凝集ダイヤモンド粒子である、請求項1の合成樹脂成型材料。   The synthetic resin molding material according to claim 1, wherein the constituent particles are polycrystalline agglomerated diamond particles synthesized under a dynamic ultrahigh pressure and subjected to a crushing step. 構成粒子表面の炭素原子がSP3構造を維持している、請求項1の合成樹脂成型材料。 The synthetic resin molding material according to claim 1, wherein carbon atoms on the surface of the constituent particles maintain the SP 3 structure. 構成粒子表面の炭素原子がSP2構造(グラフェン構造)を有している、請求項1の合成樹脂成型材料。 Carbon atoms constituting the particle surface has a SP 2 structure (graphene), a synthetic resin molding material of claim 1. 成型樹脂がフェノール系、ポリイミド系、ウレタン系、アクリル系、エポキシ系、メラミン系、ポリカーボネート系、ポリアセタール系、ポリビニール系、酢酸セルローズ系から選ばれる1種以上を含有する、請求項1の合成樹脂成型材料。   The synthetic resin according to claim 1, wherein the molding resin contains one or more selected from phenol, polyimide, urethane, acrylic, epoxy, melamine, polycarbonate, polyacetal, polyvinyl, and cellulose acetate. Molding material. 次の各段階を含有する、微細ダイヤモンド粒子分散合成樹脂成型材料の製造方法:
(1) ダイヤモンド粒子の表面層を親水化又は疎水化或は非ダイヤモンド炭素化処理によって表面改質した、D50値平均粒径が1000nm以下の整粒された微細ダイヤモンド粉体を用意する段階、
(2) 上記表面改質されたダイヤモンド粒子を成型樹脂のモノマー又はオリゴマーを含む成型原料体中に分散させる段階、及び
(3) 上記成型樹脂のモノマー又はオリゴマーを重合させ、樹脂成型体とする段階。
Method for producing fine diamond particle-dispersed synthetic resin molding material containing the following steps:
(1) preparing a finely divided fine diamond powder having a D 50 value average particle size of 1000 nm or less, wherein the surface layer of the diamond particles is hydrophilized or hydrophobized or non-diamond carbonized;
(2) dispersing the surface-modified diamond particles in a molding raw material containing a monomer or oligomer of a molding resin; and
(3) A step of polymerizing a monomer or oligomer of the molding resin to obtain a resin molding.
前記段階(1)において、ダイヤモンド粒子の親水化処理を、150℃以上の浴温度に加熱された濃硫酸又は発煙硫酸中へ浸漬し、ダイヤモンド粒子の表面に親水性官能基を結合乃至吸着させることによって行う、請求項12に記載の方法。   In the step (1), the hydrophilization treatment of diamond particles is immersed in concentrated sulfuric acid or fuming sulfuric acid heated to a bath temperature of 150 ° C. or higher to bind or adsorb hydrophilic functional groups on the surface of the diamond particles. The method of claim 12, wherein 前記浴温度が250℃以上である、請求項請求項13に記載の方法。   The method of claim 13, wherein the bath temperature is 250 ° C. or higher. 前記濃硫酸及び発煙硫酸がさらに、硝酸、過塩素酸、クロム酸、過マンガン酸および硝酸塩から選ばれる少なくとも1種の酸化剤を含有する、請求項13に記載の方法。   The method according to claim 13, wherein the concentrated sulfuric acid and fuming sulfuric acid further contain at least one oxidizing agent selected from nitric acid, perchloric acid, chromic acid, permanganic acid and nitrate. 前記段階(1)において、ダイヤモンド粒子の親水化処理を、酸素含有雰囲気中で300℃以上の処理温度へ加熱し、ダイヤモンド粒子の表面に親水性官能基を結合乃至吸着させることにより行う、請求項12に記載の方法。   In the step (1), the hydrophilization treatment of diamond particles is performed by heating to a treatment temperature of 300 ° C. or higher in an oxygen-containing atmosphere, and bonding or adsorbing hydrophilic functional groups on the surfaces of the diamond particles. 12. The method according to 12. 前記段階(1)において、ダイヤモンド粒子の疎水化処理を、水素雰囲気中にて水素終端温度へ加熱し、水素終端することによって行う、請求項12に記載の方法。   The method according to claim 12, wherein in the step (1), the diamond particles are hydrophobized by heating to a hydrogen termination temperature in a hydrogen atmosphere and hydrogen termination. 水素雰囲気中での水素終端温度への加熱に先立ち、ダイヤモンド粉体を酸化処理に供し、ダイヤモンド粒子の表面に親水性官能基を結合乃至吸着させる、請求項17に記載の方法。   The method according to claim 17, wherein the diamond powder is subjected to an oxidation treatment to bond or adsorb a hydrophilic functional group on the surface of the diamond particle prior to heating to a hydrogen termination temperature in a hydrogen atmosphere. 前記酸化処理が、加熱された濃硫酸又は発煙硫酸の浴中への浸漬を含む、請求項18に記載の方法。   The method of claim 18, wherein the oxidation treatment comprises immersion in a heated concentrated sulfuric or fuming sulfuric acid bath. 前記酸化処理が、酸素含有雰囲気中での加熱を含む、請求項18に記載の方法。   The method according to claim 18, wherein the oxidation treatment includes heating in an oxygen-containing atmosphere. 前記水素終端処理において、フーリエ変換赤外分光光度計(FTIR)による該粉末の吸収スペクトル図形において2800〜3000cm-1付近で観察されるCH伸縮に帰属する吸収ピークの高さを、3000〜3600cm-1付近で観察されるOH伸縮に帰属する吸収ピークの高さ以上とする、請求項12に記載の方法。 In the hydrogen termination treatment, the absorption peak height attributed to CH stretching observed in the vicinity of 2800 to 3000 cm −1 in the absorption spectrum of the powder by a Fourier transform infrared spectrophotometer (FTIR) is set to 3000 to 3600 cm −. The method according to claim 12, wherein the absorption peak height is equal to or greater than the height of the absorption peak attributed to OH stretching observed in the vicinity of 1 . 水素終端温度が500℃以上1000℃以下である、請求項17〜21の各項に記載の方法。   The method according to each of claims 17 to 21, wherein the hydrogen termination temperature is 500 ° C or higher and 1000 ° C or lower. 水素終端温度が600℃以上800℃以下である、請求項22に記載の方法。   The method according to claim 22, wherein the hydrogen termination temperature is 600 ° C. or higher and 800 ° C. or lower. ダイヤモンド粒子の非ダイヤモンド炭素化を、無酸素雰囲気中で加熱し、ダイヤモンド粒子表面をSP2結合構造化することによって行う、請求項12に記載の方法。 The method according to claim 12, wherein the non-diamond carbonization of the diamond particles is performed by heating in an oxygen-free atmosphere to form a diamond particle surface with an SP 2 bond structure.
前記段階(2)において、成型樹脂に対して相溶性又は溶解能を有する溶媒中へ予めダイヤモンド粒子を分散懸濁させ、この分散懸濁液を合成樹脂材料と混合する、請求項12に記載の方法。

In the step (2), the diamond particles are preliminarily dispersed and suspended in a solvent having compatibility or solubility with respect to the molding resin, and the dispersion suspension is mixed with the synthetic resin material. Method.
前記段階(2)において、ダイヤモンド粒子を有機媒質中に分散懸濁させた後に成型樹脂を添加して溶解し、全体の混合を行う、請求項12に記載の方法。   The method according to claim 12, wherein in the step (2), the diamond particles are dispersed and suspended in an organic medium, and then the molding resin is added and dissolved, and the whole is mixed. 前記段階(2)において、成型樹脂を有機媒質中に溶解混合した後にダイヤモンド粒子の添加を行う、請求項12に記載の方法。

The method according to claim 12, wherein in the step (2), the diamond resin is added after the molding resin is dissolved and mixed in an organic medium.

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