JP2009227827A - Inorganic composite resin material and its manufacturing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inorganic composite resin material having high dispersibility of a filler and high heat resistance, and especially capable of using as a friction material suitably, and to provide a method for manufacturing the inorganic composite resin material efficiently. <P>SOLUTION: This inorganic composite resin material comprises the filler dispersed in the resin, wherein the filler contains a thin layer product composed of a layer clay mineral, and has a thickness of 0.1-300 nm. The method for manufacturing the composite resin material is also disclosed, which comprises swell-processing the layer clay mineral before freeze-drying, and melt-blending it with a resin to manufacture the inorganic composite resin material. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、無機複合化樹脂材料およびその製造方法に関する。   The present invention relates to an inorganic composite resin material and a method for producing the same.

従来より、プラスチック材料やゴム材料といった樹脂材料に、各種の充填材、例えば有機化クレー、タルク、ケイ藻土、マイカ、シリカ、炭酸カルシウム、カーボンブラックなどの無機材料、有機繊維、無機繊維などの繊維状物質などを配合し複合化してなる樹脂材料が知られていた。これ等の樹脂材料は、各種の充填材を含有することにより、成形体の機械的、電気的、化学的諸性質を向上させたものであり、例えば、特許文献1に開示されている複合樹脂材料においては、樹脂中に有機化層状ポリケイ酸塩を分散させることにより、成形体の機械的特性を向上させている。   Conventionally, resin materials such as plastic materials and rubber materials, various fillers such as organic clay, talc, diatomaceous earth, mica, silica, calcium carbonate, carbon black and other inorganic materials, organic fibers, inorganic fibers, etc. A resin material obtained by compounding a fibrous substance or the like has been known. These resin materials contain various fillers to improve various mechanical, electrical, and chemical properties of the molded body. For example, the composite resin disclosed in Patent Document 1 In the material, the mechanical properties of the molded body are improved by dispersing the organically modified layered polysilicate in the resin.

このように各種充填材を複合化してなる樹脂材料は、自動車用部品、航空機用部品、電子・電子機器用部品、建築部材等に広く用いられている。例えば、各種車輌や産業機械等のブレーキパッド、ブレーキライニング、クラッチフェーシング等に広く使用される摩擦材として、熱硬化性樹脂粉末等からなる樹脂バインダー材料に、無機充填材、有機充填材、摩擦調整材および耐熱性有機繊維等の繊維材料等を配合し複合化した樹脂材料が知られており、該樹脂材料を常温にて所定圧力で成形(予備成形)し、次いで所定温度にて熱成形し、硬化(アフタキュア)及び仕上げ処理すること等により、所望の成形体を製造している。
特開2000−119535号公報
Thus, the resin material formed by combining various fillers is widely used for automobile parts, aircraft parts, electronic / electronic equipment parts, building members, and the like. For example, as a friction material widely used for brake pads, brake linings, clutch facings, etc. in various vehicles and industrial machines, resin binder materials made of thermosetting resin powder, inorganic fillers, organic fillers, friction adjustment A resin material in which a material and a fiber material such as a heat-resistant organic fiber are mixed and compounded is known. The resin material is molded (preliminarily molded) at a predetermined pressure at room temperature and then thermoformed at a predetermined temperature. The desired molded body is manufactured by curing (aftercuring) and finishing.
JP 2000-119535 A

上記複合樹脂材料が、フィラーとして、サブミクロン以下のサイズを有するアスペクト比の高いものを含有する場合、複合樹脂材料の製造工程において、凝集を抑制しながらフィラーを均一に分散させることが大きな課題となっている。   When the composite resin material contains a filler with a high aspect ratio having a size of submicron or less, it is a big problem to uniformly disperse the filler while suppressing aggregation in the manufacturing process of the composite resin material. It has become.

特許文献1においては、有機化処理した層状ポリケイ酸塩を樹脂と溶融混練することによって、ポリケイ酸塩を層状に剥離、分散させているが、層状ポリケイ酸塩に高剪断力を加える必要があり、また、得られる複合樹脂材料においてフィラーの分散状態が十分でないという課題を有していた。   In Patent Document 1, the organically treated layered polysilicate is melt-kneaded with a resin to separate and disperse the polysilicate in layers, but it is necessary to apply a high shear force to the layered polysilicate. In addition, the obtained composite resin material has a problem that the dispersion state of the filler is not sufficient.

さらに、特許文献1に記載の方法により得られる複合樹脂材料は、製造段階の有機化剤が残留して、性能および機能低下を引き起こす場合があるとともに、耐熱性が低いため、摩擦材として使用した場合には、所望の性能を得ることができないという課題を有していた。   Furthermore, the composite resin material obtained by the method described in Patent Document 1 is used as a friction material because the organic agent in the production stage remains, which may cause deterioration in performance and function, and has low heat resistance. In some cases, the desired performance cannot be obtained.

本発明は、このような事情のもとで、フィラーの分散性や耐熱性が高く、特に摩擦材として好適に用いることができる無機複合化樹脂材料および該無機複合化樹脂材料を効率よく製造する方法を提供することを目的とするものである。   Under such circumstances, the present invention efficiently produces an inorganic composite resin material having high dispersibility and heat resistance of the filler, and particularly suitable for use as a friction material, and the inorganic composite resin material. It is intended to provide a method.

本発明者等は、上記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、層状粘土鉱物を、膨潤処理し、凍結乾燥した後、樹脂と溶融混練することにより、層状粘土鉱物からなり、厚みが0.1〜300nmである薄層化物を含むフィラーを樹脂中に分散させてなる無機複合化樹脂材料を効率よく製造し得ることを見出し、本知見に基づいて本発明を完成するに至った。   As a result of intensive research to achieve the above object, the present inventors have swelled the layered clay mineral, freeze-dried, and then melt-kneaded with the resin, thereby forming the layered clay mineral and having a thickness of It has been found that an inorganic composite resin material obtained by dispersing a filler containing a thin layered product having a thickness of 0.1 to 300 nm in a resin can be efficiently produced, and the present invention has been completed based on this finding.

すなわち、本発明は、
(1)層状粘土鉱物からなり、厚みが0.1〜300nmである薄層化物を含むフィラーを樹脂中に分散させてなることを特徴とする無機複合化樹脂材料、
(2)前記層状粘土鉱物が、スメクタイトおよび合成フッ素雲母から選ばれる1種以上であり、前記樹脂が、フェノール樹脂、エポキシ樹脂およびポリベンゾオキサジン樹脂から選ばれる1種以上である上記(1)に記載の無機複合化樹脂材料、
(3)前記層状粘土鉱物の薄層化物が、カップリング剤で処理されてなるものである上記(1)または(2)に記載の無機複合化樹脂材料、
(4)前記層状粘土鉱物の薄層化物が、水溶性高分子化合物で処理されてなるものである上記(1)〜(3)のいずれかに記載の無機複合化樹脂材料、
(5)前記フィラーが、さらにセラミックス粒子を含む上記(1)〜(4)のいずれかに記載の無機複合化樹脂材料、
(6)層状粘土鉱物を、膨潤処理し、凍結乾燥した後、樹脂と溶融混練することにより、層状粘土鉱物からなり、厚みが0.1〜300nmである薄層化物を含むフィラーを樹脂中に分散させてなる無機複合化樹脂材料を製造することを特徴とする無機複合化樹脂材料の製造方法、
(7)前記層状粘土鉱物が、スメクタイトおよび合成フッ素雲母から選ばれる1種以上であり、前記樹脂が、フェノール樹脂、エポキシ樹脂およびポリベンゾオキサジン樹脂から選ばれる1種以上である上記(6)に記載の無機複合化樹脂材料の製造方法、
(8)前記層状粘土鉱物を、カップリング剤とともに膨潤処理する上記(6)または(7)に記載の無機複合化樹脂材料の製造方法、
(9)前記層状粘土鉱物を、セラミックス粒子とともに膨潤処理する上記(6)〜(8)のいずれかに記載の無機複合化樹脂材料の製造方法
を提供するものである。
That is, the present invention
(1) An inorganic composite resin material comprising a layered clay mineral and a filler containing a thinned product having a thickness of 0.1 to 300 nm dispersed in a resin,
(2) In the above (1), the layered clay mineral is one or more selected from smectite and synthetic fluorine mica, and the resin is one or more selected from a phenol resin, an epoxy resin, and a polybenzoxazine resin. The inorganic composite resin material described,
(3) The inorganic composite resin material according to the above (1) or (2), wherein the layered product of the layered clay mineral is processed with a coupling agent,
(4) The inorganic composite resin material according to any one of (1) to (3) above, wherein the layered clay mineral thinned product is treated with a water-soluble polymer compound.
(5) The inorganic composite resin material according to any one of (1) to (4), wherein the filler further contains ceramic particles,
(6) The layered clay mineral is swelled, freeze-dried, and then melt-kneaded with the resin, whereby a filler including a layered clay mineral having a thickness of 0.1 to 300 nm is contained in the resin. A method for producing an inorganic composite resin material, characterized by producing an inorganic composite resin material dispersed;
(7) In the above (6), the layered clay mineral is one or more selected from smectite and synthetic fluorine mica, and the resin is one or more selected from a phenol resin, an epoxy resin, and a polybenzoxazine resin. A method for producing the inorganic composite resin material described
(8) The method for producing an inorganic composite resin material according to (6) or (7), wherein the layered clay mineral is swollen together with a coupling agent,
(9) The method for producing an inorganic composite resin material according to any one of (6) to (8), wherein the layered clay mineral is swollen together with ceramic particles.

本発明によれば、層状粘土鉱物を膨潤処理して薄層化した後に凍結乾燥することにより、薄層化された層状粘土鉱物の三次元構造を維持しつつ、この薄層化物を樹脂と溶融混練することにより容易に分散することが可能になる。このため、本発明によれば、分散性や耐熱性が高く、特に摩擦材として好適に用いることができる無機複合化樹脂材料を提供することができ、また、無機複合化樹脂材料を効率的に製造する方法を提供することができる。   According to the present invention, the layered clay mineral is swelled and thinned, and then freeze-dried to maintain the three-dimensional structure of the layered clay mineral, while the layered clay mineral is melted with the resin. It becomes possible to disperse easily by kneading. For this reason, according to the present invention, it is possible to provide an inorganic composite resin material that has high dispersibility and heat resistance, and can be suitably used particularly as a friction material. A method of manufacturing can be provided.

先ず、本発明の無機複合化樹脂材料について説明する。
本発明の無機複合化樹脂材料は、層状粘土鉱物からなり、厚みが0.1〜300nmである薄層化物を含むフィラーを樹脂中に分散させてなることを特徴とするものである。
First, the inorganic composite resin material of the present invention will be described.
The inorganic composite resin material of the present invention is characterized in that a filler containing a thin layered product having a thickness of 0.1 to 300 nm is dispersed in a resin, which is made of a layered clay mineral.

本発明の無機複合化樹脂材料において、フィラーの原料となる層状粘土鉱物としては、膨潤性を有するものであれば特に限定されず、例えば陽イオン交換能を有する、天然粘土鉱物および合成粘土鉱物を挙げることができる。上記天然粘土鉱物および合成粘土鉱物としては、スメクタイト、カオリナイト、バーミキュライト、雲母、脆雲母、緑泥石等を挙げることができ、スメクタイトとしては、モンモリロナイト、サポナイト、パイデライト、ノントロナイト等を挙げることができる。また、雲母をフッ素処理した合成フッ素雲母等を挙げることもでき、この合成フッ素雲母は、品質のバラツキが小さいことから層状粘土鉱物として好適であり、合成フッ素雲母としては、ナトリウム四ケイ酸フッ素雲母(NaMg2.5Si10)を例示することができる。これらの層状粘土鉱物は一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。 In the inorganic composite resin material of the present invention, the layered clay mineral used as a raw material for the filler is not particularly limited as long as it has swelling properties. For example, natural clay minerals and synthetic clay minerals having cation exchange ability are used. Can be mentioned. Examples of the natural clay mineral and the synthetic clay mineral include smectite, kaolinite, vermiculite, mica, brittle mica, chlorite, and the like. Examples of the smectite include montmorillonite, saponite, piderite, and nontronite. it can. In addition, synthetic fluorine mica in which mica is treated with fluorine can also be mentioned, and this synthetic fluorine mica is suitable as a layered clay mineral because of small variations in quality. As the synthetic fluorine mica, sodium tetrasilicate fluorine mica is preferable. (NaMg 2.5 Si 4 O 10 F 2 ) can be exemplified. These layered clay minerals may be used alone or in combination of two or more.

本発明の無機複合化樹脂材料において、フィラーを構成する層状粘土鉱物の薄層化物は、その厚みが0.1〜300nmの範囲にあり、0.1〜200nmの範囲にあることが好ましく、0.1〜100nmの範囲にあることがより好ましい。薄層化物の厚みは、層状粘土鉱物を構成する層の厚みとの関係で0.1nm未満にすることは困難であり、また、300nmを超えると、機械的特性の向上効果が薄れてしまう。   In the inorganic composite resin material of the present invention, the layered clay mineral thinned product constituting the filler has a thickness in the range of 0.1 to 300 nm, preferably in the range of 0.1 to 200 nm. More preferably, it is in the range of 1 to 100 nm. The thickness of the thin layered product is difficult to be less than 0.1 nm in relation to the thickness of the layer constituting the layered clay mineral, and if it exceeds 300 nm, the effect of improving the mechanical properties is diminished.

また、フィラーを構成する層状粘土鉱物の薄層化物は、層長(長手方向の長さ)が1〜10μmであることが好ましい。薄層化物の層長が1〜10μmであることにより、樹脂中に好適に分散することが可能となる。   The layered clay mineral thinned product constituting the filler preferably has a layer length (length in the longitudinal direction) of 1 to 10 μm. It becomes possible to disperse | distribute suitably in resin because the layer length of a thin layered product is 1-10 micrometers.

なお、本明細書において、薄層化物の厚みおよび層長は、本発明に係る無機複合化樹脂材料の切断面を電子顕微鏡(SEM)で観察することにより測定することができる。   In the present specification, the thickness and the layer length of the thin layered product can be measured by observing the cut surface of the inorganic composite resin material according to the present invention with an electron microscope (SEM).

本発明の無機複合化樹脂材料において、フィラーを構成する層状粘土鉱物の薄層化物は、カップリング剤で処理されてなるものであることが好ましい。   In the inorganic composite resin material of the present invention, the layered clay mineral thinned product constituting the filler is preferably processed with a coupling agent.

カップリング剤としては、シラン系カップリング剤、アルミナ系カップリング剤、チタネート系カップリング剤等を挙げることができ、このようなカップリング剤としては、Si、Al、Tiの無機塩、有機塩あるいはアルキルアルコキシル基等の疎水性アルコキシル基を1つ以上有する有機化合物を挙げることができる。中でも、シラン系カップリング剤を用いることが好ましい。   Examples of coupling agents include silane coupling agents, alumina coupling agents, titanate coupling agents, and the like. Examples of such coupling agents include Si, Al, Ti inorganic salts, and organic salts. Alternatively, an organic compound having one or more hydrophobic alkoxyl groups such as an alkylalkoxyl group can be given. Among these, it is preferable to use a silane coupling agent.

シラン系カップリング剤としては、式
SiX4−n
(式中、nは0〜3の整数であり、Rは炭化水素基であり、官能基を含有していてもよく、Xは加水分解性基または水酸基であり、RおよびXがそれぞれ複数ある場合、RおよびXは同一であっても異なっていてもよい)
で表されるものを用いることが好ましい。
For silane coupling agents, the formula
R n SiX 4-n
(In the formula, n is an integer of 0 to 3, R is a hydrocarbon group, may contain a functional group, X is a hydrolyzable group or a hydroxyl group, and there are a plurality of R and X, respectively. R and X may be the same or different when
It is preferable to use what is represented by these.

上記RSiX4−nで表されるシラン系カップリング剤において、nは0〜3の整数であり、1〜3の整数であることが好ましく、1〜2の整数であることがより好ましい。 In the silane coupling agent represented by R n SiX 4-n , n is an integer of 0 to 3, preferably an integer of 1 to 3, and more preferably an integer of 1 to 2. .

上記RSiX4−nで表されるシラン系カップリング剤において、Rは炭化水素基である。炭化水素基としては、直鎖または分岐鎖を有する飽和または不飽和の脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基、脂環式炭化水素基を挙げることができ、これら炭化水素基は一価のものでも多価のものでもよい。 In the silane coupling agent represented by R n SiX 4-n , R is a hydrocarbon group. Examples of the hydrocarbon group include a saturated or unsaturated aliphatic hydrocarbon group having a straight chain or a branched chain, an aromatic hydrocarbon group, and an alicyclic hydrocarbon group. These hydrocarbon groups are monovalent. Or multivalent.

炭化水素基の炭素数は、脂肪族炭化水素基である場合は、1〜25個、特に1〜3個が好ましく、芳香族炭化水素基である場合は、6〜25個、特に6〜10個が好ましく、脂環式炭化水素である場合は、3〜25個、特に3〜6個が好ましい。   The number of carbon atoms of the hydrocarbon group is preferably 1 to 25, particularly 1 to 3 in the case of an aliphatic hydrocarbon group, and 6 to 25, particularly 6 to 10 in the case of an aromatic hydrocarbon group. When it is an alicyclic hydrocarbon, 3 to 25, particularly 3 to 6 are preferable.

また、上記炭化水素基は、官能基を含有していてもよく、官能基としては、ビニル基、エステル基、エーテル基、エポキシ基、アミノ基、カルボキシル基、カルボニル基、アミド基、メルカプト基、スルホニル基、スルフェニル基、ニトロ基、ニトロソ基、ニトリル基、ハロゲン原子、水酸基等を挙げることができる。   The hydrocarbon group may contain a functional group, and examples of the functional group include a vinyl group, an ester group, an ether group, an epoxy group, an amino group, a carboxyl group, a carbonyl group, an amide group, a mercapto group, Examples include a sulfonyl group, a sulfenyl group, a nitro group, a nitroso group, a nitrile group, a halogen atom, and a hydroxyl group.

上記シラン系カップリング剤において、Rが複数ある場合、Rは同一であっても異なっていてもよい。   In the silane coupling agent, when there are a plurality of R, R may be the same or different.

上記RSiX4−nで表されるシラン系カップリング剤において、Xは加水分解性基または水酸基であり、加水分解性基としては、アルコキシ基、アルケニルオキシ基、ケトオキシム基、アシルオキシ基、アミノ基、アミノキシ基、アミド基、ハロゲン原子を挙げることができる。 In the silane coupling agent represented by R n SiX 4-n , X is a hydrolyzable group or a hydroxyl group. Examples of the hydrolyzable group include an alkoxy group, an alkenyloxy group, a ketoxime group, an acyloxy group, an amino group. Groups, aminoxy groups, amide groups and halogen atoms.

上記シラン系カップリング剤において、Xが複数ある場合、Xは同一であっても異なっていてもよい。   In the silane coupling agent, when there are a plurality of Xs, Xs may be the same or different.

上記RSiX4−nで表されるシラン系カップリング剤の具体例としては、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、2−エチルヘキシルトリメトキシシラン、2−ヘキセニルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、3−β−ナフチルプロピルトリメトキシシラン、p−ビニルベンジルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリクロロシラン、ビニルトリアセトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−(2−アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アニリノプロピルトリメトキシシラン等を挙げることができる。 Specific examples of the silane coupling agent represented by R n SiX 4-n include methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, 2-ethylhexyltrimethoxysilane, 2-hexenyltrimethoxysilane, and phenyltrimethoxysilane. , Phenyltriethoxysilane, 3-β-naphthylpropyltrimethoxysilane, p-vinylbenzyltrimethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltrichlorosilane, vinyltriacetoxysilane, γ-aminopropyltrimethoxysilane, γ- (2 -Aminoethyl) aminopropyltrimethoxysilane, γ-anilinopropyltrimethoxysilane and the like.

上記カップリング剤は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。   The said coupling agent may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.

フィラー中における層状粘土鉱物とカップリング剤の含有比は、質量比で、層状粘土鉱物/カップリング剤が、1/0.5〜1/4であることが好ましく、1/0.5〜1/2であることがより好ましい。   The content ratio of the layered clay mineral to the coupling agent in the filler is a mass ratio, and the layered clay mineral / coupling agent is preferably 1 / 0.5 to 1/4, and 1 / 0.5 to 1 More preferably, it is / 2.

フィラーを構成する層状粘土鉱物の薄層化物が、カップリング剤で処理されてなるものである場合、層状粘土鉱物の層間に導入されたカップリング剤の水酸基または加水分解性基が加水分解して生じた水酸基が脱水縮合し、カップリング剤が層状粘土鉱物の層間で固定されて、直径が2nm以下のミクロ気孔や直径が2nm超50nm以下であるメソ気孔を有する構造体を形成し、これらの構造体が立体的に複数結合することにより、構造体間にさらに直径が50nm超であるマクロ気孔も形成されると考えられる。このような多孔性のフィラーを用いると、無機複合化樹脂材料中に多数の気孔を導入することが可能となるため、例えば、摩擦材として好適に用いることが可能となる。   When the layered clay mineral thinned product constituting the filler is processed with a coupling agent, the hydroxyl group or hydrolyzable group of the coupling agent introduced between the layers of the layered clay mineral is hydrolyzed. The resulting hydroxyl group undergoes dehydration condensation, and the coupling agent is fixed between the layers of the layered clay mineral to form a structure having micropores having a diameter of 2 nm or less and mesopores having a diameter of more than 2 nm and not more than 50 nm. It is considered that macropores having a diameter of more than 50 nm are also formed between the structures when the structures are sterically bonded. When such a porous filler is used, a large number of pores can be introduced into the inorganic composite resin material. For example, it can be suitably used as a friction material.

本発明の無機複合化樹脂材料において、フィラーを構成する層状粘土鉱物の薄層化物は、水溶性高分子化合物で処理されてなるものであることが好ましい。   In the inorganic composite resin material of the present invention, the layered clay mineral thinned product constituting the filler is preferably processed with a water-soluble polymer compound.

水溶性高分子化合物としては、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、カルボキシメチルセルロース(CMC)、アルキルセルロース、ゼラチン、寒天、マンノース、ペクチン、グアーガム、キサンタンガム、アルギン酸ナトリウム、デンプンからなるものを挙げることができる。   Examples of the water-soluble polymer compound include polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl pyrrolidone, polyethylene glycol, carboxymethyl cellulose (CMC), alkyl cellulose, gelatin, agar, mannose, pectin, guar gum, xanthan gum, sodium alginate, and starch. be able to.

フィラー中における水溶性高分子化合物の含有量は、フィラーの総量に対して、25〜80質量%であることが好ましく、50〜80質量%であることがより好ましい。   The content of the water-soluble polymer compound in the filler is preferably 25 to 80% by mass and more preferably 50 to 80% by mass with respect to the total amount of the filler.

フィラーを構成する層状粘土鉱物の薄層化物が、水溶性高分子化合物で処理されてなるものである場合、フィラーに柔軟性を付与し、より疎水性に改質することが可能になる。   When the layered clay mineral thinned product constituting the filler is treated with a water-soluble polymer compound, the filler is given flexibility and can be modified to be more hydrophobic.

本発明の無機複合化樹脂材料においては、上記フィラーが、さらにセラミックス粒子を含むものであることが好ましい。セラミックス粒子としては、アルミナ、ジルコニア、シリカ等を挙げることができる。   In the inorganic composite resin material of the present invention, it is preferable that the filler further contains ceramic particles. Examples of the ceramic particles include alumina, zirconia, and silica.

セラミックス粒子の平均粒子径は、3〜20μmであることが好ましく、5〜15μmであることがより好ましく、5〜10μmであることがさらに好ましい。   The average particle diameter of the ceramic particles is preferably 3 to 20 μm, more preferably 5 to 15 μm, and still more preferably 5 to 10 μm.

なお、本明細書において、平均粒子径とは、体積平均粒子径を意味し、体積平均粒子径は、例えば、粒度分布測定器等で測定することができる。   In addition, in this specification, an average particle diameter means a volume average particle diameter, and a volume average particle diameter can be measured with a particle size distribution measuring device etc., for example.

フィラー中におけるセラミックス粒子の含有量は、フィラーの総量に対して、1〜20質量%であることが好ましく、1〜10質量%であることがより好ましく、1〜5質量%であることがさらに好ましい。   The content of the ceramic particles in the filler is preferably 1 to 20% by mass, more preferably 1 to 10% by mass, and further preferably 1 to 5% by mass with respect to the total amount of the filler. preferable.

層状粘土鉱物の薄層化物が、セラミックス粒子を含むものである場合、セラミックス粒子が、層状粘土鉱物の薄層化した層間に挿入された形態を採ることが好ましい。   When the layered clay mineral thinned product includes ceramic particles, it is preferable to take a form in which the ceramic particles are inserted between the thinned layers of the layered clay mineral.

層状粘土鉱物の薄層化物が、セラミックス粒子を含むものである場合、上記薄層化物を含むフィラーが分散することにより、無機複合化樹脂材料の耐熱性や強度を向上することが可能になる。   When the layered clay mineral layered product includes ceramic particles, the heat resistance and strength of the inorganic composite resin material can be improved by dispersing the filler containing the layered product.

本発明の無機複合化樹脂材料は、上記フィラーが樹脂中に分散されてなるものである。フィラーを分散する樹脂としては、熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂から選ばれる1種以上を挙げることができる。   The inorganic composite resin material of the present invention is obtained by dispersing the filler in a resin. As resin which disperse | distributes a filler, 1 or more types chosen from a thermoplastic resin and a thermosetting resin can be mentioned.

このような樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリベンゾオキサジン樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂等を挙げることができる。   Examples of such resins include phenol resins, epoxy resins, polybenzoxazine resins, polyester resins, acrylic resins, and the like.

フェノール樹脂としては、フェノールモノマーおよびホルムアルデヒドの重合物を挙げることができ、レゾール型およびノボラック型を例示することができるが、いずれのものであってもよい。   Examples of the phenol resin include a polymer of a phenol monomer and formaldehyde, and examples thereof include a resol type and a novolac type, and any of them may be used.

エポキシ樹脂としては、ビスフェノールAとエピクロロヒドリンとの縮合反応物、ビスフェノールFとエピクロロヒドリンとの縮合反応物等のグリシジルエーテル型樹脂、グリシジルエステル樹脂、脂環式エポキシ樹脂、脂肪族エポキシ樹脂、含ブロムエポキシ樹脂、フェノール−ノボラック型またはクレゾール−ノボラック型のエポキシ樹脂等を挙げることができ、これらのエポキシ樹脂のうち、ビスフェノールAとエピクロロヒドリンとの縮合反応物、またはビスフェノールFとエピクロロヒドリンとの縮合反応物等のグリシジルエーテル型樹脂が好ましい。   Epoxy resins include glycidyl ether type resins such as condensation reaction products of bisphenol A and epichlorohydrin, condensation reaction products of bisphenol F and epichlorohydrin, glycidyl ester resins, alicyclic epoxy resins, aliphatic epoxies. Resin, bromine-containing epoxy resin, phenol-novolak type or cresol-novolak type epoxy resin, and the like. Among these epoxy resins, a condensation reaction product of bisphenol A and epichlorohydrin, or bisphenol F and Glycidyl ether type resins such as condensation reaction products with epichlorohydrin are preferred.

具体的には、東都化成社製「エポトート YD903N、YD 128、YD14、PN639、CN701、NT114、ST−5080、ST−5100、ST−4100D」、ダイセル化学社製「EITPA3150」、チバ・ガイギー社製「アルダイトCY179、PT810、PT910、GY6084」、ナガセ化成社製「テコナールEX711」、大日本インキ社製「エピクロン 4055RP、N680、HP4032、N−695、HP7200H」、油化シェルエポキシ社製「エピコート1001、1002、1003、1004、1007」、ダウ・ケミカル社製「DER662」、日本化薬社製「EPPN201、202、EOCN1020、102S」等を挙げることができる。   Specifically, “Epototo YD903N, YD128, YD14, PN639, CN701, NT114, ST-5080, ST-5100, ST-4100D” manufactured by Toto Kasei Co., Ltd., “EITPA3150” manufactured by Daicel Chemical Industries, manufactured by Ciba-Geigy “Aldite CY179, PT810, PT910, GY6084”, “Teconal EX711” manufactured by Nagase Kasei Co., Ltd., “Epicron 4055RP, N680, HP4032, N-695, HP7200H” manufactured by Dainippon Ink, Inc. “Epicoat 1001,” manufactured by Yuka Shell Epoxy 1002, 1003, 1004, 1007 "," DER 662 "manufactured by Dow Chemical Company," EPPN 201, 202, EOCN 1020, 102S "manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd., and the like.

ポリベンゾオキサジン樹脂としては、フェノール性水酸基を有する化合物と1級アミン類とホルムアルデヒド類との反応物を挙げることができる。   Examples of the polybenzoxazine resin include a reaction product of a compound having a phenolic hydroxyl group, a primary amine and formaldehyde.

ポリベンゾオキサジン樹脂原料であるフェノール性水酸基を有する化合物としては、芳香環上の水酸基のオルト位の少なくとも一方に水素原子を有する1価または2価以上の多価フェノール類を用いることができ、具体的には、フェノール、o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール、キシレノール、p−tert−ブチルフェノール、α−ナフトール、β−ナフトール、p−フェニルフェノールなどの1価フェノール類;カテコール、レゾルシノール、4,4’−ジヒドロキシジフェニルメタン(ビスフェノールF)、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン(ビスフェノールA)、などの2価フェノール類;トリスフェノール化合物、テトラフェノール化合物、フェノール樹脂などの3価以上の多価フェノール類等を挙げることができる。これらの中では、得られるポリベンゾオキサジン樹脂の性能の観点から、ビスフェノールAが好ましい。   As the polybenzoxazine resin raw material having a phenolic hydroxyl group, monovalent or divalent or higher polyhydric phenols having a hydrogen atom in at least one of the ortho positions of the hydroxyl group on the aromatic ring can be used. Specifically, monohydric phenols such as phenol, o-cresol, m-cresol, p-cresol, xylenol, p-tert-butylphenol, α-naphthol, β-naphthol, p-phenylphenol; catechol, resorcinol, 4 , 4'-dihydroxydiphenylmethane (bisphenol F), 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane (bisphenol A), and other dihydric phenols; trisphenol compounds, tetraphenol compounds, phenol resins and more Of polyphenols, etc. I can make it. Among these, bisphenol A is preferable from the viewpoint of the performance of the obtained polybenzoxazine resin.

ポリベンゾオキサジン樹脂原料である1級アミン類としては、脂肪族アミンおよび芳香族アミンがあるが、脂肪族アミンであると、得られるポリベンゾオキサジン樹脂は、耐熱性の劣るものとなるため、芳香族アミンが好ましい。この芳香族アミンとしては、例えばアニリン、トルイジン、キシリジン、アニシジンなどを挙げることができる。   As primary amines which are raw materials for polybenzoxazine resins, there are aliphatic amines and aromatic amines. When aliphatic amines are used, the resulting polybenzoxazine resins have poor heat resistance. Group amines are preferred. Examples of the aromatic amine include aniline, toluidine, xylidine, and anisidine.

ポリベンゾオキサジン樹脂原料であるホルムアルデヒド類としては、ホルマリン、パラホルムアルデヒド、トリオキサンなどを挙げることができる。   Examples of formaldehydes that are raw materials for polybenzoxazine resins include formalin, paraformaldehyde, and trioxane.

ポリエステル樹脂としては、例えば、エチレングリコール、プロパンジオール、ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等の多価アルコールと、マレイン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、フタル酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、セバチン酸、β−オキシプロピオン酸等のカルボン酸とを常法に従って重合させて得たものが挙げられる。   Examples of polyester resins include polyhydric alcohols such as ethylene glycol, propanediol, hexanediol, neopentylglycol, trimethylolpropane, pentaerythritol, maleic acid, terephthalic acid, isophthalic acid, phthalic acid, succinic acid, and glutaric acid. And those obtained by polymerizing carboxylic acids such as adipic acid, sebacic acid, and β-oxypropionic acid according to a conventional method.

ポリエステル樹脂の数平均分子量は、500〜100,000が好ましく、2,000〜80,000がより好ましい。ポリエステル樹脂の水酸基価は、0〜300mgKOH/gが好ましく、30〜120mgKOH/gがより好ましい。また、ポリエステル樹脂の酸価は、0〜200mgKOH/gが好ましく、10〜100mgKOH/gがより好ましい。ポリエステル樹脂の融点は、50〜200℃が好ましく、80〜150℃がより好ましい。   The number average molecular weight of the polyester resin is preferably 500 to 100,000, and more preferably 2,000 to 80,000. The hydroxyl value of the polyester resin is preferably 0 to 300 mgKOH / g, more preferably 30 to 120 mgKOH / g. Moreover, 0-200 mgKOH / g is preferable and the acid value of a polyester resin has more preferable 10-100 mgKOH / g. The melting point of the polyester resin is preferably 50 to 200 ° C, more preferably 80 to 150 ° C.

具体的には、ダイセルUCB社製「クリルコート341、7620、7630」、大日本インキ社製「ファインディックM−8010、8020、8024、8710」、日本ユピカ社製「ユピカコートGV110、230」、日本エステル社製の「ER6570」、ヒュルス社製の「VESTAGON EP−P100」等を挙げることができる。   Specifically, “Crill coat 341, 7620, 7630” manufactured by Daicel UCB, “Fine Dick M-8010, 8020, 8024, 8710” manufactured by Dainippon Ink, “Iupica Coat GV110, 230” manufactured by Iupika Japan, Japan Examples thereof include “ER6570” manufactured by Esther, “VESTAGON EP-P100” manufactured by Huls, and the like.

アクリル樹脂としては、アクリル酸またはその誘導体の重合物や、アクリル酸またはその誘導体と他のモノマーとの共重合物を挙げることができ、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、グリシジルアクリレート、n−ブチルアクリレート等のアクリル酸またはその誘導体からなるモノマーや、該モノマーとスチレンなどの他のモノマーを、アゾビスイソブチロニトリル、ベンゾイルパーオキサイドなどのラジカル開始剤を用いてラジカル重合したものを挙げることができる。具体的には、三洋化成工業社製「サンペックスPA−70」等を挙げることができる。   Examples of the acrylic resin include a polymer of acrylic acid or a derivative thereof, and a copolymer of acrylic acid or a derivative thereof and another monomer, such as acrylic acid, methacrylic acid, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, glycidyl. A monomer comprising acrylic acid such as acrylate or n-butyl acrylate or a derivative thereof, or another monomer such as styrene was radically polymerized using a radical initiator such as azobisisobutyronitrile or benzoyl peroxide. Things can be mentioned. Specific examples include “Sanpex PA-70” manufactured by Sanyo Chemical Industries.

本発明の無機複合化樹脂材料において、薄層化物を分散する樹脂として熱硬化性樹脂を用いる場合、無機複合化樹脂材料は、さらに硬化剤を含んでもよく、硬化剤としては、ポリアミン系、ジシアンジアミド系、フェノール系、アミノアミド系、ブロックドイソシアネート系、トリグリシジルイソシアヌレート(TGIC)系、エポキシ系(ポリエポキシド、エポキシ樹脂)のもの等が挙げられ、ポリアミン系、ジシアンジアミド系、フェノール系のものが特に好ましい。   In the inorganic composite resin material of the present invention, when a thermosetting resin is used as the resin for dispersing the thinned product, the inorganic composite resin material may further contain a curing agent, and examples of the curing agent include polyamines and dicyandiamide. Type, phenol type, aminoamide type, blocked isocyanate type, triglycidyl isocyanurate (TGIC) type, epoxy type (polyepoxide, epoxy resin) and the like, and polyamine type, dicyandiamide type and phenol type are particularly preferable. .

本発明の無機複合化樹脂材料において、フィラーの含有割合は、1〜30質量%であることが好ましい。   In the inorganic composite resin material of the present invention, the filler content is preferably 1 to 30% by mass.

次に、本発明の無機複合化樹脂材料の製造方法について説明する。
本発明の無機複合化樹脂材料の製造方法は、層状粘土鉱物を、膨潤処理し、凍結乾燥した後、樹脂と溶融混練することにより、層状粘土鉱物からなり、厚みが0.1〜300nmである薄層化物を含むフィラーを樹脂中に分散させてなる無機複合化樹脂材料を製造することを特徴とするものである。
Next, the manufacturing method of the inorganic composite resin material of this invention is demonstrated.
The method for producing an inorganic composite resin material of the present invention comprises a layered clay mineral, which is swelled, freeze-dried and then melt-kneaded with a resin to form a layered clay mineral having a thickness of 0.1 to 300 nm. It is characterized by producing an inorganic composite resin material in which a filler containing a thin layered product is dispersed in a resin.

本発明の方法において、層状粘土鉱物としては、上述したものと同様のものを用いることができる。   In the method of the present invention, as the layered clay mineral, the same ones as described above can be used.

層状粘土鉱物の膨潤処理は、層状粘土鉱物と分散液とを接触させることによって行うことができ、例えば、層状粘土鉱物を分散液中に浸漬することによって行うことができる。分散液としては、水等を挙げることができ、層状粘土鉱物と分散液の接触時間は5〜24時間程度、接触温度は室温程度が好ましい。   The swelling treatment of the layered clay mineral can be performed by bringing the layered clay mineral into contact with the dispersion, for example, by immersing the layered clay mineral in the dispersion. Examples of the dispersion include water, and the contact time between the layered clay mineral and the dispersion is preferably about 5 to 24 hours, and the contact temperature is preferably about room temperature.

層状粘土鉱物の膨潤処理は、カップリング剤、水溶性高分子化合物、セラミックス粒子等の存在下に行ってもよく、カップリング剤、水溶性高分子化合物、セラミックス粒子の具体例や配合割合は、上述したとおりである。   The swelling treatment of the layered clay mineral may be performed in the presence of a coupling agent, a water-soluble polymer compound, ceramic particles, etc., and specific examples and blending ratios of the coupling agent, the water-soluble polymer compound, and ceramic particles are as follows: As described above.

層状粘土鉱物の膨潤処理を、カップリング剤、水溶性高分子化合物、セラミックス粒子等の存在下に行う場合、層状粘土鉱物とカップリング剤等を反応させる為に、所定温度下で膨潤させることが好ましい。層状粘土鉱物は、結晶構造が繊維状あるいは平板状であって、その構造は約1000℃程度まで維持されるが、上述したような方法により、層状粘土鉱物とカップリング剤等とを反応させる場合には、カップリング剤の疎水基の耐熱性等を考慮して、反応時の温度を決定する必要があることから、層状粘土鉱物とカップリング剤等の反応温度は、室温〜100℃程度が好ましい。また、反応時間は2〜48時間が好ましい。   When the layered clay mineral is swollen in the presence of a coupling agent, a water-soluble polymer compound, ceramic particles, etc., the layered clay mineral may be swollen at a predetermined temperature in order to cause the layered clay mineral to react with the coupling agent. preferable. The layered clay mineral has a fibrous or flat crystal structure, and the structure is maintained up to about 1000 ° C. When the layered clay mineral is reacted with a coupling agent or the like by the method described above. Since it is necessary to determine the temperature during the reaction in consideration of the heat resistance of the hydrophobic group of the coupling agent, the reaction temperature of the layered clay mineral and the coupling agent is about room temperature to about 100 ° C. preferable. The reaction time is preferably 2 to 48 hours.

膨潤された層状粘土鉱物は、次いで、凍結乾燥される。凍結乾燥は、予備凍結処理工程を含むことが好ましく、予備凍結処理は、−45〜−20℃で、24時間以上行うことが好ましい。予備凍結工程後、予備凍結物を溶解させることなく凍結乾燥させることが好ましく、凍結乾燥条件は、内部に氷塊が観察されなくなるように、かつ、氷が溶けないように適宜調整すればよく、通常、80Pa以下の減圧雰囲気下、20℃以下で、72〜96時間程度行うことが好ましい。   The swollen layered clay mineral is then lyophilized. The lyophilization preferably includes a preliminary freezing treatment step, and the preliminary freezing treatment is preferably performed at −45 to −20 ° C. for 24 hours or more. After the preliminary freezing step, it is preferable to freeze-dry without dissolving the pre-freeze, and the freeze-drying conditions may be adjusted as appropriate so that no ice blocks are observed inside and the ice is not melted. In a reduced pressure atmosphere of 80 Pa or less, it is preferably performed at 20 ° C. or less for about 72 to 96 hours.

本発明の方法においては、上記凍結乾燥した層状粘土鉱物を、樹脂と溶融混練する。溶融混練は、適当な混練機を用いて、例えば、混練温度80〜120℃で行うことができる。   In the method of the present invention, the freeze-dried layered clay mineral is melt kneaded with a resin. Melt kneading can be performed using a suitable kneader, for example, at a kneading temperature of 80 to 120 ° C.

本発明前においては、層状粘土鉱物と樹脂とを溶融混練することによって上記粘土鉱物を剥離分散する方法が知られていたが、この方法は、粘土鉱物の剥離分散に高剪断力を必要とするものであった。これに対して本発明の方法は、層状粘土鉱物を膨潤処理することによって、これを薄層化しているため、溶融混練時に高い剪断力を与えることなく分散性を向上させることができる。また、上記層状粘土鉱物を膨潤処理した後これを加熱乾燥した場合には、層状粘土鉱物の薄層構造が失われてしまうことから、本発明の方法においては、凍結乾燥することにより溶媒を除去し、薄層構造を維持しつつ樹脂中への分散を可能にしている。   Prior to the present invention, a method of peeling and dispersing the clay mineral by melting and kneading a layered clay mineral and a resin was known. However, this method requires a high shear force for peeling and dispersing the clay mineral. It was a thing. In contrast, in the method of the present invention, since the layered clay mineral is subjected to a swelling treatment to make it thin, dispersibility can be improved without applying a high shearing force during melt kneading. In addition, when the layered clay mineral is subjected to swelling treatment and then dried by heating, the thin layer structure of the layered clay mineral is lost. Therefore, in the method of the present invention, the solvent is removed by lyophilization. In addition, dispersion in the resin is possible while maintaining a thin layer structure.

次に、本発明を実施例により、さらに詳細に説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。   EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited at all by these examples.

実施例1
(a)層状粘土鉱物である合成フッ素雲母(コープケミカル社製、ME−100)10gを蒸留水600mLに投入し、よく攪拌して、合成フッ素雲母分散液を調製した。
(b)上記合成フッ素雲母分散液を、75℃で5時間濃縮しながら攪拌して合成フッ素雲母を膨潤させた。
(c)(b)で得た合成フッ素雲母の膨潤物含有液を−20℃で24時間予備凍結処理した後、凍結乾燥機(EYELA社製凍結乾燥機FD−5N)を用いて、80Pa以下の減圧条件下、20℃で72時間凍結結乾燥した後、粉砕、分級処理することにより、合成フッ素雲母の薄層化物を得た。
(d)(c)で得た層状粘土鉱物の薄層化物12gを二軸混練機(栗本鉄工所製S1KRCニーダ)を用いて混練温度120℃でノボラック型フェノール樹脂(カシュー社製)190gと溶融混練することにより、層状粘土鉱物の薄層化物からなるフィラーがノボラック型フェノール樹脂中に分散してなる無機複合化樹脂材料を得た。
得られた無機複合化樹脂材料の断面を電子顕微鏡(FE−SEM)で観察したところ、合成フッ素雲母の薄層化物は、樹脂中に良好に分散しており、その厚みが200〜300nmで、層長が1〜5μmであった。
Example 1
(A) 10 g of synthetic fluorine mica (ME-100, manufactured by Corp Chemical Co.), which is a layered clay mineral, was added to 600 mL of distilled water and stirred well to prepare a synthetic fluorine mica dispersion.
(B) The synthetic fluorine mica dispersion was stirred while being concentrated at 75 ° C. for 5 hours to swell the synthetic fluorine mica.
(C) After swollen the liquid containing swollen synthetic fluoromica obtained in (b) at −20 ° C. for 24 hours, 80 Pa or less using a freeze dryer (freeze dryer FD-5N manufactured by EYELA) After being freeze-dried at 20 ° C. for 72 hours under reduced pressure conditions of the above, pulverization and classification were performed to obtain a thin layer of synthetic fluoromica.
(D) 12 g of the layered clay mineral obtained in (c) was melted with 190 g of a novolak type phenolic resin (manufactured by Cashew) at a kneading temperature of 120 ° C. using a biaxial kneader (S1KRC kneader manufactured by Kurimoto Iron Works). By kneading, an inorganic composite resin material in which a filler made of a layered product of layered clay mineral was dispersed in a novolac type phenol resin was obtained.
When the cross section of the obtained inorganic composite resin material was observed with an electron microscope (FE-SEM), the thin layered product of synthetic fluorine mica was well dispersed in the resin, and the thickness was 200 to 300 nm. The layer length was 1-5 μm.

実施例2
(a)層状粘土鉱物である合成フッ素雲母(コープケミカル社製、ME−100)10gと酢酸15gを蒸留水600mLに投入し、よく攪拌して、合成フッ素雲母分散液を調製した。
(b)カップリング剤であるトリエトキシメチルシラン20gをエタノール300mLで希釈し、よく攪拌して、カップリング剤分散液を得た。
(c)上記(a)で得た合成フッ素雲母分散液に、上記(b)で得たカップリング剤分散液を投入して、75℃で5時間濃縮しながら攪拌して合成フッ素雲母を膨潤させつつ、カップリング剤と反応させた。
(d)(c)で得た合成フッ素雲母の膨潤物含有液を−20℃で24時間予備凍結処理した後、凍結乾燥機(EYELA社製凍結乾燥機FD−5N)を用いて、80Pa以下の減圧条件下、20℃で72時間凍結結乾燥した後、粉砕、分級処理することにより、合成フッ素雲母の薄層化物を得た。
(e)(d)で得た層状粘土鉱物の薄層化物を二軸混練機(栗本鉄工所製S1KRCニーダ)を用い、トルク0.39〜0.8Nm、二軸回転43rpm、混練温度75℃でノボラック型フェノール樹脂(カシュー社製)190gと溶融混練することにより、層状粘土鉱物の薄層化物からなるフィラーがノボラック型フェノール樹脂中に6質量%分散してなる分散材料を得た。
得られた分散材料の断面を電子顕微鏡(FE−SEM)で観察したところ、合成フッ素雲母の薄層化物は、樹脂中に良好に分散しており、その厚みが5〜200nmで、層長が1〜5μmであった。
上記分散材料を粉砕し、粉末状とした後、硬化剤であるヘキサメチレンテトラミンの含有割合が10質量%となるように混合して、無機複合化樹脂材料を得た。
Example 2
(A) 10 g of synthetic fluorine mica (ME-100, manufactured by Co-op Chemical Co.), which is a layered clay mineral, and 15 g of acetic acid were added to 600 mL of distilled water and stirred well to prepare a synthetic fluorine mica dispersion.
(B) 20 g of triethoxymethylsilane as a coupling agent was diluted with 300 mL of ethanol and stirred well to obtain a coupling agent dispersion.
(C) The coupling agent dispersion obtained in (b) above is added to the synthetic fluorine mica dispersion obtained in (a) above, and the resultant mixture is stirred for 5 hours while concentrating at 75 ° C. to swell the synthetic fluorine mica. Reaction with a coupling agent.
(D) After swollen the liquid containing swollen synthetic fluoromica obtained in (c) at −20 ° C. for 24 hours, 80 Pa or less using a freeze dryer (freeze dryer FD-5N manufactured by EYELA) After being freeze-dried at 20 ° C. for 72 hours under reduced pressure conditions of the above, pulverization and classification were performed to obtain a thin layer of synthetic fluoromica.
(E) Using a biaxial kneader (S1 KRC kneader manufactured by Kurimoto Iron Works), the layered clay mineral thinned product obtained in (d) was subjected to a torque of 0.39 to 0.8 Nm, a biaxial rotation of 43 rpm, and a kneading temperature of 75 ° C. Then, 190 g of novolak type phenol resin (manufactured by Cashew Co.) was melt kneaded to obtain a dispersion material in which a filler composed of a layered clay mineral was dispersed in 6% by mass in the novolak type phenol resin.
When the cross section of the obtained dispersion material was observed with an electron microscope (FE-SEM), the thin layer of the synthetic fluorine mica was well dispersed in the resin, the thickness was 5 to 200 nm, and the layer length was It was 1-5 μm.
The dispersion material was pulverized and powdered, and then mixed so that the content of hexamethylenetetramine as a curing agent was 10% by mass to obtain an inorganic composite resin material.

実施例3
(a)層状粘土鉱物である合成フッ素雲母(コープケミカル社製、ME−100)20gを蒸留水2Lに投入し、室温で24時間攪拌して、合成フッ素雲母分散液を調製した。
(b)セラミックス粒子であるチタニア粒子の合成原料としてテトライソプロポキシチタン56gを80%酢酸水溶液500mL中に投入し、50℃で1時間混合して、チタニア粒子含有液を得た。
(c)上記(a)で得た合成フッ素雲母分散液に、上記(b)で得たチタニア粒子含有液を投入して、75℃で5時間濃縮しながら攪拌し合成フッ素雲母を膨潤させた。
(d)(c)で得た合成フッ素雲母の膨潤物含有液を−20℃で24時間予備凍結処理した後、凍結乾燥機(EYELA社製凍結乾燥機FD−5N)を用いて、80Pa以下の減圧条件下、20℃で72時間凍結乾燥した後、150℃で2時間加熱することにより、合成フッ素雲母の薄層化物を得た。
(e)(d)で得た層状粘土鉱物の薄層化物を二軸混練機(栗本鉄工所製S1KRCニーダ)を用い、トルク0.39〜0.8Nm、二軸回転43rpm、混練温度75℃でノボラック型フェノール樹脂(カシュー社製)190gと溶融混練することにより、層状粘土鉱物の薄層化物からなるフィラーがノボラック型フェノール樹脂中に6質量%分散してなる分散材料を得た。
Example 3
(A) 20 g of synthetic fluorine mica (ME-100 manufactured by Co-op Chemical Co., Ltd.), which is a layered clay mineral, was added to 2 L of distilled water and stirred at room temperature for 24 hours to prepare a synthetic fluorine mica dispersion.
(B) As a raw material for synthesizing titania particles as ceramic particles, 56 g of tetraisopropoxytitanium was charged into 500 mL of 80% aqueous acetic acid and mixed at 50 ° C. for 1 hour to obtain a titania particle-containing liquid.
(C) The titania particle-containing liquid obtained in (b) above was added to the synthetic fluoric mica dispersion obtained in (a) above, and stirred while being concentrated at 75 ° C. for 5 hours to swell the synthetic fluoric mica. .
(D) After swollen the liquid containing swollen synthetic fluoromica obtained in (c) at −20 ° C. for 24 hours, 80 Pa or less using a freeze dryer (freeze dryer FD-5N manufactured by EYELA) After lyophilization at 20 ° C. for 72 hours under the reduced pressure conditions of the above, heating at 150 ° C. for 2 hours yielded a thin layer of synthetic fluoromica.
(E) Using a biaxial kneader (S1 KRC kneader manufactured by Kurimoto Iron Works), the layered clay mineral thinned product obtained in (d) was subjected to a torque of 0.39 to 0.8 Nm, a biaxial rotation of 43 rpm, and a kneading temperature of 75 ° C. Then, 190 g of novolak type phenol resin (manufactured by Cashew Co.) was melt kneaded to obtain a dispersion material in which a filler composed of a layered clay mineral was dispersed in 6% by mass in the novolak type phenol resin.

得られた分散材料の断面を電子顕微鏡(FE−SEM)で観察したところ、合成フッ素雲母の薄層化物は、樹脂中に良好に分散しており、その厚みが5〜300nmで、層長が1〜5μmであった。上記電子顕微鏡写真を図1(1)に示す。また、得られた分散材料表面における電子顕微鏡写真を図1(2)に示す。図1(1)より、合成フッ素雲母が薄層化していることが分かり、図1(2)より、得られた分散材料表面が多孔質になっていることが分かる。   When the cross section of the obtained dispersion material was observed with an electron microscope (FE-SEM), the thin layered product of synthetic fluorine mica was well dispersed in the resin, the thickness was 5 to 300 nm, and the layer length was It was 1-5 μm. The electron micrograph is shown in FIG. Moreover, the electron micrograph in the surface of the obtained dispersion material is shown in FIG.1 (2). FIG. 1 (1) shows that the synthetic fluorine mica is thinned, and FIG. 1 (2) shows that the surface of the obtained dispersion material is porous.

上記分散材料を粉砕し、粉末状とした後、硬化剤であるヘキサメチレンテトラミンの含有割合が10質量%となるように混合して、無機複合化樹脂材料を得た。   The dispersion material was pulverized to form a powder, and then mixed so that the content of hexamethylenetetramine as a curing agent was 10% by mass to obtain an inorganic composite resin material.

実施例4
実施例3(e)において、ノボラック型フェノール樹脂に代えてポリベンゾオキサジン樹脂を用いた以外は、実施例3と同様にして無機複合化樹脂材料を得た。
得られた無機複合化樹脂材料の断面を電子顕微鏡で観察したところ、合成フッ素雲母の薄層化物は、その厚みが5〜200nmで、層長が1〜5μmであった。
Example 4
In Example 3 (e), an inorganic composite resin material was obtained in the same manner as in Example 3 except that a polybenzoxazine resin was used instead of the novolac-type phenol resin.
When the cross section of the obtained inorganic composite resin material was observed with an electron microscope, the layered product of synthetic fluorine mica had a thickness of 5 to 200 nm and a layer length of 1 to 5 μm.

比較例1
(a)層状粘土鉱物である合成フッ素雲母(コープケミカル社製、ME−100)50gを蒸留水10Lに投入し、よく攪拌して、合成フッ素雲母分散液を調製した。
(b)上記合成フッ素雲母分散液にドデシルトリメチルアンモニウム塩を100g投入して、30分攪拌した後、これをろ過して、110℃で2時間乾燥した。乾燥後、得られた塊を粉砕することにより、ドデシルトリメチルアンモニウムで有機化された合成フッ素雲母からなるフィラーを得た。
(c)(b)で得たフィラーを二軸混練機(栗本鉄工所製S1KRCニーダ)を用い、トルク0.39〜0.8Nm、二軸回転数43rpm、混練温度75℃でノボラック型フェノール樹脂(カシュー社製)190gと溶融混練することにより、層状粘土鉱物の薄層化物からなるフィラーがノボラック型フェノール樹脂中に6質量%分散してなる混合物を得た。
得られた混合物を粉砕し、粉末状とした後、硬化剤であるヘキサメチレンテトラミンの含有割合が10質量%となるように混合して、複合樹脂材料を得た。
Comparative Example 1
(A) 50 g of synthetic fluorine mica (ME-100, manufactured by Corp Chemical Co.), which is a layered clay mineral, was added to 10 L of distilled water and stirred well to prepare a synthetic fluorine mica dispersion.
(B) 100 g of dodecyltrimethylammonium salt was added to the above synthetic fluorine mica dispersion, stirred for 30 minutes, filtered, and dried at 110 ° C. for 2 hours. After drying, the resulting mass was pulverized to obtain a filler made of synthetic fluoromica organized with dodecyltrimethylammonium.
(C) A novolac type phenolic resin obtained by using a biaxial kneader (S1KRC kneader manufactured by Kurimoto Iron Works) and a torque of 0.39 to 0.8 Nm, a biaxial rotation speed of 43 rpm, and a kneading temperature of 75 ° C. By melt-kneading with 190 g (manufactured by Cashew Co., Ltd.), a mixture obtained by dispersing 6% by mass of a filler made of a layered clay mineral thin layer in a novolac type phenol resin was obtained.
The obtained mixture was pulverized to form a powder, and then mixed so that the content of hexamethylenetetramine as a curing agent was 10% by mass to obtain a composite resin material.

<熱特性評価>
実施例1〜4および比較例1で得た複合樹脂材料を、TG/DTA装置(セイコーインスツル株式会社(SII)製)を用い、窒素雰囲気下、室温から900℃まで10℃/分で昇温したときの質量保持率((900℃における質量/室温における質量)×100)を求めた。結果を表1に示す。
<Thermal characteristics evaluation>
Using the TG / DTA apparatus (manufactured by Seiko Instruments Inc. (SII)), the composite resin materials obtained in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 were increased from room temperature to 900 ° C. at a rate of 10 ° C./min. The mass retention when heated ((mass at 900 ° C./mass at room temperature) × 100) was determined. The results are shown in Table 1.

Figure 2009227827
<強度評価>
実施例1〜4および比較例1で得た複合樹脂材料を、炭酸カルシウムと複合樹脂材料が、体積比で、炭酸カルシウム:複合樹脂材料=70:30となるように混合し、熱成形して、縦50mm×横65mm×厚さ10mmのテストピースを作製した。得られた各テストピースに対し、JISD4311に準じて曲げ強度試験を行った結果を表2に示す。
Figure 2009227827
<Strength evaluation>
The composite resin materials obtained in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 were mixed and thermoformed so that calcium carbonate and composite resin material were in a volume ratio of calcium carbonate: composite resin material = 70: 30. A test piece having a length of 50 mm, a width of 65 mm, and a thickness of 10 mm was produced. Table 2 shows the results of a bending strength test performed on each of the obtained test pieces in accordance with JIS D4311.

Figure 2009227827
表1、表2より、実施例1〜実施例4で得られた無機複合化樹脂材料は、耐熱性や強度が高く、摩擦材として好適に使用し得るものであることが分かる。
Figure 2009227827
From Tables 1 and 2, it can be seen that the inorganic composite resin materials obtained in Examples 1 to 4 have high heat resistance and strength and can be suitably used as friction materials.

本発明によれば、フィラーの分散性や耐熱性が高く、特に摩擦材として好適に用いることができる無機複合化樹脂材料および該無機複合化樹脂材料を効率よく製造する方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the dispersibility and heat resistance of a filler are high, and especially the inorganic composite resin material which can be used suitably as a friction material, and the method of manufacturing this inorganic composite resin material efficiently can be provided. .

本発明の実施例で得た材料の断面写真(1)および表面写真(2)である。It is a cross-sectional photograph (1) and surface photograph (2) of the material obtained in the Example of this invention.

Claims (9)

層状粘土鉱物からなり、厚みが0.1〜300nmである薄層化物を含むフィラーを樹脂中に分散させてなることを特徴とする無機複合化樹脂材料。   An inorganic composite resin material comprising a layered clay mineral and a filler containing a thinned product having a thickness of 0.1 to 300 nm dispersed in a resin. 前記層状粘土鉱物が、スメクタイトおよび合成フッ素雲母から選ばれる1種以上であり、前記樹脂が、フェノール樹脂、エポキシ樹脂およびポリベンゾオキサジン樹脂から選ばれる1種以上である請求項1に記載の無機複合化樹脂材料。   2. The inorganic composite according to claim 1, wherein the layered clay mineral is one or more selected from smectite and synthetic fluorine mica, and the resin is one or more selected from a phenol resin, an epoxy resin, and a polybenzoxazine resin. Resin material. 前記層状粘土鉱物の薄層化物が、カップリング剤で処理されてなるものである請求項1または請求項2に記載の無機複合化樹脂材料。   The inorganic composite resin material according to claim 1 or 2, wherein the layered product of the layered clay mineral is processed with a coupling agent. 前記層状粘土鉱物の薄層化物が、水溶性高分子化合物で処理されてなるものである請求項1〜請求項3のいずれかに記載の無機複合化樹脂材料。   The inorganic composite resin material according to any one of claims 1 to 3, wherein the layered product of the layered clay mineral is processed with a water-soluble polymer compound. 前記フィラーが、さらにセラミックス粒子を含む請求項1〜請求項4のいずれかに記載の無機複合化樹脂材料。   The inorganic composite resin material according to claim 1, wherein the filler further contains ceramic particles. 層状粘土鉱物を、膨潤処理し、凍結乾燥した後、樹脂と溶融混練することにより、層状粘土鉱物からなり、厚みが0.1〜300nmである薄層化物を含むフィラーを樹脂中に分散させてなる無機複合化樹脂材料を製造することを特徴とする無機複合化樹脂材料の製造方法。   The layered clay mineral is swelled, freeze-dried, and melt-kneaded with the resin to disperse the filler containing the layered clay mineral having a thickness of 0.1 to 300 nm in the resin. The manufacturing method of the inorganic composite resin material characterized by manufacturing the inorganic composite resin material which becomes. 前記層状粘土鉱物が、スメクタイトおよび合成フッ素雲母から選ばれる1種以上であり、前記樹脂が、フェノール樹脂、エポキシ樹脂およびポリベンゾオキサジン樹脂から選ばれる1種以上である請求項6に記載の無機複合化樹脂材料の製造方法。   The inorganic composite according to claim 6, wherein the layered clay mineral is one or more selected from smectite and synthetic fluorine mica, and the resin is one or more selected from a phenol resin, an epoxy resin, and a polybenzoxazine resin. Method for producing a fluorinated resin material. 前記層状粘土鉱物を、カップリング剤とともに膨潤処理する請求項6または請求項7に記載の無機複合化樹脂材料の製造方法。   The method for producing an inorganic composite resin material according to claim 6 or 7, wherein the layered clay mineral is swollen together with a coupling agent. 前記層状粘土鉱物を、セラミックス粒子とともに膨潤処理する請求項6〜請求項8のいずれかに記載の無機複合化樹脂材料の製造方法。   The method for producing an inorganic composite resin material according to any one of claims 6 to 8, wherein the layered clay mineral is swollen together with ceramic particles.
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