JP2788856B2 - ポリ乳酸プラスチック磁石成形材料および磁石製品の製造方法 - Google Patents

ポリ乳酸プラスチック磁石成形材料および磁石製品の製造方法

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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、磁性体粉末にバインダ
ーとしてポリ乳酸を配合したプラスチック磁石用組成
物、その組成物を使用したプラスチック磁石成形材料の
製造方法およびその成形材料から得られるプラスチック
磁石製品に関するものである。さらに詳細には、本発明
は、自然環境の中で水や光または微生物の存在により容
易に分解し、その分解生成物(乳酸)の安全性も認めら
れているポリ乳酸をバインダーとして使用する、ポリ乳
酸磁石用組成物、成形材料、その製造方法ならびに磁石
製品を提供するものである。
【0002】
【従来の技術】プラスチック磁石は、自動車や家電、ス
ポーツ用品などの構造部材として広く利用されている材
料である。これらは、使用後に個別部品として回収・再
利用することなく、そのまま自然界へ廃棄されているの
が現状である。従来、プラスチック磁石はフェライト
系、希土類系磁石の粉末をポリアミドやポリ酢酸ビニル
などの熱可塑性樹脂に分散させて固化し、これらを成形
加工することにより成形体を得ている。例えば特開昭6
3−181402号公報には樹脂磁石のマトリックスと
して、12ナイロンと11ナイロンとの混合物からなる
ポリアミド系樹脂を使用した例が開示されている。また
特開平3−270201号公報には、ポリアミド樹脂に
ビスヒドロキシカルボン酸アミドを配合して、磁性粉末
の混合による溶融粘度の急激な上昇を抑制した例が開示
されている。またさらに特開平4−83306号公報に
は、同様に磁性粉末の配合による溶融粘度の上昇を抑制
するために、ポリアミド系樹脂に12−ヒドロキシステ
アリン酸金属石鹸を配合した例が開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】前記のような従来のプ
ラスチック磁石において、その主成分である磁性粉末
は、その大半が自然界に存在する無機物であるが、一方
のマトリックスまたはバインダー材である熱可塑性樹脂
は、いずれも自然環境中では容易に分解しないという特
性をもっている。したがって、使用後に廃棄されること
が想定される製品、特にレジャー用品やプリペイドカー
ドなど製品のライフサイクルが短いもの、また自動車や
家電製品用部品の中でも特に交換頻度の高いものには、
自然環境の中で容易に分解されるようなバインダーを使
用することが強く求められている。
【0004】また、プラスチック磁石におけるバインダ
ーの主な役割としては、磁性体粉末に流動性をもたせて
マトリックス中にこれらを均一に分散させることに加
え、磁気特性を失わないように成形体の機械的強度を一
定以上に保つことであるが、こうした要求を同時に満た
すような、高い熱流動性と固化時の剛性を併せもった熱
可塑性樹脂は非常に少なかった。そのため、性質の異な
る二種類以上の樹脂を混合したり、単独で使用する場合
にもこれらの要求を同時に満たす目的で高価な特殊材を
使用するなど、バインダーの選定は製品の物性や価格を
大きく左右するだけにかなり煩雑で、かつ慎重さを必要
とするものであった。
【0005】この他にも、無機物である磁性粉末と有機
物であるバインダーを均一に混合し、両者が分離したり
磁性体粉末が凝集するのを防いで親和性をもたせるため
には、カップリング剤や滑剤など数種類の添加剤が必要
であるが、このような添加剤の選択や添加条件(添加
量、添加順序など)の最適化、さらには磁性体粉末と均
一に混合するための混練方法の検討など、そのプロセス
を確立するためには大変な手間と費用を要し、こうした
技術上の課題が同材料の商業化を阻む大きな要因となっ
ていた。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は上記のような課
題を解決することを目的とするものであり、その第1の
発明は、磁性体粉末にバインダーとしてポリ乳酸を配合
してなるプラスチック磁石用組成物を提供し、第2の発
明は、上記のプラスチック磁石用組成物を、単軸または
二軸スクリュ式押出機にて混合、混練した後ペレタイジ
ングしてなるプラスチック磁石成形材料の製造方法を提
供し、その第3の発明は、上記のプラスチック磁石成形
材料を射出成形して、所望形状の成形体とすることを特
徴とするプラスチック磁石製品の製造方法を提供するも
のである。
【0007】以下、本発明をさらに詳細に説明する。 (磁性体粉末)本発明において使用する磁性体粉末は、
とくに限定されるものではないが、例えばフェライト
系、希土類系などが挙げられる。これらに包含されるも
のとしては、例えば、フェライト系ではストロンチウム
フェライト粉末、バリウムフェライト粉末、希土類系で
はサマリウムコバルト粉末(1−5型合金および2−1
7型合金)、サマリウム窒化鉄粉末、ネオジウム・鉄・
ボロン粉末等がある。これらの磁性体粉末は、平均粒子
径がフェライト系では1.0〜1.2μm、希土類系では
サマリウムコバルト粉末では5〜50μm、ネオジウム
・鉄・ボロン粉末では200〜500μmの範囲で使用
される。
【0008】(ポリ乳酸)本発明に使用されるポリ乳酸
は、下記一般式により示されるものである。
【0009】
【化1】
【0010】上記のようなポリ乳酸は、従来から幅広く
行われている直接重縮合法により製造することができ
る。この方法は、例えば、乳酸を120〜180℃に加
熱しながら、0〜200mmHgの減圧下で脱水・重縮
合反応を行うというものである。
【0011】このとき使用するポリ乳酸は、重量平均分
子量(Mw)で10,000以上、特に10,000〜5
0,000の範囲が好ましい。重量平均分子量が10,0
00以下であると溶融時の粘性が非常に低くなるため、
フェライト粉末が分離して均一な混合が不可能となる。
また、重量平均分子量が50,000以上のポリ乳酸
は、通常の手法である乳酸の直接重縮合では容易に高分
子量体が得られないため、乳酸よりも高価なラクチドを
原料としてその開環重合法によりポリマーを合成しなけ
ればならない。つまり、このように高価なポリ乳酸をプ
ラスチックバインダーとして使用することは、最終製品
であるプラスチック磁石の価格を高騰化させる結果にな
るので、工業的に意義のあるプロセスとは言い難い。
【0012】なお、本発明において重量平均分子量(M
w)は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により
測定したものを意味し、さらに詳細には、以下のような
測定条件で測定した値である: 測定装置 HLC−8020(東ソー製) カラム TSK gel GMH-HHR ×2、TSK gel G2500H-HHR
×1 TSK gel G1000H-HHR ×1 試料濃度 0.5% 試料量 100μl
【0013】また、ポリ乳酸はその分子構造上、カルボ
キシル基や水酸基などの極性基をもつことから、従来か
らプラスチックバインダーとして利用されていたポリア
ミド系材料に比べると磁性粉末との親和性が格段に向上
する。さらに、従来材と比較して特に吸湿性に優れてい
ることから、樹脂中に含まれる水分が磁性粉末表面のぬ
れ性を高める働きをし、カップリング剤や滑剤による磁
性粉末の表面処理を行わなくても、バインダー中へ磁性
粉末が均一に分散するので、過度な混練を行う必要がな
く、そのことによる磁気特性の損失も生じないので、成
形材料としても良好な特性をもたせることが可能とな
る。もちろん、必要に応じ、磁性体粉末に好適な予備処
理が行われることを排除するものではない。
【0014】(配合割合)磁性体粉末に対するバインダ
ーであるポリ乳酸の配合割合は、磁性体粉末の特性や磁
石製品に要求される特性によって広く変化させることが
できるが、通常は、フェライト系磁性体粉末80〜95
重量部に対してポリ乳酸5〜20重量部、好ましくは磁
性体粉末85〜90重量部に対してポリ乳酸10〜15
重量部の割合である。また希土類系磁性体粉末の場合
は、85〜97重量部に対してポリ乳酸3〜15重量
部、好ましくは磁性体粉末90〜95重量部にポリ乳酸
5〜10重量部の割合で配合する。
【0015】(混合・混練)ポリ乳酸は、通常ペレット
の状態で得られるので、これを粉砕して、200μmの
大きさにし、計量し、適当なミキサー、例えばヘンシェ
ルミキサー等で混合してプラスチック磁石組成物とす
る。
【0016】このようにして混合された組成物を、単軸
もしくは二軸スクリュ式押出機に入れ、通常は160〜
220℃、好ましくは180〜200℃で充分混練し、
押出す。このようなポリ乳酸バインダーと磁性体粉末と
の混練に押出機内において要する時間は、約10〜15
分間である。均一に混合し終えた溶融体は混練機の先端
に取り付けたダイ(φ2〜4mm×3〜5穴)より押し出
され、その後これをホットカットする方式もしくはメッ
シュコンベアー上でエアーにより冷却・固化させた後、
ストランド方式にてペレタイジングを行ういずれかの方
式によりペレットを製造する。ペレットの大きさは通
常、φ3mm×長さ4mm程度が好適である。上記のよ
うにして得たペレットを80℃で約3時間乾燥し、ホッ
パーローダーで射出成形機に供給してプラスチック磁石
を成形する。
【0017】
【作用】本発明にバインダーとして使用するポリ乳酸
は、自然環境の中で水や光あるいは微生物の存在により
容易に分解し、その分解生成物の安全性も認められてい
るので、これと磁性体粉末からなるプラスチック磁石
は、使用後に自然界へ廃棄されても、環境破壊を生ずる
ことがない。
【0018】
【実施例】以下、実施例により本発明を更に詳しく説明
するが、本発明はこれらの実施例により限定されるもの
ではない。以下の実施例および比較例におけるペレッ
ト、成形体の特性は次の方法により評価した。 (1) ペレットの熱流動性:メルトインデックス(MI、
単位:g/10分) (JIS K7210) [装 置] メルトインデクサー MX101−B
(宝工業製) [試料重量] 5g [測定温度] 250℃ [荷 重] 10kg [加熱時間] 6分 (2) 成形体の機械的強度:引張強さ(JIS K711
3) [装 置] オートグラフ DSS−2000(島津
製作所製) [試 験 片] 1号型試験片 [引張速度] 5mm/分 (3) 成形体の機械的強度:衝撃強さ(JIS K711
0) [装 置] U−F衝撃試験機(上島製作所製) [試 験 片] 矩形(64×12.7×3mm) [ハンマー秤量] 60kgf・cm (4) 成形体の磁気特性:最大エネギー積(BHma
x)、配向度(F) [装 置] 直流磁化特性自動記録装置 BHトレ
ーサー BH5300H(電気磁気工業製) [測定温度] 20℃ [磁場レンジ] 10KOe 次に、本発明におけるプラスチック磁石の製造方法の一
例を説明する。 [実施例1]平均粒子径1.2μmのストロンチウムフ
ェライト粉末85重量部および重量平均分子量(Mw)
=50,000のポリ乳酸(粉末状)15重量部をヘン
シェルミキサー中に挿入し、充分混合した。次いで、こ
の混合物を、二つ割り式単軸スクリュ式押出機(日本製
鋼所製、型式C65−16−BB−V)により、約15
分間混練を行った。なお、そのときのシリンダ温度は、
原料供給部を170℃、混練部を180〜190℃、ダ
イ部は195℃にそれぞれ設定した。これらの混練物を
溶融状態のままダイより押し出し、ホットカット方式で
ペレタイジングを行った。ペレットの大きさは約φ3m
m×長さ4.5mmであった。得られたペレットの流動
性を調べたところ、MI=30であった。
【0019】次に、上記により得られたペレットを磁場
射出成形機(日本製鋼所製、型式J50ME)にてシリ
ンダ温度200℃、金型温度100℃、射出圧力150
0kgf/cmの条件で磁場を印加しながら射出成形
した後、冷却固化してプラスチック磁石とした。〔磁力
(磁場強度):1.257×10H/m(10KO
e)、成形磁石の大きさ:φ30mm×厚さ10m
m〕。この成形体の磁気特性を調べたところ、残留磁束
密度(Br)は2.5KG、保磁力(bHc、iHc)
はそれぞれ2.3KGと2.8KG、また最大エネルギー
積(BHmax)は1.9となった。さらに、機械的な
強度を測定してみると、引張強さは595kgf/cm
2、衝撃強さ5.2kgf・cmとなり、プラスチック磁
石として磁性、機械的特性共に良好な結果を示すことが
明らかとなった。
【0020】[実施例2]平均粒子径1.0μmのバリ
ウムフェライト粉末88重量部および重量平均分子量
(Mw)=34,000のポリ乳酸12重量部を、実施
例1と同様にして混合し、この混合物を二軸スクリュ式
押出機(日本製鋼所製:型式TEX44−30AW)に
投入し、約12分間混練を行った。なお、そのときのシ
リンダ温度は原料供給部を170℃、混練部を180〜
190℃、ダイ部は190℃に設定した。これらの混練
物を溶融状態のままダイより押し出し、エアー方式でメ
ッシュコンベアーにてペレタイジングを行った。ペレッ
トの大きさは約φ3mm×長さ4mmであった。このペ
レットの流動性を調べたところ、MI=28であった。
次に、上記により得られたペレットを、実施例1と同様
の磁場射出成形機にてシリンダ温度200℃、金型温度
100℃、射出圧力1500kgf/cmの条件で磁
場を印加しながら射出成形した後、冷却固化してプラス
チック磁石とした。〔磁力(磁場強度):1.325×
10H/m、成形磁石の大きさ:φ15mm×厚さ5m
m〕。この成形体の磁気特性を調べたところ、残留磁束
密度(Br)は2.6KG、保磁力(bHc、iHc)
はそれぞれ2.4KGと2.9KG、また最大エネルギー
積(BHmax)は2.0となった。さらに、機械的な
強度を測定してみると、引張強さは605kgf/cm
2、衝撃強さは5.8kgf・cmとなり、プラスチック
磁石として磁性、機械的特性共に良好な結果を示すこと
が明らかとなった。
【0021】
【発明の効果】本発明にバインダーとして使用するポリ
乳酸は、自然環境の中で水や光あるいは微生物の存在に
より容易に分解し、その分解生成物の安全性も認められ
ており、無機物である磁性粉末との親和性も良好である
ので、これを磁性体粉末と配合しプラスチック磁石とす
ることにより、使用後に自然界へ廃棄の可能性があるレ
ジャー用品や構造部材などについて、環境適合性のある
ポリ乳酸磁石成形材料および成形品の製造方法を提供す
ることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−251222(JP,A) 特開 平5−342903(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01F 1/08 H01F 41/02

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 磁性体粉末にバインダーとしてポリ乳酸
    を配合してなるプラスチック磁石用組成物。
  2. 【請求項2】 フェライト系磁性体粉末80〜95重量
    部に、ポリ乳酸5〜20重量部を配合してなる請求項1
    に記載のプラスチック磁石用組成物。
  3. 【請求項3】 希土類系磁性体粉末85〜97重量部
    に、ポリ乳酸3〜15重量部を配合してなる請求項1に
    記載のプラスチック磁石用組成物。
  4. 【請求項4】 ポリ乳酸の重量平均分子量(Mw)が1
    0,000〜50,000の範囲にある請求項1ないし3
    のいずれか1項に記載のプラスチック磁石用組成物。
  5. 【請求項5】 請求項1ないし4のいずれか1項に記載
    のプラスチック磁石用組成物を、単軸または二軸スクリ
    ュ式押出機にて混合、混練した後ペレタイジングするこ
    とよりなるプラスチック磁石成形材料の製造方法。
  6. 【請求項6】 請求項5に記載の製造方法により得られ
    たプラスチック磁石成形材料を射出成形して、所望形状
    の成形体とすることを特徴とするプラスチック磁石製品
    の製造方法。
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