JP2018039862A - 傾斜多孔質樹脂成形体の製造方法、及びそれに用いる樹脂組成物 - Google Patents
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Landscapes
- Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
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Abstract
Description
例えば、表面は大径の空孔を有する樹脂とし、内部を小径の空孔を有する樹脂とする等、多孔質樹脂成形体内で空孔の直径や密度を傾斜的に変化させることができれば、緩衝特性や肌触りの向上、防振・吸音特性の広帯域化などが可能となり、医療器具、産業・生活支援ロボット、車両・鉄道部品等を高機能化することが期待できる。
また、水溶性粒子(A)の平均粒子径が1000μmより大きくなると、水溶性粒子を均一かつ大量に生産することが難しくなり、さらには、製造された多孔質樹脂成形体の切削加工が難しくなり、寸法精度が低下する。
一方、水溶性粒子(B)は平均粒子径が50μmより小さいと、沈降工程における沈降速度が遅くなり、いつまでもプレポリマー中で分散しているため、粒子間の接触が少なくなるため、プレポリマーの硬化後の粒子溶解工程において、水洗浄で抽出除去することが難しくなる。
以下、本発明の実施例について詳細に説明する。
・分散工程S1
図3(A)に示すように、シリコーン樹脂プレポリマー(信越シリコーン・KE−108)100容量部に対し、塩化ナトリウム粒子(A)(平均粒子径700μm)100容量部と、塩化ナトリウム粒子(B)(平均粒子径60μm)100容量部と、ヘキサン230容量部とを混合分散した後、10秒間の真空脱泡処理を行ったものを実施例1の樹脂組成物とした。真空脱泡処理は、塩化ナトリウム粒子に付着した気泡が除去するために行うものであり、これにより塩化ナトリウム粒子が浮上することが防止された。
分散工程S1で得られた混合物を常温で静置することによって、塩化ナトリウム粒子(A)及び塩化ナトリウム粒子(B)を沈降させた(図3(B)参照)。ここで、塩化ナトリウム粒子(A)は、塩化ナトリウム粒子(B)よりも平均粒子径が大きいため、ストークスの式から分かるように、沈降速度が速くなり、先に沈降する。このため、ビーカーの底には、まず塩化ナトリウム粒子(A)の層が形成され、その上に塩化ナトリウム粒子(B)の層が積層される。
さらに、塩化ナトリウム粒子(A)の層、及び塩化ナトリウム粒子(B)の層が積層された状態で静置されることにより、ヘキサンが揮発して除去される。そしてさらに静置することにより、プレポリマーに含まれている硬化剤の効果が発揮されて、プレポリマーが硬化する(図3(C)参照)。
こうして得られた硬化物を取り出し(図3(D)参照)、流水中で軽く揉みながら水洗することにより、硬化物中の塩化ナトリウムを除去し、乾燥させて実施例1の傾斜多孔質樹脂成形体1を得た(図3(E)参照)。
実施例2、及び実施例4〜7では平均粒子径が700μmの塩化ナトリウム粒子及び平均粒子径が200μmのグラニュー糖、及びヘキサンを様々な添加割合で用い、その他については実施例1と同様にして傾斜多孔質樹脂成形体を製造した。
また、実施例3では平均粒子径が500μmの硫酸ナトリウム粒子及び平均粒子径が300μmの尿素粒子を用い、その他については実施例1と同様にして傾斜多孔質樹脂成形体を製造した。
実施例1の傾斜多孔質樹脂成形体及びそれに用いた塩化ナトリウム粒子(A)(B)の光学顕微鏡写真を図4に示す。図4から、実施例1の傾斜多孔質樹脂成形体1は、一端から他端に向かって大きな空孔から徐々に小さな空孔となり、さらには、空孔が存在しない層が存在しており、空孔径が傾斜して分布していることが確認された。
この結果は次のように説明される。すなわち、平均粒子径が塩化ナトリウム粒子(A)では700μmであるのに対し、塩化ナトリウム粒子(B)では60μmと小さいため、比重が同じであっても、粒子径の大きな塩化ナトリウム粒子(A)の方が沈降工程S2において、粒子径の小さな塩化ナトリウム粒子(B)よりも速く沈降する。このため、下層に塩化ナトリウム粒子(A)層が形成され、その上に塩化ナトリウム粒子(B)層が形成される(図3(B)参照)。そしてヘキサンが気化し、さらに硬化剤によってシリコーン樹脂プレポリマーが硬化し、これを水洗することにより下層に径の大きな空孔層(A)が形成され、その上に径の小さな空孔層(B)が形成され(図3(E)参照)、空孔が傾斜して分布する傾斜多孔質樹脂成形体となったのである。
実施例8〜12では、シリコーン樹脂プレポリマー100容量部に対して平均粒子径が700μmの塩化ナトリウム粒子を100容量部、平均粒子径が200μmのグラニュー糖粒子を100容量部、及びヘキサンを所定量(実施例8及び実施例12では230容量部、実施例9及び10では310容量部、実施例11では460容量部)添加し、さらに導電性粒子として各種炭素粒子を添加(表2参照)して樹脂組成物とした。その他については実施例1と同様にして導電性傾斜多孔質樹脂成形体を製造した。
また、電気抵抗率を測定した結果、導電性粒子を添加した実施例8では6.6×104、実施例9では4.7×103、実施例10では2.4×102、実施例11では8.6×101、実施例12では1.3×106となり、いずれもマルチメータで測定できる程度の電気抵抗率を有することが分かり、応力センサやひずみセンサの材料として使用可能であることが分かった。
比較例1及び比較例2では、ただ1種類の水溶性粒子(比較例1では平均粒子径が700μmの塩化ナトリウム粒子、比較例2では平均粒子径が200μmのグラニュー糖粒子)をシリコーン樹脂100容量部に対して200容量部用い、その他については実施例1と同様にして多孔質樹脂成形体を作製した。
また、比較例3及び比較例4では、ただ1種類の水溶性粒子(比較例3では平均粒子径が700μmの塩化ナトリウム粒子、比較例4では平均粒子径が200μmのグラニュー糖粒子)を200容量部用い、導電性粒子として炭素粒子を3容量部添加し、その他については実施例9と同様にして導電性多孔質樹脂成形体を作製した。
上述のようにして製造した実施例9の導電性傾斜多孔質樹脂成形体、並びに比較例3及び比較例4の導電性多孔質樹脂成形体について、電気抵抗を測定しながら圧縮試験を行った。
実施例9の導電性傾斜多孔質成形体の応力−ひずみ曲線は、低ひずみ領域(0−10%)では比較例3に、高ひずみ領域(70%以上)では比較例4に、それぞれ近い挙動を示した。
すなわち、実施例9の導電性多孔質成形体は大径の空孔(φ700μm)を有する部分と、小径の空孔(φ200μm)とが存在している。一方、比較例3の導電性多孔質成形体は大径の空孔(φ700μm)を有しており、比較例4の導電性多孔質成形体は小径の空孔(φ200μm)を有している。
ここで、実施例9の導電性多孔質成形体に応力を付与していった場合、図16にも示されているように、低ひずみ領域で大径の空孔(φ700)が、高ひずみ領域で小径の空孔(φ200)が、それぞれ多く潰れる。このため、低ひずみ領域では比較例3の導電性多孔質成形体と同様の挙動を示し、高ひずみ領域で比較例4の導電性多孔質成形体と同様の挙動を示したのである。こうして、実施例9の導電性傾斜多孔質材料は、圧縮ひずみの増加に伴い内部の変形挙動が変化するため、従来の多孔質材料とは異なった力学的特性を示したのである。
これは単一の空孔からなる比較例3及び比較例4の導電性多孔質成形体では空孔の潰れに伴う導電パスの生成が低いひずみ領域でほとんど行われるのに対し、導電性傾斜多孔質成形体では、広いひずみ領域に渡って、大径の空孔から小径の空孔の順に空孔が潰れていき、導電パスが少しずつ生成されていくためであると考えられる。
また、以上の結果から、本発明の導電性傾斜多孔質成形体を用いることにより、緩衝特性や肌触りを制御したり、応力・ひずみセンサとして測定可能範囲を広げたりすること等が期待できるといえる。
Claims (15)
- 流動性を有するプレポリマーと、該プレポリマー中での沈降速度が異なる少なくとも2種類の水溶性粒子とを混合して該水溶性粒子を該プレポリマー中に分散させる分散工程と、
該プレポリマー中に分散した該水溶性粒子を重力又は遠心力によって沈降させる沈降工程と、
該プレポリマーを硬化させる硬化工程と、
硬化した該プレポリマー中の該水溶性粒子を水によって溶解除去する粒子溶解工程と、を備えることを特徴とする傾斜多孔質樹脂成形体の製造方法。 - 前記分散工程において、プレポリマーに有機溶媒を含有させておく
ことを特徴とする請求項1に記載の傾斜多孔質樹脂成形体の製造方法。 - 前記分散工程において、前記プレポリマーに水不溶性の導電性粒子を添加することを特徴とする請求項1又は2に記載の傾斜多孔質樹脂成形体の製造方法。
- 前記請求項1乃至3のいずれか1項の製造方法に用いる傾斜多孔質樹脂成形体用の樹脂組成物であって、
流動性を有するプレポリマーと、該プレポリマー中での沈降速度が異なる少なくとも2種類の水溶性粒子とが混合されている樹脂組成物。 - 前記プレポリマーは、シロキサン結合による主骨格を持つシリコーン前駆体であることを特徴とする請求項4に記載の樹脂組成物。
- 前記水溶性粒子は、少なくとも、平均粒子径が100μm以上1000μm以下の水溶性粒子(A)と、平均粒子径が50μm以上300μm以下の水溶性粒子(B)と、を含有していることを特徴とする請求項4又は5に記載の樹脂組成物。
- 前記水溶性粒子(A)の密度が、前記水溶性粒子(B)の密度よりも0.5g/cm3以上高いことを特徴とする請求項6に記載の樹脂組成物。
- 前記水溶性粒子(A)が塩化ナトリウム、前記水溶性粒子(B)がグラニュー糖であることを特徴とする請求項6又は7に記載の樹脂組成物。
- 前記水溶性粒子の前記プレポリマーに対する総体積比率が10%以上350%以下であることを特徴とする請求項4乃至8のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
- 前記プレポリマーは有機溶媒を含有していることを特徴とする請求項4乃至9のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
- 前記プレポリマーには水不溶性の導電性粒子が添加されていることを特徴とする請求項4乃至10のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
- 前記導電性粒子は平均粒子径が10nm以上150μm以下であることを特徴とする請求項11に記載の樹脂組成物。
- 前記導電性粒子は炭素粒子からなることを特徴とする請求項11又は12に記載の樹脂組成物。
- 前記炭素粒子の前記プレポリマーに対する体積比率が0.5%以上8%以下であることを特徴とする請求項13に記載の樹脂組成物。
- 樹脂中に空孔と導電性粒子とが分散しており、該空孔の径が傾斜して分布している導電性傾斜多孔質樹脂成形体。
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