JP2663113B2 - Manufacturing method of composite material - Google Patents

Manufacturing method of composite material

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JP2663113B2 JP7084795A JP8479595A JP2663113B2 JP 2663113 B2 JP2663113 B2 JP 2663113B2 JP 7084795 A JP7084795 A JP 7084795A JP 8479595 A JP8479595 A JP 8479595A JP 2663113 B2 JP2663113 B2 JP 2663113B2
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、機械的強度および耐熱
性に優れた複合材料の製造方法に関し、さらに詳しく
は、ポリアミドを含む樹脂組成物と粘土鉱物を構成する
珪酸塩層とがイオン結合を介して互いに結合し、それら
が均一に混合されてなり、樹脂のみの成形品よりも機械
的強度に優れた複合材料の製造方法に関するものであ
る。 【0002】 【従来の技術】従来より、有機高分子材料の機械的特性
を改善する目的で、炭酸カルシウムや粘土鉱物、雲母等
の無機質材料の添加・混合が検討されている。 【0003】しかし、これらの無機質材料は、添加・混
合した場合、有機高分子材料中での有機高分子母相との
間の結合が非常に弱いため、添加による脆化等の多くの
問題があり、また、無機質材料の添加量にも限界があ
る。この無機質材料と高分子材料との結合を強くする目
的で、該無機質材料のシランカップリング剤による処理
等が知られている。しかし、これらの方法により得られ
る有機高分子材料と無機質材料との結合は、ファンデル
ワールス結合によるものであって、両者の間のなじみを
良くする程度であり、補強効果や耐熱性改善のためには
充分のものとすることはできない。 【0004】これらの問題を解決するため、本出願人
は、先に、ポリアミドを含む樹脂と該ポリアミド中に分
散したアスペクト比の平均が5以上のひる石薄片とから
なる「ポリアミドを含む樹脂組成物」(特開昭57−8
3551号公報)を提案した。この組成物は、樹脂中に
アスペクト比(粒子の大きさ/厚さ)の大きいひる石薄
片を混入させることにより、有機高分子材料の機械的強
度を向上させようとするものである。 【0005】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この樹
脂組成物は、従来のものに比較して確かに機械的強度が
向上したが、ひる石薄片を得るために機械的粉砕を必要
とするため、充分なアスペクト比が得られない。しか
も、鉱物層と母相との結合力が弱いため、必要な強度を
得るには、脆化を犠牲にして添加量を多くする必要があ
った。 【0006】また、粘土鉱物の層間でポリアミドやポリ
スチレンなどの高分子を合成して複合材料を得ようとす
る試みがなされている(「高分子」,19,759,1
979;「工業材料」,25,「3」,58,197
7)。しかし、これまでの方法では、有機高分子鎖が充
分には粘土鉱物の層間に侵入しないため、この層間距離
を拡大することができず、珪酸塩層と有機高分子とが均
一に、さらには、該珪酸塩の構成単位層が分子状に分散
することはなかった。また、このような場合には、層状
鉱物のアスペクト比を小さくするので、機械的強度向上
には逆効果になる。さらに、母相である高分子材料と層
間化合物との結合も充分ではないため、十分な補強効果
が得られなかった。 【0007】また、少なくとも1個のアミノ基を含有し
かつラクタムの重合触媒作用を有する有機化合物をイオ
ン交換反応で粘土に結合せしめた粘土・有機複合体の存
在下でラクタムを重合せしめる「粘土・ポリアミド複合
体の製造方法」(特開昭51−109998号公報)が
提案されている。しかし、この粘土・ポリアミド複合体
の製造方法により得られる複合体は、樹脂中の粘土は何
れも結晶単位層ごとに分離されたものではなく、粘土層
の層間距離が小さいため、引張り強さがマトリックスと
しての樹脂の強度以下である。すなわち、例えばナイロ
ン6の引張り強さ以下である(前記公報明細書中の実施
例で開示された引張り強度はナイロン6の30〜80%
である)。従って、この方法により得られる複合体は、
機械的強度および耐熱性が不十分であるという問題を有
している。 【0008】そもそも、従来より、ポリアミド中に粘土
を分散させハイブリッド化すると、もともとの樹脂より
も引張り強さ等の機械的強度が低下すると言われてい
る。前記特開昭51−109998号公報に開示された
方法により得られる複合体は、この従来の複合体の強度
低下を改善し、マトリックス樹脂単体で得られる成形体
の強度に近づけようとするものであり、換言すれば、何
れも複合化によりもともとの樹脂単体で得られる成形体
より機械的強度が低下するものである。このように、上
記方法では、マトリックス樹脂単体で得られる成形体の
強度より優れた強度特性を有する複合体を得ることがで
きないという問題を有している。 【0009】そこで、本発明者らは、上述のごとき従来
技術の問題点を解決すべく鋭意研究し、各種の系統的実
験を重ねた結果、本発明を成すに至ったものである。 【0010】(発明の目的) 本発明の目的は、機械的強度および耐熱性に優れた複合
料の製造方法を提供するにある。本発明の他の目的
は、マトリックスとしての樹脂よりも優れた機械的強度
や耐熱性を有する複合材料の製造方法を提供するにあ
る。 【0011】本発明者らは、上述の従来技術の問題点に
関して、以下のことに着眼した。すなわち、先ず、従来
より提案されている粘土−ポリアミド複合体は、ポリア
ミド中に粘土を分散させハイブリッド化すると、もとも
との樹脂よりも引張り強さ等の機械的強度が低下する。
これは、従来より提案されている粘土−ポリアミド複合
体は、粘土層とポリアミドの結合が弱く、粘土層の分散
性が十分でないので、引張り強さがマトリックスとして
の樹脂の強度以下(例えばナイロン6の引張り強さ以
下)となることが分かった。また、分散している粘土層
そのものの構成単位が大きいことが分かった。 【0012】本発明者らは、これら問題を解決する方法
として、樹脂中に分散させる珪酸塩層を構成単位の最
小とし、珪酸塩層とポリアミド分子鎖をイオン結合によ
り結合させること、珪酸塩層を樹脂中に均一に分散さ
せること、樹脂中に分散させる珪酸塩層間の距離を1
00Å以上とすること、に着眼した。 【0013】また、これを実現する方法として、陽イ
オン交換容量が適量(例えば、50〜200ミリ当量/
100g)の粘土鉱物を用いること、ポリアミドモノ
マーと粘土鉱物以外に、ポリアミドモノマー分子を層間
に取り込む作用が大変強い触媒作用を奏する物質を共存
させること、粘土層間距離を重合前に適度に拡大する
ことができ、しかも珪酸塩層とポリアミド分子鎖とがイ
オン結合で結合されるような物質を共存させること、に
着眼した。そして、上記およびを満足する物質とし
て、(a)銅イオン,水素イオン,アルミニウムイオン
等の無機陽イオンからなる膨潤化剤、または(b)炭素
数が12以上のアルキレン基とカルボキシル基とを有す
る有機陽イオン(有機アンモニウムイオン)からなる膨
潤化剤に着目した。そして、予め前記所定の陽イオン交
換容量を有する粘土鉱物と前記膨潤化剤とを接触させて
この両者をイオン結合させ、モノマーの溶融温度以上の
温度でモノマーにより膨潤する性質を有する複合体を作
製し、該複合体とポリアミドモノマーとを混合し、該混
合物を所定温度に加熱して前記膨潤化剤の触媒作用のも
とに重合することにより、機械的強度および耐熱性に優
れた複合材料に到達し、本発明を成すに至った。 【0014】 【課題を解決するための手段】【0015】(第1発明:複合材料の製造方法) 本発明の複合材料の製造方法は、陽イオン交換容量が5
0〜200ミリ当量/100gの粘土鉱物と、銅イオ
ン,水素イオン,アルミニウムイオンの一種以上の無機
陽イオンからなる膨潤化剤とを接触させてこの両者をイ
オン結合させ、モノマーの溶融温度以上の温度でモノマ
ーにより膨潤する性質を有する複合体とする接触工程
と、該複合体とポリアミドモノマーとを混合する工程
と、該混合物を加熱して前記膨潤化剤の触媒作用のもと
に重合する重合工程とからなり、これにより、ポリアミ
ドを含む樹脂と,該樹脂中に均一にかつ分子状に分散さ
せた珪酸塩層とからなる複合材料であって、該珪酸塩層
は厚さが7〜12Åで,珪酸塩層間の距離が100Å以
上であり,しかも該珪酸塩層は負電荷を有し,ポリアミ
ドの一部が持つ正電荷を有する基とイオン結合を形成し
てなり,前記負電荷1価当りの面積が25〜200Å
であり、かつ前記珪酸塩層が前記ポリアミドの高分子鎖
の一部とイオン結合してなり、珪酸塩層の含有量が樹脂
100重量部に対して0.5〜150重量部である、機
械的強度および耐熱性に優れた複合材料を得てなること
を特徴とするからなることを特徴とする。【0016】 【作用】本発明の複合材料の製造方法が、優れた効果を
発揮するメカニズムについては、未だ必ずしも明らかで
はないが、次のように考えられる。【0017】 本発明の複合材料の製造方法は、先ず、陽
イオン交換容量が50〜200ミリ当量/100gの粘
土鉱物と、銅イオン,水素イオン,アルミニウムイオン
等の無機陽イオンからなる膨潤化剤とを接触させてこの
両者をイオン結合させ、複合体とする(接触工程)。こ
れにより、粘土鉱物に膨潤化剤を吸着させて、モノマー
の溶融温度以上の温度でモノマーにより膨潤する性質を
有する複合体を得ることがきる。ここで、粘土鉱物は、
陽イオンの交換容量が50〜200ミリ当量/100g
と、反応させるモノマーとの接触面積が大きい粘土鉱物
である。該交換容量を上記範囲とすることにより、無機
陽イオンからなる膨潤化剤の交換吸着が充分に行え、し
かも粘土鉱物自身の層間の距離を重合前に適度に拡大す
ることができる。次に、前記接触工程において得られた
複合体とポリアミドモノマーとを混合する(混合工
程)。次に、前記混合工程において得られた混合物を、
所定温度に加熱して前記膨潤化剤の触媒作用のもとに重
合する(重合工程)。これにより、ポリアミドを含む樹
脂と,該樹脂中に均一にかつ分子状に分散させた珪酸塩
層とからなる複合材料であって、該珪酸塩層は厚さが7
〜12Åで,珪酸塩層間の距離が100Å以上であり,
しかも該珪酸塩層は負電荷を有し,樹脂中のポリアミド
の一部が持つ正電荷を有する基とイオン結合を形成して
なり,前記負電荷1価当りの面積が25〜200Å
あり、かつ前記珪酸塩層が前記ポリアミドの高分子鎖の
一部とイオン結合してなり、珪酸塩層の含有量が樹脂1
00重量部に対して0.5〜150重量部である、機械
的強度および耐熱性に優れた複合材料を得ることができ
る。このとき、銅イオン,アルミニウムイオン,水素イ
オンなどの無機陽イオンからなる膨潤化剤は、ポリアミ
ドモノマー分子を層間に取り込む作用、ラクタム化合物
の開環重合開始作用を有し、重合反応進行に伴い、生成
ポリマーをも層間に取り込む作用をも有する。これは、
該膨潤化剤が、上記モノマーを層間に取り込む力が強い
ことで粘土層間距離が重合前にある程度拡げられ、その
結果層間の凝集力が減少させられるためではないかと考
えられる。このように、凝集力を減ずることによって、
はじめて珪酸塩を均一にかつ分子状に分散することがで
きるものと考えられる。以上により、本発明で用いた銅
イオン、水素イオン、アルミニウムイオン等の無機陽イ
オンからなる膨潤剤は、ポリアミドモノマー分子を層間
に取り込む作用が大変強く、粘土層間距離を重合前に適
度に拡大することができ、その結果層間の凝集力が減少
させられるので、珪酸塩が超分散した複合材料が合成で
き機械的性質や耐熱特性に優れた複合材料が得られもの
と考えられる。【0018】 【発明の効果】本発明の複合材料の製造方法は、接触工
程−混合工程−重合工程により、補強性に優れた複合材
料を得ることができ、重合後にさらに加熱溶融処理等の
強度向上処理を行うことを要せず、経済的かつ効率的で
ある。また、本発明の複合材料の製造方法により得られ
た複合材料は、機械的強度や耐熱性に優れた複合材料で
ある。さらに、本発明の製造方法によれば、上記のよう
な優れた複合材料が得られるというばかりでなく、従来
の複合材料製造工程を省くことができ、経済的かつ効率
的に製造することができる。すなわち、(1)本発明の
方法によるイオンを吸着した粘土鉱物は、ラクタム化合
物などのポリアミドモノマーの重合触媒作用をするた
め、新たな触媒添加やアミノ酸合成のための開環反応工
程が不要である。(2)加熱重合過程で複合化できるた
め、粘土鉱物の表面処理や混合の工程が省略できる。
(3)化学反応を利用して珪酸塩層を分散させるため、
粘土鉱物の粉砕や混合方法が簡略化でき、しかも粉砕の
しすぎのためのアスペクト比の低下もない。(4)粘土
鉱物はポリアミドモノマーを変質させることはなく、保
存安定性に優れているので、モノマーと予め混合したま
までも、重合後のポリマーと複合体の形でも保存や輸送
が可能である。【0019】 (発明の実施態様) 本発明の複合材料の製造方法について、以下に説明す
る。先ず、陽イオン交換容量が50〜200ミリ当量/
100gの粘土鉱物と、銅イオン,水素イオン,アルミ
ニウムイオン等の無機陽イオンからなる膨潤化剤とを接
触させてこの両者をイオン結合させ、モノマーの溶融温
度以上の温度でモノマーにより膨潤する性質を有する複
合体とする(接触工程)。これにより、粘土鉱物に膨潤
化剤を吸着させて、モノマーの溶融温度以上の温度でモ
ノマーにより膨潤する性質を有する複合体を得る。【0020】 ここで、この接触方法としては、所望の
膨潤化剤を含む水溶液中に粘土鉱物を浸漬した後、該粘
土鉱物を水洗して過剰なイオンを除去する方法、予め
所定の膨潤化剤で交換した陽イオン交換樹脂と粘土鉱物
の水懸濁液を接触させてイオン交換する方法、などがあ
る。【0021】 また、粘土鉱物は、陽イオンの交換容量が
50〜200ミリ当量/100gと、反応させるモノマ
ーとの接触面積が大きい粘土鉱物である。具体的には、
モンモリロナイト、サポナイト、ハイデライト、ノント
ロナイト、ヘクトライト、スティブンサイト等のスメク
タイト系粘土鉱物や、バーミキュライト、ハロイサイ
ト、などがあり、天然のものでも合成されたものでも良
い。【0022】 ここで、本発明で用いる粘土鉱物の陽イオ
ンの交換容量を50〜200ミリ当量/100gとした
のは、該容量が200ミリ当量/100gを超える場
合、その鉱物の層間の結合力が強固なため、本発明の目
的とする複合体を得ることが困難となるからである。ま
た、粘土鉱物の陽イオン交換容量が50ミリ当量/10
0g未満の場合、本発明の製造方法において不可欠であ
る有機陽イオンまたは無機陽イオンからなる上記膨潤化
剤の交換吸着が充分に行えず、本発明の目的する複合材
料の合成が困難となるからである。なお、この粘土鉱物
は、ミキサー、ボールミル、振動ミル、ピンミル、ジェ
ットミル、叩解機等を用いて粉砕し、予め所望の形状・
大きさのものとしておくことが好ましい。【0023】 さらに、膨潤化剤は、粘土鉱物の層間を拡
げる役割および粘土鉱物に層間ポリマーを取り込む力を
与える役割を有するものであり、銅イオン,水素イオ
ン,アルミニウムイオン等の無機陽イオンの一種以上か
らなる膨潤化剤を用いる。【0024】 これらのイオン吸着した上記の粘土鉱物
は、ε−カプロラクタムなどのラクタム化合物の開環重
合の触媒作用を有する。そればかりでなく、ラクタムの
開環重合やアミノ酸あるいはナイロン塩の脱水縮合で生
成されるポリアミドを粘土の層間へ取り込む能力を有す
る。従って、これらのイオンを吸着した粘土鉱物を利用
することにより、本発明にかかる超分散複合体が合成さ
れる。【0025】 この重合反応の開始あるいは重合反応にお
いては、無機陽イオンは、(Cu・NH−)やアンモ
ニウムイオン(H−)などの陽イオン基を形成
し、この陽イオン粘土層とイオン結合を形成する。【0026】 上記のような膨潤化剤として用いる無機陽
イオンは、ポリアミドモノマー分子を層間に取り込む作
用、およびラクタム化合物の開環重合開始作用を有し、
重合反応進行に伴い、生成ポリマーをも層間に取り込む
作用をも有する。上記イオンのみがポリマーを層間に十
分に取り込む作用、すなわち均一に分子状に珪酸塩をポ
リマー中に分散させる作用を有する理由は必ずしも明ら
かではないが、以下のようである。すわなち、銅イオ
ン,水素イオン,アルミニウムイオンなどの無機陽イオ
ンの場合は、上記モノマーを層間に取り込む力が強いこ
とで粘土層間距離が重合前にある程度拡げられ、その結
果層間の凝集力が減少させられるためではないかと考え
られる。このように、凝集力を減ずることによって、は
じめて珪酸塩を均一にかつ分子状に分散することができ
るものと考えられる。【0027】 次に、前記接触工程において得られた複合
体とポリアミドモノマーとを混合する(混合工程)。こ
こで、ポリアミドモノマーは、複合材料の基体をなすも
のであり、重合後ポリアミドまたはポリアミドとそれ以
外の重合体との混合物になる原料であり、具体的には、
6−アミノ−n−カプロン酸,12−アミノドデカン酸
等のアミノ酸化合物、ヘキサメチレンジアミンのアジピ
ン酸塩等のナイロン塩化合物、ε−カプロラクタム,バ
レロラクタム,カプリルラクタム,α−ピロリジノン等
のラクタム化合物である。【0028】 また、複合体とポリアミドモノマーとの混
合は、通常の混合方法を採用することができ、具体的に
は、自動乳鉢や振動ミル等による機械混合により行う。【0029】 次に、前記混合工程において得られた混合
物を、所定温度に加熱して前記膨潤化剤の触媒作用のも
とに重合する(重合工程)。ここで、この重合は、混合
後直ちに所定温度に昇温して行ってもよいが、一旦モノ
マー融点直上に加熱し、その後均一に粘土鉱物をモノマ
ー中に分散させるとより効果的である。【0030】 以上のようにしてえられた複合材料は、直
接射出成形や加熱加圧成形などで成形して利用してもよ
いし、予め他のポリアミド等の高分子と混合して所定の
混合割合としてもよい。また、上記の重合反応を所定の
型中で進行させて成形体を得てもよい。また、ポリアミ
ドの重合工程においては、燐酸や水などの重合触媒をさ
らに添加してもよい。【0031】 本発明では、上記の方法により、ポリアミ
ドを含む樹脂と、該樹脂中に均一に分子状に分散させた
珪酸塩層とからなり、該珪酸塩層は厚さが7〜12Å
で,珪酸塩層間の距離が100Å以上であり、かつ前記
珪酸塩層が前記ポリアミドの高分子鎖の一部とイオン結
合してなる好適な複合材料を得ることができる。これに
より、引張り強度や弾性率などの機械的性質や、軟化温
度や高温強度などの耐熱特性により優れた複合材料を得
ることができる。この複合材料は、強度および耐熱性を
従来のナイロンよりも格段に向上させることができると
いう、従来にはない顕著な効果を有する。【0032】 すなわち、本発明の複合材料の製造方法に
より得られる複合材料は、ポリアミド分子鎖が珪酸塩層
とのイオン結合により橋かけされた構造を有するため、
その熱的あるいは機械的に変形させることが困難であ
る。そのために、引張強度や弾性率などの機械的性質、
軟化温度や高温強度などの耐熱特性が優れている。ま
た、層状の無機物質が均一に分散しているため、寸法安
定性、耐摩耗性、表面潤滑性、透水性、耐水性に優れて
いる。また、無機層状物質である珪酸塩が10Å程度と
いう分子レベルの厚さの単位で分散、すなわち、分子長
が10Å程度の珪酸塩を樹脂中に均一に分子状に分散し
ている。これにより、本発明では、ポリアミドを含む樹
脂中に、層状珪酸塩を分子レベルで、すなわち結晶単位
層ごとに分離された状態で均一に分散させたことによ
り、複合体の強度を向上させることができる。また、珪
酸塩層は、有機分子鎖と強く結合している。すなわち、
珪酸塩層は、ポリアミドの高分子鎖の一部とイオン結合
しているので、従来の無機質による複合材料に見られる
ような脆化のような悪影響を残すことがない。また、樹
脂中に分散した珪酸塩の層間の距離が100Å以上であ
る。このように、ポリアミドを含む樹脂中に、層状珪酸
塩を100Å以上の層間距離をもって分散させた複合材
料としたことにより、複合体の機械的強度および耐熱性
を向上させ、通常のナイロン以上の優れた強度および耐
熱性を得ることができる。【0033】 以上により、本発明の製造方法により得ら
れる複合材料は、機械的強度および耐熱性に優れた複合
材料とすることができたものと考えられる。【0034】 本発明の複合材料の製造方法により得られ
る複合材料における樹脂は、ポリアミドを含む樹脂であ
り、ポリアミドまたはポリアミドとそれ以外の重合体と
の混合物からなる樹脂である。【0035】 ここで、ポリアミドとは、酸アミド結合
(−CONH−)を有する重合体の総称で、具体的には
ナイロン66、ナイロン6、ナイロン11などがある。
この樹脂は、ポリアミド樹脂を含む割合が多ければ多い
ほど本発明の効果を顕著に奏することができるが、その
含有割合が10重量%(wt%)であっても本発明の効
果を奏することができる。【0036】 また、珪酸塩層は、高分子材料に機械的特
性および耐熱性を付与するものであり、厚さが7〜12
Åの珪酸マグネシウム層または珪酸アルミニウム層より
形成される層状フィロ珪酸塩鉱物である。これらの珪酸
塩層は、同形イオン置換等により負に帯電している。こ
の負電荷の密度や分布などによりその特性が異なるが、
本発明では、負電荷1価当りの層表面の占有面積が25
〜200Åの珪酸塩層であることが好ましい。【0037】 本発明により得られる複合材料は、上述し
たポリアミドを含む樹脂と、該樹脂中に均一に分子状に
分散させた珪酸塩層とからなる。【0038】 ここで、ポリアミドを含む樹脂中の珪酸塩
層の含有量は、樹脂100重量部に対して0.5〜15
0重量部であることが好ましい。これは、該含有量が
0.5重量部未満の場合、珪酸塩層が少なすぎため充分
な補強効果が得られないからである。また、前記含有量
が150重量部を超えた場合、樹脂成分が少ないため層
間化合物粉体が得られるに過ぎず、これを成形体として
利用することが困難だからである。なお、より好適に
は、珪酸塩層の含有量が、樹脂100重量部に対して
0.5〜25重量部である。さらに、最適には、珪酸塩
層の含有量が、樹脂100重量部に対して0.5〜10
重量部である。これにより、ポリアミドを含む樹脂中
に、層間の距離が100Å以上の珪酸塩層をより均一に
かつ分子状に十分に分散させた複合材料を得ることがで
き、これにより、引張り強度や弾性率などの機械的性質
や、軟化温度や高温強度などの耐熱特性により優れた複
合材料を得ることができる。この複合材料は、強度およ
び耐熱性を従来のナイロンよりも格段に向上させること
ができるという、従来にはない顕著な効果を有する。【0039】 この複合材料は、負に帯電した粘土鉱物の
構成単位である珪酸塩層と、樹脂中のポリアミドの一部
が持つ正電荷を有する基とイオン結合を形成している。
該正電荷には、モノマー分子と無機分子との相互作用で
形成された陽イオン基(−NX基:Xは、水素
(H)、メチル((CH)、銅(Cu),アルミ
ニウム(Al)などの少なくとも一種以上からなり、併
せて+3価になる)などがある。【0040】 すなわち、従来技術の粘土・ポリアミド複
合体の製造法により得られる複合体は、粘土層が本願発
明のように大きな層間距離をもって分散されたものでは
ないので、引張り強さがマトリックスとしての樹脂の強
度以下(例えばナイロン6の引張り強さ以下)となる。
これは、そもそも、従来技術ではポリアミド中に粘土を
分散させハイブリッド化すると、もともとの樹脂よりも
引張り強さ等の機械的強度が低下すると言われている。
本発明は、この従来技術の考え方によるのではなく、も
ともとの樹脂単体で得られる成形体の機械的強度や耐熱
性を向上させることを目的としてなされたものであり、
上記構成により、引張り強度や弾性率などの機械的性質
や、軟化温度や高温強度などの耐熱特性に優れたものを
実現したものである。これにより、本発明は、機械的強
度および耐熱性を従来のナイロンよりも格段に向上させ
ることができるという、従来にはない顕著な効果を奏す
ることができる。【0041】 本発明の製造方法により得られる好適な複
合材料は、ポリアミドを含む樹脂と、該樹脂中に均一に
かつ分子状に分散させた珪酸塩層とからなる複合材料で
あって、 該珪酸塩層は厚さが7〜12Åで、珪酸塩層間
の距離が100Å以上であり、しかも、該珪酸塩層は負
電荷を有し,樹脂中のポリアミドの一部が持つ正電荷を
有する基とイオン結合を形成してなり,前記負電荷1価
当りの面積が25〜200Å であり、かつ前記珪酸塩
層が前記ポリアミドの高分子鎖の一部とイオン結合して
なり、珪酸塩層の含有量が樹脂100重量部に対して
0.5〜150重量部であり、 前記樹脂中のポリアミド
が、一部に陽イオン基(−NX 基)を有し、Xが水素
(H)、メチル((CH )、銅(Cu),アルミ
ニウム(Al)の一種または二種以上の元素であり、
トリックスとしての前記樹脂よりも優れた機械強度およ
び耐熱性を有してなり、機械的強度および耐熱性に優れ
ていることを特徴とする。 【0042】 この本発明の製造方法により得られる好適
な複合材料は、ポリアミド分子鎖が珪酸塩層とのイオン
結合により橋かけされた構造を有するため、その熱的あ
るいは機械的に変形させることが困難である。そのため
に、引張強度や弾性率などの機械的性質、軟化温度や高
温強度などの耐熱特性が優れている。また、層状の無機
物質が均一に分散しているため、寸法安定性、耐摩耗
性、表面潤滑性、透水性、耐水性に優れている。また、
無機層状物質である珪酸塩が10Å程度という分子レベ
ルの厚さの単位で分散、すなわち、分子長が10Å程度
の珪酸塩を樹脂中に均一に分子状に分散している。これ
により、本発明では、ポリアミドを含む樹脂中に、層状
珪酸塩を分子レベルで、すなわち結晶単位層ごとに分離
された状態で均一に分散させたことにより、複合体の強
度を向上させることができる。また、珪酸塩層は、有機
分子鎖と強く結合している。すなわち、珪酸塩層は、ポ
リアミドの高分子鎖の一部とイオン結合しているので、
従来の無機質による複合材料に見られるような脆化のよ
うな悪影響を残すことがない。また、樹脂中に分散した
珪酸塩の層間の距離が100Å以上である。このよう
に、ポリアミドを含む樹 脂中に、層状珪酸塩を100Å
以上の層間距離をもって分散させた複合材料としたこと
により、複合体の機械的強度および耐熱性を向上させ、
通常のナイロン以上の優れた強度および耐熱性を得るこ
とができる。 ここで、珪酸塩層は、高分子材料に機械的
特性および耐熱性を付与するものであり、厚さが7〜1
2Åの珪酸マグネシウム層または珪酸アルミニウム層よ
り形成される層状フィロ珪酸塩鉱物である。しかも、こ
れらの珪酸塩層は、同形イオン置換等により負に帯電し
ており、樹脂中のポリアミドの一部が持つ正電荷を有す
る基とイオン結合を形成してなり,前記負電荷1価当り
の面積が25〜200Å で、かつ前記珪酸塩層が前記
ポリアミドの高分子鎖の一部とイオン結合してなる。ま
た、前記樹脂中のポリアミドが、一部に陽イオン基(−
NX 基)を有し、Xが水素(H)、メチル((C
)、銅(Cu),アルミニウム(Al)の一種
または二種以上の元素である。 また、ポリアミドを含む
樹脂中の珪酸塩層の含有量は、樹脂100重量部に対し
て0.5〜150重量部である。これは、該含有量が
0.5重量部未満の場合、珪酸塩層が少なすぎため充分
な補強効果が得られないからである。また、前記含有量
が150重量部を超えた場合、樹脂成分が少ないため層
間化合物粉体が得られるに過ぎず、これを成形体として
利用することが困難だからである。 以上により、本発明
の複合材料は、引張り強度や弾性率などの機械的性質
や、軟化温度や高温強度などの耐熱特性に優れた複合材
料とすることができたものと考えられる。 すなわち、従
来技術の粘土・ポリアミド複合体の製造法により得られ
る複合体は、粘土層が本発明のように大きな層間距離を
もって分散されたものではないので、引張り強さがマト
リックスとしての樹脂の強度以下(例えばナイロン6の
引張り強さ以下)となる。これは、そもそも、従来技術
ではポリアミド中に粘土を分散させハイブリッド化する
と、もともとの樹脂よりも引張り強さ等の機械的強度が
低下すると言われている。本発明は、この従来技術の考
え方によるのではなく、もともとの樹脂単体で得られる
成形体の機械的強度や耐熱性を向上させることを目的と
してなされたものであり、上記構成により、引張り強度
や弾性率などの機械的性質や、軟化温度や高温強度など
の耐熱特性に優れたものを実現したも のである。これに
より、本発明は、機械的強度および耐熱性を従来のナイ
ロンよりも格段に向上させることができるという、従来
にはない顕著な効果を奏することができるものと考えら
れる。 【0043】 この本発明の製造方法により得られる好適
な複合材料は、引張り強度や弾性率などの機械的性質
や、軟化温度や高温強度などの耐熱特性により優れた複
合材料である。すなわち、この複合材料は、強度および
耐熱性を従来のナイロンよりも格段に向上させることが
できるという、従来にはない優れた特性を有する。 【0044】以下に、本発明の実施例を説明する。 【0045】(実施例1) 粘土鉱物として山形県産モンモリロナイト(陽イオン交
換容量:100ミリ当量/100g)を膨潤化剤として
第1表に示すものを用いて複合体を作製し、ラクタム化
合物の重合を行った。 【0046】 【表1】 【0047】先ず、モンモリロナイトに、膨潤化剤とし
ての第1表に示す無機陽イオンを吸着させた。この場
合、吸着陽イオンがアルミニウムイオン(Al3+)の
場合には、予めイオン交換性樹脂に吸着させ、その樹脂
を充填したカラム中をモンモリロナイトの水懸濁液を回
流させることにより吸着させた。 【0048】また、それ以外の陽イオンの場合には、吸
着させるイオンを含む塩化物の水溶液(濃度1規定)1
リットル中にモンモリロナイト10gを浸漬した後、ブ
フナーロートを用いて濾過−水洗を繰り返すことにより
行った。 【0049】このイオン交換されたモンモリロナイトと
ε−カプロラクタムとを所定の割合で乳鉢を用いて混合
した後、アルミニウム製の容器に入れ、80℃で3時間
乾燥およびε−カプロラクタムの溶融による均一を図っ
た。得られたものをステンレス製の密封容器中に入れ、
250℃で5時間加熱処理をして生成物を得た。これ
を、DSC(示差走査熱量計)を用いて2℃/分で加熱
し、生成物の融解熱を測定し、生成物中のポリアミドの
転化率を推定した。また、分散の程度を、X線回折によ
り、珪酸塩層間の距離を測定して求めた。得られた結果
を、第1表に示す。 【0050】比較のため、上述の膨潤化剤のかわりに、
ナトリウムイオン(Na)、マグネシウムイオン(M
2+)、および界面活性剤(NH (CH17
CH)を用いた他は、上記の実施例1と同様の方法で
比較用複合体を得(試料番号:C1〜C3)、ポリアミ
ドの転化率の推定および珪酸塩層間の距離の測定を行っ
た。得られた結果を、第1表に併せて示す。 【0051】また、アミノシラン処理を施したモンモリ
ロナイトを同じ割合(モンモリロナイト:10g)ナイ
ロン6:100g)で混練した試料(試料番号:C4)
およびナイロン6のみ(試料番号:C5)を上記と同様
に成形した。 【0052】次に、試料番号1〜5の複合材料、および
比較用複合体C1〜C5を射出成形機により成形して、
試験片を得た。この試験片を用いて、引張り試験(JI
SK7113)および熱変形温度の測定を行った。その
結果、本発明にかかる本実施例の複合材料は、比較用材
料に比べて機械的強度および耐熱性に優れた材料である
ことが確認された。 【0053】すなわち、本実施例により得られた複合材
料は、複合体の機械的強度および耐熱性を向上させ、通
常のナイロン(比較例:C5)以上の強度および耐熱性
が得られていることが分かる。 【0054】また、比較例C1〜C3のように膨潤化剤
のかわりに、NaやMg2+、NH3(CH
17CHを用いたものは、粘土層が本実施例のように
大きな層間距離をもって分散されたものではないので、
引張り強さがマトリックスとしての樹脂(ナイロン6)
の強度以下となることが確認された。 【0055】これにより、本実施例では、引張り強度や
弾性率などの機械的性質や、軟化温度や高温強度などの
耐熱特性に優れた複合材料が得られ、しかもこの複合材
料は、機械的強度および耐熱性を従来のナイロンよりも
格段に向上させることができたことが分かる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [0001] BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to mechanical strength and heat resistance.
Composite material with excellent propertiesChargeFurther details on the manufacturing method
Constitutes a clay mineral with a resin composition containing polyamide
The silicate layer bonds to each other via ionic bonds,
Is evenly mixed, and the machine
With excellent mechanical strengthChargeRelated to the manufacturing method
You. [0002] 2. Description of the Related Art Conventionally, mechanical properties of organic polymer materials
To improve calcium carbonate, clay minerals, mica, etc.
Addition and mixing of inorganic materials are being studied. [0003] However, these inorganic materials are added and mixed.
When combined, the organic polymer matrix in the organic polymer material
The bond between them is very weak.
There is a problem and the amount of inorganic material added is limited.
You. An eye that strengthens the bond between this inorganic material and the polymer material
Treatment of the inorganic material with a silane coupling agent
Etc. are known. However, obtained by these methods
The bond between organic polymer materials and inorganic materials is
It is due to the Wales coupling, and the familiarity between the two
It is a degree to improve, and for the reinforcement effect and heat resistance improvement
It cannot be enough. [0004] To solve these problems, the present applicant has
First, the resin containing polyamide and the polyamide
From the vermiculite flakes with an average dispersed aspect ratio of 5 or more
"Resin composition containing polyamide" (JP-A-57-878)
3551). This composition is contained in the resin
Vermiculite thin with large aspect ratio (particle size / thickness)
By mixing pieces, the mechanical strength of the organic polymer material
The goal is to improve the degree. [0005] However, this tree
The fat composition has certainly higher mechanical strength than the conventional one.
Improved, but requires mechanical grinding to obtain vermiculite flakes
Therefore, a sufficient aspect ratio cannot be obtained. Only
However, since the bonding strength between the mineral layer and the matrix is weak, the required strength
To achieve this, it is necessary to increase the amount of addition at the expense of embrittlement.
Was. [0006] In addition, polyamide and poly
Attempting to obtain a composite material by synthesizing polymers such as styrene
("Polymer", 19, 759, 1)
979; "Industrial materials", 25, "3", 58, 197
7). However, in the conventional methods, organic polymer chains are not sufficient.
This distance does not penetrate between clay mineral layers.
The silicate layer and the organic polymer
First, the silicate constituent unit layer is molecularly dispersed.
I never did. In such a case,
Increases mechanical strength by reducing mineral aspect ratio
Has the opposite effect. In addition, the polymer phase and the matrix
Sufficient reinforcement effect due to insufficient bond with intermetallic compound
Was not obtained. It also contains at least one amino group.
Organic compounds that have lactam polymerization catalytic action
Existence of clay-organic complex bonded to clay by heat exchange reaction
"Clay-polyamide composite" that polymerizes lactam in the presence
Production Method of Body "(Japanese Patent Laid-Open No. 51-109998)
Proposed. However, this clay-polyamide composite
The composite obtained by the production method of
These are not separated for each crystal unit layer.
The interlaminar distance is small, so the tensile strength is
Below the strength of the resin. That is, for example, Niro
The tensile strength is not more than the tensile strength of
The tensile strength disclosed in the example is 30-80% of nylon 6.
Is). Therefore, the complex obtained by this method is
Problems with insufficient mechanical strength and heat resistance
doing. In the first place, clay has conventionally been used in polyamides.
Is dispersed and hybridized.
It is also said that mechanical strength such as tensile strength decreases.
You. Japanese Patent Application Laid-Open No. 51-109998 discloses the method.
The composite obtained by the method has the strength of this conventional composite.
Molded product obtained by using matrix resin alone with improved reduction
The strength of the object, in other words, what
Molded product obtained from the original resin alone by compounding
The mechanical strength is further reduced. Thus, on
In the method described above, the molded article obtained from the matrix resin alone
It is possible to obtain a composite having strength characteristics superior to strength.
Have the problem of not being able to. Therefore, the present inventors have proposed the conventional
Intensive research is carried out to solve technical problems, and various systematic
As a result of repeated experiments, the present invention has been accomplished. (Object of the Invention) An object of the present invention is to provide a composite having excellent mechanical strength and heat resistance.
LumberChargeIt is to provide a manufacturing method. Other objects of the present invention
Has better mechanical strength than resin as matrix
And heat-resistant composite materialsChargeTo provide a manufacturing method
You. The present inventors have addressed the above-mentioned problems of the prior art.
In this regard, I focused on the following. That is, first,
More proposed clay-polyamide composites are
When clay is dispersed in mid and hybridized,
The mechanical strength such as tensile strength is lower than that of the resin.
This is a conventionally proposed clay-polyamide composite.
The body has a weak bond between the clay layer and the polyamide, dispersing the clay layer
The tensile strength is not enough
Less than the resin strength (eg less than the tensile strength of nylon 6)
(Below). Also, the dispersed clay layer
It turned out that the constituent units of itself were large. The present inventors have developed a method for solving these problems.
Silicate layer to be dispersed in resin
The silicate layer and the polyamide molecular chain by ionic bonding.
And disperse the silicate layer evenly in the resin.
The distance between the silicate layers dispersed in the resin is 1
The focus was on making the temperature over 00 °. As a method for realizing this, a positive
On-exchange capacity is appropriate (for example, 50 to 200 meq /
100g) clay mineral, polyamide mono
Polyamide monomer molecules besides
Coexist with a substance that exhibits a very strong catalytic action
To increase the distance between clay layers appropriately before polymerization
The silicate layer and the polyamide molecular chains
Coexisting substances that are bonded by on-bond,
I paid attention. And a material that satisfies the above and
And (a) copper ion, hydrogen ion, aluminum ion
Or a swelling agent comprising an inorganic cation such as (b) carbon
Having an alkylene group of 12 or more and a carboxyl group
Of organic cations (organic ammonium ions)
We focused on the wetting agent. Then, the predetermined cation exchange is performed in advance.
Contacting the clay mineral having the exchange capacity with the swelling agent
The two are ion-bonded to each other,
Creates a complex that swells with monomer at temperature
And mixing the composite with a polyamide monomer.
The compound is heated to a predetermined temperature to act as a catalyst for the swelling agent.
Excellent mechanical strength and heat resistance
Thus, the present invention has been achieved. [0014] [Means for Solving the Problems](First Invention: Method for Manufacturing Composite Material) The method for producing a composite material of the present invention has a cation exchange capacity of 5
0-200 meq / 100 g clay mineral and copper ion
, Hydrogen ion, aluminum ionMore than one kind ofInorganic
A swelling agent consisting of a cation is brought into contact with
Attach the monomer at a temperature above the melting temperature of the monomer.
Contacting process to form a composite having the property of swelling due to
And a step of mixing the composite with a polyamide monomer
And the mixtureAddHeating and under the catalytic action of the swelling agent
And a polymerization step of polymerizing the polymer.
And a resin that is uniformly and molecularly dispersed in the resin.
A silicate layer comprising:
Has a thickness of 7 to 12 mm and a distance between silicate layers of 100 mm or less
And the silicate layer has a negative charge、 PoLiam
Forms an ionic bond with the positively charged group of some of the
And the area per one valence of the negative charge is 25 to 200 mm.2
And the silicate layer is a polymer chain of the polyamide.
Ionic bond with a part of
0.5 to 150 parts by weight per 100 parts by weight,
Obtaining a composite material with excellent mechanical strength and heat resistance
Characterized by the following.[0016] The composite material of the present inventionChargeManufacturing method has excellent effects
The mechanism to be exerted is not always clear.
There is not, but it is thought as follows.[0017] First, the method for producing a composite material of the present invention
An ion exchange capacity of 50 to 200 meq / 100 g
Earth minerals, copper ion, hydrogen ion, aluminum ion
Contact with a swelling agent consisting of inorganic cations such as
Both are ion-bonded to form a complex (contact step). This
As a result, the swelling agent is adsorbed on the clay mineral,
Swells with monomers at temperatures above the melting temperature of
A complex having Where the clay mineral is
Cation exchange capacity 50-200 meq / 100g
And a clay mineral with a large contact area with the monomer to be reacted
It is. By setting the exchange capacity to the above range, inorganic
The swelling agent consisting of cations can be sufficiently exchanged and adsorbed.
Before the polymerization, the distance between the layers of the kamo clay mineral itself is moderately enlarged.
Can be Next, obtained in the contacting step
Mix the composite and polyamide monomer (mixing process
About). Next, the mixture obtained in the mixing step is
By heating to a predetermined temperature, the weight
(Polymerization step). As a result, a tree containing polyamide
Fat and silicate uniformly and molecularly dispersed in the resin
A silicate layer having a thickness of 7
~ 12mm, the distance between silicate layers is more than 100mm,
Moreover, the silicate layer has a negative charge and the polyamide in the resin
Forms an ionic bond with the positively charged group of some of
And the area per one valence of the negative charge is 25 to 200Å.2so
And the silicate layer is formed of a polymer chain of the polyamide.
It is ionically bonded to a part and the content of the silicate layer is
A machine which is 0.5 to 150 parts by weight with respect to 00 parts by weight
Composite material with excellent mechanical strength and heat resistance
You. At this time,Copper ion, aluminum ion, hydrogen ion
onSwelling agents composed of inorganic cations such as
Lactam compound
Has the action of initiating ring-opening polymerization, and is produced as the polymerization reaction progresses.
It also has the effect of taking in polymers between layers. this is,
The swelling agent has a strong force to capture the monomer between layers.
This increases the distance between clay layers to some extent before polymerization,
As a result, it is thought that the cohesive force between layers is reduced.
available. Thus, by reducing the cohesion,
For the first time, it is possible to disperse silicate uniformly and molecularly.
It is thought that it is possible. As described above, the copper used in the present invention
Inorganic ions such as ions, hydrogen ions and aluminum ions
A swelling agent consisting of a polyamide monomer molecule
The effect of taking in the clay is very strong,
To increase the cohesion between the layers
The composite material in which the silicate is super-dispersed
A composite material with excellent mechanical properties and heat resistance
it is conceivable that.[0018] The method for producing a composite material according to the present invention comprises
Process-mixing process-polymerization process, composite material with excellent reinforcement
After polymerization, and further heat-melting treatment etc.
Economical and efficient without the need for strength improvement
is there. Further, it can be obtained by the method for producing a composite material of the present invention.
Composite materials are excellent in mechanical strength and heat resistance.
is there. Furthermore, according to the production method of the present invention,
Not only obtains excellent composite materials, but also
Economical and efficient
It can be manufactured in a special way. That is, (1) the present invention
Clay minerals that have adsorbed ions by the lactam compound method
Catalyzes the polymerization of polyamide monomers such as
Ring-opening reaction for the addition of new catalysts and amino acid synthesis
No steps are required. (2) Compounding can be achieved in the heating polymerization process
Therefore, the steps of surface treatment and mixing of the clay mineral can be omitted.
(3) To disperse the silicate layer using a chemical reaction,
The method for crushing and mixing clay minerals can be simplified, and
There is no decrease in the aspect ratio due to oversizing. (4) Clay
Minerals do not alter the polyamide monomer and are preserved.
Because of its excellent storage stability,
And storage and transport in the form of polymer and composite after polymerization
Is possible.[0019] (Embodiment of the invention) The method for producing the composite material of the present invention will be described below.
You. First, the cation exchange capacity is 50-200 meq /
100g clay mineral, copper ion, hydrogen ion, aluminum
Contact with a swelling agent consisting of inorganic cations such as
To form a ionic bond between the two,
Having the property of swelling with monomer at a temperature of
Combine (contact step). This causes the clay mineral to swell
Adsorbs the agent at a temperature above the melting temperature of the monomer.
A complex having the property of swelling with the nomer is obtained.[0020] Here, as the contact method,
After immersing the clay mineral in an aqueous solution containing a swelling agent,
How to remove excess ions by washing soil minerals with water,
Cation exchange resin and clay mineral exchanged with specified swelling agent
A method of exchanging ions by contacting an aqueous suspension of
You.[0021] Clay minerals have a large cation exchange capacity.
Monomer to be reacted with 50-200 meq / 100g
It is a clay mineral with a large contact area with the soil. In particular,
Montmorillonite, Saponite, Hyderite, Nonto
Smoke such as lonite, hectorite, stevensite
Tight clay minerals, vermiculite, halosai
Can be natural or synthetic.
No.[0022] Here, the cation of the clay mineral used in the present invention
Replacement capacity of 50 to 200 meq / 100 g
If the capacity exceeds 200 meq / 100g
In this case, the bonding strength between the layers of the mineral is strong,
This is because it is difficult to obtain a target composite. Ma
The cation exchange capacity of the clay mineral is 50 meq / 10
If it is less than 0 g, it is indispensable in the production method of the present invention.
Swelling comprising organic or inorganic cations
The composite material targeted by the present invention is unable to sufficiently exchange and adsorb the agent.
This is because it becomes difficult to synthesize the ingredients. In addition, this clay mineral
Is a mixer, ball mill, vibratory mill, pin mill,
Pulverize with a mill, beater, etc.
It is preferable to keep the size.[0023] In addition, swelling agents extend between the layers of the clay mineral.
Role and ability to incorporate interlayer polymers into clay minerals
Has the role of givingCopper ion, hydrogen ion
Aluminum ionMore than one kind of inorganic cation such as
A swelling agent is used.[0024] These clay minerals adsorbed by these ions
Is the ring opening weight of a lactam compound such as ε-caprolactam.
It has a catalytic action. Not only that, but of lactam
Produced by ring-opening polymerization or dehydration condensation of amino acids or nylon salts
Capable of incorporating the formed polyamide between clay layers
You. Therefore, use clay minerals that adsorb these ions
By doing so, the hyperdispersed composite according to the present invention is synthesized.
It is.[0025] Initiation of this polymerization reaction or polymerization reaction
In other words, the inorganic cation is (Cu.NH+−) And ammo
Nium ion (H3N+Form cationic groups such as-)
Then, an ionic bond is formed with the cationic clay layer.[0026] The inorganic cation used as a swelling agent as described above
Ions act to capture polyamide monomer molecules between layers.
And has a ring-opening polymerization initiating action of the lactam compound,
As the polymerization reaction progresses, the produced polymer is also taken in between the layers.
It also has an effect. Only the above ions allow the polymer to be
Action, that is, the silicate is uniformly molecularly
It is not clear why they have the effect of dispersing in limers
It is not as follows. That is,Copper Io
, Hydrogen ion, aluminum ionInorganic cations such as
In the case of the
The distance between clay layers can be expanded to some extent before polymerization,
It is thought that the cohesive force between the fruit layers can be reduced
Can be Thus, by reducing cohesion,
First, silicate can be uniformly and molecularly dispersed.
It is considered to be.[0027] Next, the composite obtained in the contacting step
And the polyamide monomer are mixed (mixing step). This
Here, the polyamide monomer forms the base of the composite material.
After polymerization, polyamide or polyamide and
It is a raw material that becomes a mixture with the outside polymer, specifically,
6-amino-n-caproic acid, 12-aminododecanoic acid
Amino acid compounds such as hexamethylenediamine
Nylon salt compounds such as phosphates, ε-caprolactam,
Reloractam, caprylactam, α-pyrrolidinone, etc.
Is a lactam compound.[0028] In addition, a mixture of the composite and the polyamide monomer
In this case, the usual mixing method can be adopted.
Is performed by mechanical mixing using an automatic mortar, a vibration mill, or the like.[0029] Next, the mixing obtained in the mixing step
The swelling agent is heated to a predetermined temperature to act as a catalyst.
(Polymerization step). Where the polymerization is mixed
Immediately afterward, the temperature may be raised to a predetermined temperature.
And heat the clay mineral just above the melting point.
-It is more effective to disperse in.[0030] The composite material obtained as described above is directly
It may be used by molding by contact injection molding or heat and pressure molding.
It is mixed with other polymers such as polyamide in advance and
The mixing ratio may be used. In addition, the above polymerization reaction
The molded article may be obtained by advancing in a mold. Polyamide
In the polymerization process of the catalyst, a polymerization catalyst such as phosphoric acid or water is used.
May be added.[0031] In the present invention, the polyamide
Containing resin and uniformly dispersed in the resin in molecular form
A silicate layer having a thickness of 7 to 12 mm.
The distance between the silicate layers is 100 ° or more, and
The silicate layer is ionically bonded to a part of the polyamide polymer chain.
A suitable composite material can be obtained. to this
Mechanical properties such as tensile strength and elastic modulus, and softening temperature
Excellent composite material due to heat resistance such as temperature and high temperature strength
Can be This composite material has strength and heat resistance
If it can be significantly improved compared to conventional nylon
It has a remarkable effect that has not been achieved in the past.[0032] That is, in the method for producing a composite material of the present invention,
The resulting composite material has a polyamide molecular chain with a silicate layer.
Has a structure bridged by ionic bonds with
It is difficult to thermally or mechanically deform
You. Therefore, mechanical properties such as tensile strength and elastic modulus,
Excellent heat resistance such as softening temperature and high temperature strength. Ma
In addition, the layered inorganic substance is uniformly dispersed,
Excellent in qualitative, abrasion resistance, surface lubrication, water permeability and water resistance
I have. Also, the silicate, which is an inorganic layered material, is about 10%.
Dispersed in units of thickness at the molecular level, that is, the molecular length
Disperse the silicate of about 10 分子 in the resin uniformly and molecularly.
ing. Accordingly, in the present invention, a resin containing polyamide is used.
In fats, layered silicates are incorporated at the molecular level,
By dispersing evenly in a separated state for each layer
Thus, the strength of the composite can be improved. Also, silicon
The acid salt layer is strongly bonded to the organic molecular chains. That is,
The silicate layer is ionically bonded to a part of the polyamide polymer chain.
Is seen in conventional inorganic composite materials
No adverse effects such as embrittlement are left. Also, the tree
The distance between the layers of the silicate dispersed in the fat is 100 mm or more.
You. Thus, layered silica is contained in the resin containing polyamide.
Composite material in which salt is dispersed with an interlayer distance of 100 ° or more
Mechanical strength and heat resistance of the composite
Improves strength and resistance better than ordinary nylon
Thermal properties can be obtained.[0033] As described above, the product obtained by the production method of the present invention is obtained.
Composite materials have excellent mechanical strength and heat resistance.
It is considered that the material could be used.[0034] Obtained by the method for producing a composite material of the present invention.
The resin in the composite material is a resin containing polyamide.
With polyamide or polyamide and other polymers
Is a resin comprising a mixture of[0035] Here, polyamide is an acid amide bond
A general term for polymers having (-CONH-), specifically
Nylon 66, nylon 6, nylon 11, and the like.
This resin contains more polyamide resin
The effect of the present invention can be remarkably exhibited as
Even if the content ratio is 10% by weight (wt%), the effect of the present invention
Fruit can be played.[0036] In addition, the silicate layer is a mechanical material
Imparts heat resistance and heat resistance, and has a thickness of 7 to 12
マ グ ネ シ ウ ム From magnesium silicate layer or aluminum silicate layer
It is a layered phyllosilicate mineral formed. These silicic acids
The salt layer is negatively charged due to isomorphous ion substitution or the like. This
Although its characteristics vary depending on the density and distribution of negative charges,
In the present invention, the occupied area of the layer surface per one valence of negative charge is 25.
~ 200Å2The silicate layer is preferably[0037] The composite material obtained according to the present invention is described above.
Resin containing polyamide, and uniformly molecularly in the resin
And a dispersed silicate layer.[0038] Here, silicate in resin containing polyamide
The content of the layer is 0.5 to 15 with respect to 100 parts by weight of the resin.
It is preferably 0 parts by weight. This means that the content
Less than 0.5 part by weight is sufficient because the silicate layer is too small
This is because a strong reinforcing effect cannot be obtained. In addition, the content
Is more than 150 parts by weight, the resin component is small.
Intermediate compound powder is merely obtained, and this is used as a compact.
Because it is difficult to use. In addition, more suitably
Means that the content of the silicate layer is 100 parts by weight of the resin.
0.5 to 25 parts by weight. Furthermore, optimally, silicate
The content of the layer is 0.5 to 10 with respect to 100 parts by weight of the resin.
Parts by weight. As a result, in the resin containing polyamide
In addition, a silicate layer with a distance of 100 mm or more
And it is possible to obtain a composite material that is sufficiently dispersed in molecular form.
Mechanical properties such as tensile strength and elastic modulus
And excellent heat resistance such as softening temperature and high temperature strength.
A composite material can be obtained. This composite has strength and
And heat resistance are significantly improved compared to conventional nylon.
Has a remarkable effect that has not been achieved before.[0039] This composite material is made of a negatively charged clay mineral
Silicate layer as a structural unit and part of polyamide in resin
Forms an ionic bond with the positively charged group of
The positive charge includes the interaction between the monomer molecule and the inorganic molecule.
The formed cationic group (-NX+Group: X is hydrogen
(H), methyl ((CH3)3), Copper (Cu), aluminum
Of at least one element such as aluminum (Al).
+3).[0040] That is, the conventional clay / polyamide composite
In the composite obtained by the production method of the coalescence, the clay layer
In the case of a material dispersed with a large interlayer distance as
The tensile strength of the resin as a matrix
Degrees or less (for example, the tensile strength of nylon 6 or less).
This is because, in the first place, in the prior art, clay is contained in polyamide.
When dispersed and hybridized, it is better than the original resin
It is said that mechanical strength such as tensile strength decreases.
The present invention does not rely on this prior art concept,
Mechanical strength and heat resistance of the molded body obtained from the original resin alone
The purpose was to improve the nature,
With the above configuration, mechanical properties such as tensile strength and elastic modulus
And those with excellent heat resistance properties such as softening temperature and high temperature strength
It has been realized. As a result, the present invention provides a mechanical strength
Temperature and heat resistance are significantly improved compared to conventional nylon.
Has an unprecedented effect that can be achieved
Can be[0041] Preferred duplication obtained by the production method of the present invention
The composite material consists of a resin containing polyamide and
And a composite material consisting of a molecularly dispersed silicate layer
So, The silicate layer has a thickness of 7 to 12 mm and the silicate layer
Is greater than 100 ° and the silicate layer is negative
The positive charge of a part of the polyamide in the resin
Forming an ionic bond with the group having
The area per hit is 25-200Å 2 And the silicate
The layer is ionically bonded to a part of the polymer chain of the polyamide.
And the content of the silicate layer is based on 100 parts by weight of the resin.
0.5 to 150 parts by weight, Polyamide in the resin
Has a cationic group (-NX) + X) is hydrogen
(H), methyl ((CH 3 ) 3 ), Copper (Cu), aluminum
One or two or more elements of aluminum (Al), Ma
Better mechanical strength and strength than the resin
With excellent mechanical strength and heat resistance
It is characterized by having. [0042] Suitable obtained by the production method of the present invention
Complex materials have a polyamide molecular chain that is ionized with the silicate layer.
Because it has a structure bridged by bonding,
Or it is difficult to deform mechanically. for that reason
In addition, mechanical properties such as tensile strength and elastic modulus, softening temperature and high
Excellent heat resistance such as temperature strength. Also, layered inorganic
Dimensional stability and abrasion resistance due to the uniform distribution of the substance
Excellent in water resistance, surface lubricity, water permeability and water resistance. Also,
The molecular level of silicate, which is an inorganic layered material, is about 10 °.
Dispersion in units of thickness of metal, ie, molecular length is about 10Å
Is uniformly molecularly dispersed in the resin. this
According to the present invention, in the resin containing polyamide,
Separation of silicates at the molecular level, that is, for each crystal unit layer
Of the complex by dispersing it in a uniform state
The degree can be improved. The silicate layer is made of organic
Strongly bound to molecular chains. That is, the silicate layer
Since it is ionically bonded to a part of the polymer chain of lamide,
Embrittlement like that of conventional inorganic composites
No adverse effects are left. Also dispersed in the resin
The distance between the silicate layers is 100 ° or more. like this
And a tree containing polyamide 100% layered silicate in fat
A composite material dispersed with the above interlayer distance
By improving the mechanical strength and heat resistance of the composite,
Excellent strength and heat resistance higher than ordinary nylon
Can be. Here, the silicate layer is mechanically attached to the polymer material.
It imparts properties and heat resistance, and has a thickness of 7 to 1
2% magnesium silicate layer or aluminum silicate layer
It is a layered phyllosilicate mineral formed. And this
These silicate layers are negatively charged due to isomorphous ion substitution, etc.
Has the positive charge of some of the polyamides in the resin
To form an ionic bond with the negatively charged group.
The area of 25 ~ 200Å 2 And the silicate layer is
It is formed by ionic bonding with a part of the polyamide polymer chain. Ma
Further, the polyamide in the resin partially contains a cationic group (-
NX + X is hydrogen (H), methyl ((C
H 3 ) 3 ), A type of copper (Cu), aluminum (Al)
Or two or more elements. Also contains polyamide
The content of the silicate layer in the resin is 100 parts by weight of the resin.
0.5 to 150 parts by weight. This means that the content
Less than 0.5 part by weight is sufficient because the silicate layer is too small
This is because a strong reinforcing effect cannot be obtained. In addition, the content
Is more than 150 parts by weight, the resin component is small.
Intermediate compound powder is merely obtained, and this is used as a compact.
Because it is difficult to use. As described above, the present invention
Composite materials have mechanical properties such as tensile strength and elastic modulus
And composite materials with excellent heat resistance such as softening temperature and high temperature strength
It is thought that it was able to be made a fee. That is,
Obtained by the conventional method of manufacturing clay-polyamide composite
The composite has a large interlayer distance, as in the present invention.
Because it is not dispersed,
Or less than the strength of the resin
Below the tensile strength). This is, in the first place, a prior art
Let's disperse clay in polyamide and hybridize
And mechanical strength such as tensile strength is higher than the original resin
It is said to fall. The present invention considers this prior art.
It can be obtained with the original resin alone, not depending on how
The purpose is to improve the mechanical strength and heat resistance of the molded body
With the above configuration, the tensile strength
And mechanical properties such as elastic modulus, softening temperature and high temperature strength
With excellent heat resistance It is. to this
Thus, the present invention provides the mechanical strength and heat resistance of a conventional nail.
Conventional that it can be significantly improved than Ron
It is thought that it can produce a remarkable effect not found in
It is. [0043] Suitable obtained by the production method of the present invention
Complex materials have mechanical properties such as tensile strength and elastic modulus.
And excellent heat resistance such as softening temperature and high temperature strength.
It is a composite material. That is, the composite material has strength and
Heat resistance can be significantly improved compared to conventional nylon
It has excellent characteristics that have never been achieved before. An embodiment of the present invention will be described below. (Example 1) Montmorillonite from Yamagata Prefecture (cation exchange)
Exchange capacity: 100 meq / 100 g) as a swelling agent
A lactam was prepared using the composite shown in Table 1
The compound was polymerized. [0046] [Table 1] First, a swelling agent was added to montmorillonite.
All the inorganic cations shown in Table 1 were adsorbed. This place
If the adsorbed cation is aluminum ion (Al3+)of
In such cases, the resin is adsorbed in advance on an ion-exchange resin
The aqueous suspension of montmorillonite in a column packed with
It was adsorbed by flowing. In the case of other cations,
Chloride aqueous solution containing ions to be deposited (concentration 1 normal) 1
After immersing 10 g of montmorillonite in a liter,
By repeating filtration-washing using Funner funnel
went. The ion-exchanged montmorillonite and
Mix ε-caprolactam at a predetermined ratio using a mortar
After that, put it in aluminum container and put it at 80 ° C for 3 hours
Drying and melting of ε-caprolactam
Was. Put the obtained thing in a stainless steel sealed container,
Heat treatment was performed at 250 ° C. for 5 hours to obtain a product. this
Is heated at 2 ° C./min using a DSC (differential scanning calorimeter).
The heat of fusion of the product is measured and the polyamide
Conversion was estimated. Also, the degree of dispersion is determined by X-ray diffraction.
And the distance between the silicate layers was measured. Result obtained
Are shown in Table 1. For comparison, instead of the swelling agent described above,
Sodium ion (Na+), Magnesium ion (M
g2+), And a surfactant (NH3 +(CH2)17
CH3) Was used in the same manner as in Example 1 except that
A comparison complex was obtained (sample numbers: C1 to C3),
Estimation of conversion rate of metal and measurement of distance between silicate layers
Was. The results obtained are shown in Table 1. The montmorillon treated with aminosilane
The same ratio of lonite (montmorillonite: 10 g)
Ron 6: 100 g) (sample number: C4)
And nylon 6 only (sample number: C5) as above
Molded. Next, the composite materials of Sample Nos. 1 to 5 and
The composites C1 to C5 for comparison are molded by an injection molding machine,
A test piece was obtained. Using this test piece, a tensile test (JI
SK7113) and the heat distortion temperature were measured. That
As a result, the composite material of this example according to the present invention
Material with better mechanical strength and heat resistance than the material
It was confirmed that. That is, the composite material obtained by this embodiment
The material improves the mechanical strength and heat resistance of the composite,
Strength and heat resistance higher than ordinary nylon (Comparative Example: C5)
It can be seen that is obtained. Further, as in Comparative Examples C1 to C3, a swelling agent
Instead of Na+And Mg2+, NH3+(CH2)
17CH3In the case of using clay, the clay layer is
Since it is not distributed with a large interlayer distance,
Resin (nylon 6) with tensile strength as matrix
It was confirmed that the strength was not more than. Thus, in the present embodiment, the tensile strength and
Mechanical properties such as elastic modulus and softening temperature and high temperature strength
A composite material with excellent heat resistance can be obtained.
The material has higher mechanical strength and heat resistance than conventional nylon.
It can be seen that the improvement was remarkable.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C08G 69/26 NSC C08G 69/26 NSC C08K 3/34 C08K 3/34 (72)発明者 杉山 繁利 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の1株式会社 豊田中央研究所内 審査官 阪野 誠司 (56)参考文献 特開 昭51−106147(JP,A) 特開 昭51−103900(JP,A) 特開 昭51−109998(JP,A) 特開 昭57−83551(JP,A) 特開 平7−309942(JP,A)──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Agency reference number FI Technical indication location C08G69 / 26 NSC C08G 69/26 NSC C08K 3/34 C08K 3/34 (72) Inventor Shigetoshi Sugiyama No. 41, Nagakute-machi, Yokomichi, Nagakute-cho, Aichi-gun, Japan. Examiner at Toyoda Central Research Laboratory, Inc. Seiji Sakano (56) References JP-A-51-106147 (JP, A) A) JP-A-51-109998 (JP, A) JP-A-57-83551 (JP, A) JP-A-7-309942 (JP, A)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】1. 陽イオン交換容量が50〜200ミリ当量/10
0gの粘土鉱物と、銅イオン,水素イオン,アルミニウ
ムイオンの一種以上の無機陽イオンからなる膨潤化剤と
を接触させてこの両者をイオン結合させ、モノマーの溶
融温度以上の温度でモノマーにより膨潤する性質を有す
る複合体とする接触工程と、該複合体とポリアミドモノ
マーとを混合する工程と、 該混合物を加熱して前記膨潤化剤の触媒作用のもとに重
合する重合工程とからなり、 これにより、ポリアミドを含む樹脂と,該樹脂中に均一
にかつ分子状に分散させた珪酸塩層とからなる複合材料
であって、該珪酸塩層は厚さが7〜12Åで,珪酸塩層
間の距離が100Å以上であり,しかも該珪酸塩層は負
電荷を有し,ポリアミドの一部が持つ正電荷を有する基
とイオン結合を形成してなり,前記負電荷1価当りの面
積が25〜200Åであり、かつ前記珪酸塩層が前記
ポリアミドの高分子鎖の一部とイオン結合してなり、珪
酸塩層の含有量が樹脂100重量部に対して0.5〜1
50重量部である、機械的強度および耐熱性に優れた複
合材料を得てなることを特徴とする複合材料の製造方
法。2. 膨潤化剤が、アルミニウムイオン、水素イオン、
銅イオンの一種または二種以上の混合物であることを特
徴とする請求項記載の複合材料の製造方法。3. ポリアミドモノマーが、ラクタム化合物であるこ
とを特徴とする請求項記載の複合材料の製造方法。4. ポリアミドモノマーが、アミノ酸であることを特
徴とする請求項記載の複合材料の製造方法。5. ポリアミドモノマーが、ナイロン塩であることを
特徴とする請求項記載の複合材料の製造方法。6. 複合材料中の珪酸塩層の含有量が、樹脂100重
量部に対して0.5〜25重量部であることを特徴とす
る請求項記載の複合材料の製造方法。7. 複合材料中の珪酸塩層の含有量が、樹脂100重
量部に対して0.5〜10重量部であることを特徴とす
る請求項記載の複合材料の製造方法。
(57) [the claims] 1. Cation exchange capacity is 50-200 meq / 10
0 g of a clay mineral is brought into contact with a swelling agent comprising one or more inorganic cations of copper ions, hydrogen ions, and aluminum ions to form an ionic bond between the two and swell with the monomer at a temperature higher than the melting temperature of the monomer. consists of a contacting step to complex with the nature, the step of mixing the complex with polyamide monomers, a polymerization step of polymerizing the mixture to the original catalysis of by heating pressurizing the swelling agent, which Is a composite material comprising a polyamide-containing resin and a silicate layer uniformly and molecularly dispersed in the resin, wherein the silicate layer has a thickness of 7 to 12 mm and an interlayer between the silicate layers. distance is not less 100Å or more, yet該珪salt layer has a negative charge, it forms a group and ionic bond with a positive charge with a portion of the polyamides, the negative charge monovalent per area 25 ~ 20 A Å 2, and the silicate layer is then partially ionic bonds of the polymer chain of the polyamide, the content of silicate layers with respect to 100 parts by weight of the resin 0.5-1
A method for producing a composite material, comprising obtaining a composite material having excellent mechanical strength and heat resistance of 50 parts by weight. 2. Swelling agent is aluminum ion, hydrogen ion,
The method for producing a composite material according to claim 1 , wherein the composite material is one or a mixture of two or more types of copper ions. 3. Polyamide monomers, method of producing a composite material according to claim 1, wherein the lactam compound. 4. Polyamide monomers, method of producing a composite material according to claim 1, wherein the amino acids. 5. Polyamide monomers, method of producing a composite material according to claim 1, wherein the nylon salt. 6. The content of the silicate layer in the composite material, method for producing a composite material according to claim 1, characterized in that 0.5 to 25 parts by weight per 100 parts by weight of the resin. 7. The content of the silicate layer in the composite material, method of manufacturing a composite material according to claim 1, wherein the 0.5 to 10 parts by weight per 100 parts by weight of the resin.
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