JP2945262B2 - 高分子組成物 - Google Patents

高分子組成物

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は新規な形状を有するアル
ミナと高分子化合物からなる組成物に関し、各種成形物
や積層体に利用される。
【0002】
【従来の技術】プラスチックやゴムにアルミナなどの無
機物を充填し、その強度、耐摩耗性や難燃性を向上させ
てきた。しかし、充填剤として使用されるアルミナは、
その形状が粒状、塊状又は平板状であるため十分な耐摩
耗性が得られないという問題があった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、プラスチッ
クやゴムに耐摩性を付与するとともに、その強度や難燃
性を向上させ、更に表面の摩擦係数を大きくし、透明性
に優れた無機充填剤を含有する高分子組成物を提供する
ことを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的が
特定形状の新規な双晶アルミナ粒子を無機充填剤として
用いることによって達成されることを見出して、本発明
に至った。
【0005】即ち、本発明は平板状をしたアルミナが貫
入型に交差して成長した双晶アルミナ粒子を含有する高
分子組成物であり、特に、双晶アルミナ粒子の粒子径が
0.5〜10μmの範囲である場合、及び高分子化合物
が透明性樹脂であって双晶アルミナを透明性樹脂に対し
て1〜10重量%添加してなる場合を含むものである。
【0006】本発明で用いる双晶アルミナ粒子は、平板
状をしたアルミナが互いに貫入型に交差して成長した新
規な形状の結晶である。サブミクロンオーダーに粒度調
整した水酸化アルミニウム又はアルミナ水和物を水又は
アルカリ水溶液で水熱処理する際、原料と水溶液の比
(原料/水溶液)が1〜10及び水熱処理において温度
350℃以上、圧力200気圧以下で処理することによ
って製造される。
【0007】製造方法をさらに詳述すると、出発原料と
して水酸化アルミニウム又はベーマイト等のアルミナ水
和物をあらかじめボールミル等で粉砕してサブミクロン
オーダーに粒度調整したものを用い、これを水又は苛性
ソーダ、炭酸ソーダ等のアルカリ水溶液とともに密閉オ
ートクレーブ中に充填し、高温、高圧にて水熱処理する
ことにより行われる。最終双晶アルミナ粒子の寸法を小
さく(例えば2μm以下)揃えるためには出発原料であ
る水酸化アルミニウム又はアルミナ水和物をサブミクロ
ンオーダーに粒度調整することが必要である。温度、圧
力の条件に関しては、Al23−H2O系状態図で、α
−アルミナの安定な領域でなければならない。温度を3
50℃以上と限定する理由は、350℃未満ではα−ア
ルミナを得ることができないためである。特に上限につ
いては限定していないが、装置に係るもので、経済性を
考慮した範囲内が好ましい。
【0008】圧力を200気圧以下と限定する理由は2
00加圧を越える圧力では、得られる粒子の形状が肉厚
の粒状で微細な双晶粒子は得られない。又、下限につい
ては、当然開放系では水熱系が成り立たないので、好ま
しくは50気圧以上100気圧以下がよい。又、原料と
水溶液の比が1〜10とすると熱水に溶解された原料の
アルミニウムイオン類がアルミナの核形成の段階で高い
過飽和となり、その成長過程で双晶をつくる確立が高く
なる逆に原料と水溶液の比が1より少ない場合、双晶に
ならず単一な板状アルミナが結晶析出する確立が高くな
る。特に原料と水溶液の比が2〜4の時収率がよいので
より好ましい。
【0009】本発明の製造方法により結晶形が六方晶で
(001)面が平板状で2個の結晶が互いに貫入型に交
差して成長した。又、その粒子径は2μm以下と微細な
双晶アルミナ粒子を得ることができる。この交差角は6
0゜である。
【0010】本発明で用いる平板状をしたアルミナが互
いに貫入型(板状の結晶の端面又は両面に別の結晶が交
差型に成長した。)に交差して成長した双晶アルミナと
は、図1の斜視図、及び図2の側面図で表わされる略X
字型の結晶であるが、この他一枚の平板に他の平板が6
0°で貫入した略T字型の結晶や、2枚の平板が互いに
その端部で交差した略L字型の結晶も含まれる。なお、
粒径とは、図1に示すように一方の板状粒子の対角長の
長さである。
【0011】又、合成された原料粉体には、双晶粒子と
ともに単晶粒子(板状等)が含まれる場合もある。この
場合も本願に含まれるものである。本発明においては、
これらの混合体から双晶粒子を分離して原料粉末として
使用してもよいし、又、分離せずに混合状態でも原料粉
末として使用することができる。
【0012】なお、従来よりアルミナ粒子の製造方法と
してはバイヤー法によるものが知られているが、この方
法を用いた場合は、粒子の形状が粒状になりやすい。
又、板状粒子を製造する方法としては、例えば特公昭3
5−6977号公報に見られるように仮焼工程で弗化ア
ルミニウム等の鉱化剤を添加する方法が知られている。
又、水熱処理法においては特公昭37−7750号公報
が知られているが、いずれも粒状又は板状アルミナの製
造方法に関するもので、本法が示す板状が互いに交差し
た双晶アルミナを得ることはできない。
【0013】(製造例)ボールミルにて中心径0.7μ
mに粒度調整した水酸化アルミニウム10gに純水5g
を加えたスラリーを100ccのオートクレブに充填
し、600℃、100気圧にて3時間水熱処理を行っ
た。処理後の生成物を水洗、濾過、乾燥してアルミナ粉
末を得た。
【0014】上記粉末を粉末X線回折により測定した。
得られた結晶は測定の結果α−アルミナであることが確
認された。又、走査型電子顕微鏡で観察した。SEM観
察より平板状をした2個の粒子が互いに貫入型に交差し
て成長した双晶アルミナ粒子であることが観察された。
【0015】本発明で用いられる高分子化合物は特に制
限されず、天然又は合成のプラスチック又はゴムであ
る。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化
ビニル、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリスチレ
ン、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂、ふっ素樹脂、ポ
リアセタール樹脂、ABS樹脂、ポリイミド、FRPな
どの複合材料、ポリカーボネート、ユリア樹脂、エポキ
シ樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ポリフェニレンオキ
シド、ポリフェニレンスルフィド、シリコーン樹脂、ポ
リウレタン、不飽和ポリエステル、アルキド樹脂、エチ
レン−酢ビ共重合体など、これらの共重合体、ブロック
共重合体、グラフト共重合体、セルロース誘導体、天然
ゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、SBR、EP
R、EPT、シリコーンゴムなどのゴムなどが挙げられ
る。この中で、後述するように透明性の点からエポキシ
樹脂、アクリル樹脂、各種ビニル樹脂、ウレタン樹脂、
アミノアルキッド樹脂、ポリエステル樹脂などが好適で
ある。
【0016】本発明による双晶アルミナ粒子は、基本的
には親水性であり、親水性樹脂には、そのままでもよく
なじむが、適当な分散剤を用いることにより、より十分
分散化できる。又、シランカップリング剤、チタネート
系カップリング剤などのカップリング剤で処理をして疎
水性樹脂になじませることも効果的である。
【0017】本発明の高分子組成物は各種用途に用いら
れ特に限定されないが、例えば、各種成形品、フィルム
又はシート、積層体、光学部品、管状体、棒状体、中空
物品、ベルト、タイヤなどの他、歯車、電気機器キャビ
ネット、ベアリング、ロッド、ファン、タービン、建築
部材、自動車部材、パイプ、ボトル、工具、車輪、家
具、ハニカム構造体などのエンジニアリングプラスチッ
クスなどに用いられる。本発明の高分子組成物は各種成
型法によって、上記の用途に成型される。その成型法は
各高分子の加工法として用いられているものが応用され
る。
【0018】更に本発明の高分子組成物には所望によ
り、他の各種添加剤の1種以上を含有させることができ
る。例えば、無機物としては、アスベスト粉、アスベス
ト繊維、マイカ、タルク、硫酸バリアム、けい灰石、黒
鉛、せっこう、けいそう土、方解石、スレート粉、岩
綿、クレー、カオリン、リナージ、亜鉛華、リトポン、
チタン白、ガラス繊維、ステアタイト、無機顔料、カー
ボンなどである。
【0019】有機物としては、木粉、紙、麻、織布、細
断布、合成繊維、天然樹脂、有機顔料などである。これ
ら各種添加剤は、充填剤、可塑剤、滑剤、着色剤、硬化
剤、変性剤、耐熱性、耐衝撃性、耐薬品性、耐摩耗性、
導電性の向上などの目的で添加される。逆に、これらの
目的に合った公知の添加剤は本発明の高分子組成物に添
加することができる。
【0020】本発明の組成物における双晶アルミナ粒子
と高分子化合物の重量比は1:99〜99:1である。
透明樹脂の場合は双晶アルミナを透明樹脂に対して1〜
10重量%添加すると特に好適である。
【0021】特定形状の双晶アルミナ粒子を添加するこ
とにより本発明ではプラスチックやゴムに耐摩耗性を付
与するとともに、その強度や難燃性を向上させ、更に表
面の摩擦係数を大きくすることができる。その理由は、
従来の粒状や塊状のアルミナに比べて本発明で用いる双
晶アルミナは、全体に角ばったものであり、高分子表面
に他の物が接触しても、そのアンカー効果により容易に
はアルミナ粒子が脱落しないことによる。又、上記のよ
うに全体に角ばっていることから、従来のアルミナ粒子
に比べて嵩比重が小さく、少量の添加で、耐摩耗性、強
度、難燃性などを大きく向上させることができるととも
に、最終成形品の軽量化にも効果がある。本発明の高分
子組成物は耐酸性を有しており、屋外に置かれても酸性
雨によって劣化することが少ない。
【0022】更に本発明で用いる特定形状の双晶アルミ
ナの屈接率は1.7前後であり、上記したような多くの
透明性樹脂の屈折率と近似しているため、これらを混合
した組成物は透明性の優れたものとなる。
【0023】
【実施例】以下、実施例及び比較例を用いて説明する。
【0024】実施例1、比較例1 樹脂としてエポキシ樹脂(旭電化工業製アデカレジンE
p−4000)及び硬化剤としてトリエチレンテトラミ
ンを重量比で90:10で調整し、これに製造例で得ら
れた双晶アルミナ粒子と従来の粒状、塊状及び板状のア
ルミナを5重量%添加した。よく混合した後、脱気し、
耐摩耗性試験及び透明性試験のためのテストピースを得
た。結果を表1に示す。なお、a:bとは各粒子のたて
の長さと横の長さの比である。表1より、本発明の高分
子組成物は耐摩耗性及び透明性において優れていること
が分かる。
【0025】
【表1】
【0026】(耐摩耗性試験)湿式平面研摩機を用いて
荷重300gとし、耐水研摩紙#200、#400をそ
れぞれ使用して、10分間研削し、その時の摩耗量を測
定した。アルミナ未添加試験品の摩耗量を100とした
時の相対値で評価した。
【0027】(透明性試験)上記樹脂組成物を内径24
mmのポリ塩化ビニル製円筒形の型内に約20mmの高
さまで注入する。24時間経過後硬化した樹脂を取り出
す。2mmの厚さに切削して文字判読のテストを行っ
た。新聞紙の上に載せ行うものとする。
【0028】◎:判読完全可能 ○:判読可能 △:半透明で判読可能 ×:判読不可能 実施例2 実施例1と同様にテストピースを作製した。双晶アルミ
ナ添加量を以下のようにして耐摩耗性と透明性のテスト
を行った。結果を表2に示す。
【0029】
【表2】
【0030】アルミナの樹脂の添加量が0.5〜15重
量%の時に耐摩耗性が、特に優れること、及び透明性は
0.5〜10重量%の時に優れることがわかる。即ち、
0.5〜10重量%において耐摩耗性及び透明性の両者
に優れる。なお、塊状アルミナなどは多くすると脱落し
た粒子がより研磨を促進するようになり、かえって耐摩
耗性が低下する。
【0031】なお、上記実施例1及び2ではエポキシ樹
脂を用いたが、アミノアルキッド樹脂、ポリエステル、
ポリウレタン、アクリル樹脂に対しても同様の結果を得
た。
【0032】
【発明の効果】上記のように本発明の高分子組成物は、
従来のものに比べて軽量で耐摩耗性、強度や難燃性に優
れ、表面の摩擦係数を大きくするとともに、透明性にも
優れたものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明で用いる平板状をしたアルミナが互いに
貫入型に交差した双晶アルミナの拡大斜視図。
【図2】本発明で用いる双晶アルミナの拡大側面図。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 平板状をしたアルミナが貫入型に交差し
    て成長した双晶アルミナ粒子を含有する高分子化合物の
    組成物。
  2. 【請求項2】 双晶アルミナ粒子の粒子径が0.5〜1
    0μmの範囲である双晶α−アルミナ粒子である請求項
    1記載の組成物。
  3. 【請求項3】 高分子化合物が透明性樹脂であり、双晶
    アルミナを透明性樹脂に対して1〜10重量%添加して
    なる請求項1又は2記載の組成物。
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