JP3483309B2 - 強化ポリアミド樹脂組成物の製造法 - Google Patents

強化ポリアミド樹脂組成物の製造法

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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、ポリアミド(ナイロン
6又はその共重合体)と膨潤性フッ素雲母系鉱物とから
なる機械的強度、靭性、耐熱性及び寸法安定性に優れた
強化ポリアミド樹脂組成物の製造法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】ポリアミドをガラス繊維や炭素繊維等の
繊維質や炭酸カルシウム等の無機充填材で強化した樹脂
組成物は広く知られている。しかし、これらの強化材は
ポリアミドとの親和性に乏しく、強化ポリアミドの機械
的強度や耐熱性は改良されるものの、靭性が低下し、ま
た繊維質で強化した樹脂組成物では成形品のそりが大き
くなるという問題がある。しかも、これら無機充填材で
強化した樹脂組成物では、充填剤を多量に配合しないと
機械的強度や耐熱性が向上しないという問題点があっ
た。
【0003】このような強化ポリアミドの欠点を改良す
る試みとして、ポリアミドとモンモリロナイトに代表さ
れる粘土鉱物とからなる樹脂組成物が提案されている。
例えば、特開昭62− 74957号公報、特開平1−301750号
公報、同2− 86628号公報、同3−7729号公報には、ポ
リアミドとモンモリロナイトからなる樹脂組成物が開示
されている。
【0004】この樹脂組成物は、ポリアミド鎖を粘土鉱
物の層間に侵入させることによって微細に均一分散した
複合体としようとするものであり、このような目的でモ
ンモリロナイトを用いる場合、上記の各公報に記載され
ているように、ポリアミドあるいはポリアミドを形成す
るモノマーにモンモリロナイトを配合する前に、これを
アミノ酸等の膨潤化剤と接触させることによってモンモ
リロナイトの層間距離を拡げるための処理が不可欠であ
った。したがって、当業界においては、このような処理
が不要で、従来のポリアミド樹脂の欠点を解消すること
ができる無機充填剤が強く求められていた。
【0005】このような問題点を解決する試みとして、
本発明者らは、先にポリアミドを形成するモノマーに膨
潤性フッ素雲母系鉱物を添加して重合して強化ポリアミ
ド樹脂組成物を製造する方法を提案した(特願平5−31
4379号)。この方法によれば、モンモリロナイトに代表
される従来の粘土鉱物を用いる場合と異なり、膨潤化処
理を行うことなく、機械的強度、靭性、耐熱性及び寸法
安定性に優れた樹脂組成物を得ることができた。
【0006】しかし、優れた性能を有する樹脂組成物を
得るには、10kg/cm2以上の圧力で重合する高圧重合法を
採用することが必要であり、特別な重合装置を必要とす
るという問題点があった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、ポリアミド
(ナイロン6又はその共重合体)を形成するモノマーに
膨潤性フッ素雲母系鉱物を添加して重合して強化ポリア
ミド樹脂組成物を製造する方法において、高圧重合法を
採用しなくても優れた機械的強度、靭性、耐熱性及び寸
法安定性に優れた強化ポリアミド樹脂組成物を得ること
のできる方法を提供しようとするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するもので、その要旨は、ポリアミド(ナイロン6
又はその共重合体)100重量部を形成する量のポリアミド
モノマーと膨潤性フッ素雲母系鉱物0.01〜100重量部を
膨潤作用を有する媒体を用いて調製した懸濁液又はスラ
リーとを混合し 10kg cm2 未満の圧力で制圧してポリ
アミドモノマーを重合することを特徴とする強化ポリア
ミド樹脂組成物の製造法にある。
【0009】以下、本発明について詳細に説明する。
【0010】本発明で対象とするポリアミドは、ナイロ
ン6及びその共重合体であり、ナイロン6を形成するモ
ノマーは、ε−カプロラクタム及び/又は6−アミノカ
プロン酸である。
【0011】共重合モノマーとしては、各種のアミノカ
ルボン酸又はラクタム及びナイロン塩があり、具体的に
は、11−アミノウンデカン酸、12−アミノドデカン酸、
パラアミノメチル安息香酸、ω−ラウロラクタム、ナイ
ロン46塩、ナイロン66塩ナイロン610塩、ナイロン
6T塩、ナイロン6I塩、メタキシリレンジアミンとア
ジピン酸との塩等が挙げられる。
【0012】本発明においては、ナイロン6又はその共
重合体を製造する際に、モノマーに膨潤性のフッ素雲母
系鉱物の懸濁液又はスラリーを添加して重合する。
【0013】本発明で用いられる膨潤性のフッ素雲母系
鉱物は次式で示される。 αMF・β(aMgF2 ・bMgO)・γSiO ここで、Mはナトリウム又はリチウムを表し、α、β、
γ、a及びbは各々係数を表し、 0.1≦α≦2、2
≦β≦3.5 、3≦γ≦4、0≦a≦1、0≦b≦1、a
+b=1である。
【0014】このようなフッ素雲母系鉱物の製造法とし
ては、タルクを出発物質として用い、これにアルカリイ
オンをインターカレーションしてフッ素雲母系鉱物を得
る方法がある。この方法ではタルクに珪フッ化アルカリ
あるいはフッ化アルカリを混合し、磁性ルツボ内で 700
〜1200℃で短時間加熱処理することによってフッ素雲母
系鉱物が得られる。本発明で用いる膨潤性のフッ素雲母
系鉱物は特にこの方法で製造されたものが好ましい。
【0015】タルクと混合する珪フッ化アルカリあるい
はフッ化アルカリの量は、混合物の10〜35重量%となる
ようにすることが好ましく、この範囲を外れると膨潤性
フッ素雲母系鉱物の生成率が低下する。
【0016】膨潤性のフッ素雲母系鉱物を得るために
は、珪フッ化アルカリあるいはフッ化アルカリのアルカ
リ金属は、ナトリウム又はリチウムとすることが必要で
ある。
【0017】これらのアルカリ金属は単独で用いてもよ
いし併用してもよい。アルカリ金属のうち、カリウムの
場合には膨潤性のフッ素雲母系鉱物が得られないので好
ましくないが、ナトリウム又はリチウムと併用し、かつ
限定された量であれば膨潤性を調節する目的で用いるこ
とも可能である。
【0018】また、膨潤性フッ素雲母系鉱物を製造する
工程において、アルミナを少量配合し、生成する膨潤性
フッ素雲母系鉱物の膨潤性を調節することも可能であ
る。
【0019】本発明でいう膨潤性とは、フッ素雲母がア
ミノカルボン酸、ナイロン塩、水分子等の極性分子ある
いは陽イオンを層間に吸収することにより、層間距離が
拡がり、あるいはさらに膨潤へき開して、超微細粒子と
なる特性を意味し、前記の式で表されるフッ素雲母系鉱
物はこのような膨潤性を示すものである。
【0020】膨潤性フッ素雲母系鉱物は、一辺が10μm
以下、厚さが 0.1μm 以下で、X線粉末法で測定したC
軸方向の層厚さが9〜20Åのものが好ましい。
【0021】膨潤性フッ素雲母系鉱物は、生成するポリ
アミド 100重量部に対して0.01〜100 重量部、好ましく
は 0.1〜20重量部、最適には1〜10重量部の範囲になる
ようにポリアミドの重合時に配合される。この配合量が
あまり少ないと機械的強度、耐熱性、寸法安定性の改良
効果が十分発揮されず、多すぎると靭性の低下が大きく
なる。
【0022】膨潤性フッ素雲母系鉱物は、懸濁液又はス
ラリーとして、ポリアミドを形成するモノマーと混合し
て重合することが必要である。これにより、膨潤性フッ
素雲母系鉱物がポリアミド中に十分細かく分散し、本発
明の効果が顕著に現れる。
【0023】膨潤性フッ素雲母系鉱物を懸濁液又はスラ
リーとするための媒体は、膨潤作用(膨潤性フッ素雲母
系鉱物の層間に侵入し、その層間を広げる作用)を有
し、かつ、ポリアミドの重合反応を妨げないものであれ
ばよく、具体的には、水が好ましい。なお、この媒体
に、カルボキシメチルセルロースのナトリウム塩、リン
酸ナトリウム、トリポリリン酸ナトリウムのような分散
剤を添加してもよい。
【0024】膨潤性フッ素雲母系鉱物の懸濁液又はスラ
リーを調製するには、膨潤性フッ素雲母系鉱物と媒体と
を所定の割合で、ホモミキサー等の攪拌混合機に投入
し、強く攪拌すればよい。懸濁液又はスラリーにおける
膨潤性フッ素雲母系鉱物の濃度は、膨潤性フッ素雲母系
鉱物及び媒体の種類により異なるが、通常、4〜30重量
%となるようにすることが好ましい。この濃度が低すぎ
ると、重合する際に媒体の除去に時間がかかり、重合時
間を長くする必要があるので好ましくない。一方、この
濃度をあまり高くすると、膨潤性フッ素雲母系鉱物を均
一に分散させることが困難である。
【0025】本発明の方法を実施するには、ポリアミド
を形成するモノマーと膨潤性フッ素雲母系鉱物の懸濁液
又はスラリーとを所定の割合で混合し、通常のナイロン
6の重合に準じた条件で重合すればよい。重合時の圧力
は、高圧にする必要がなく、制圧時の圧力は10kg/cm2
未満でよい。
【0026】重合は、高重合度の樹脂が得られるまで行
う必要があり、溶媒として96%硫酸を用い、温度25℃、
濃度1g/dlの条件で求めた相対粘度で 1.5〜5.0 の範
囲のものが得られるようにすることが好ましい。相対粘
度があまり小さいものでは、樹脂組成物の機械的性能が
低下し、大きすぎると樹脂組成物の成形性が急速に低下
するので好ましくない。なお、溶融重合後、必要に応じ
て固相重合を行ってもよい。
【0027】強化ポリアミド樹脂組成物には、その特性
を大きく損なわない限りにおいて、顔料、熱安定剤、酸
化防止剤、耐候剤、難燃剤、可塑剤、離型剤、強化材等
を添加することも可能である。熱安定剤や酸化防止剤と
しては、例えばヒンダードフェノール類、リン化合物、
ヒンダードアミン類、イオウ化合物、銅化合物、アルカ
リ金属のハロゲン化物あるいはこれらの混合物を使用す
ることができる。特に銅化合物やアルカリ金属のハロゲ
ン化物が最も効果的である。強化材としては、例えばク
レー、タルク、炭酸カルシウム、炭酸亜鉛、ワラストナ
イト、シリカ、アルミナ、酸化マグネシウム、ケイ酸カ
ルシウム、アスベスト、アルミン酸ナトリウム、アルミ
ン酸カルシウム、アルミノ珪酸ナトリウム、珪酸マグネ
シウム、ガラスバルーン、カーボンブラック、酸化亜
鉛、三酸化アンチモン、ゼオライト、ハイドロタルサイ
ド、金属繊維、金属ウイスカー、セラミックウイスカ
ー、チタン酸カリウムウイスカー、窒化ホウ素、グラフ
ァイト、ガラス繊維、炭素繊維等が挙げられる。これら
の添加剤は、重合時あるいは得られた樹脂組成物を溶融
混練又は溶融成形する際に加えられる。
【0028】本発明の方法で得られる樹脂組成物は、他
の重合体と混合して用いることもできる。そのような重
合体の具体例としては、ポリブタジエン、ブタジエン−
スチレン共重合体、アクリルゴム、エチレン−プロピレ
ン共重合体、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体、
天然ゴム、塩素化ブチルゴム、塩素化ポリエチレン等の
エラストマー及びこれらの無水マレイン酸等による酸変
性物、スチレンー無水マレイン酸共重合体、スチレン−
フェニルマレイミド共重合体、ポリエチレン、ポリプロ
ピレン、ブタジエン−アクリロニトリル共重合体、ポリ
塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレ
ンテレフタレート、ポリアリレート、ポリアセタール、
ポリフッ化ビニリデン、ポリスルホン、ポリフェニレン
サルファイド、ポリエーテルスルホン、フェノキシ樹
脂、ポリフェニレンエーテル、ポリメチルメタクリレー
ト、ポリエーテルケトン、ポリカーボネート、ポリテト
ラフルオロエチレン等がある。
【0029】本発明の方法で得られる樹脂組成物は、通
常の成形加工方法で目的の成形品とすることができる。
例えば射出成形、押出成形、吹き込み成形、焼結成形等
の熱溶融成形法や有機溶媒溶液から流延法により薄膜と
する方法が採用できる。
【0030】本発明の方法で得られる樹脂組成物は、機
械的強度、耐熱性及び寸法安定性がポリアミド単独の場
合に比べて顕著に改良され、また吸水による機械的性質
や寸法の変化が少ない。この樹脂組成物は、その優れた
性能により、電気・電子機器分野におけるスイッチやコ
ネクター等の機構部品やハウジング類、自動車分野にお
けるアンダーボンネット部品や外装部品、外板部品ある
いはリフレクター等の光学部品等、あるいは機械分野に
おけるギアやベアリングリテーナー等として使用され
る。
【0031】
【実施例】次に、本発明を実施例によりさらに具体的に
説明する。なお、実施例及び比較例で用いたフッ素雲母
及び測定法は次のとおりである。 1.フッ素雲母 ボールミルにより平均粒径が2μm となるように粉砕し
たタルクと平均粒径が2μm の表1に示す珪フッ化物を
表1に示す割合(重量部)で混合し、これを磁性ルツボ
に入れ、電気炉で1時間 800℃に保持し、M−1、M−
2及びM−3のフッ素雲母を合成した。
【0032】生成したフッ素雲母M−1及びM−2をX
線粉末法で測定した結果、原料タルクのC軸方向の厚さ
9.2Åに対応するピークは消失し、膨潤性フッ素雲母の
生成を示す12〜16Åに対応するピークが認められた。
(M−3は非膨潤性フッ素雲母である。
【0033】
【表1】
【0034】2.測定法 (1) 引張強度及び破断伸度 ASTM D638 に基づいて測定した。 (2) アイゾット衝撃強度 ASTM D256 に基づいて,厚さ 3.2mmの試験片を用いて測
定した。 (3) 熱変形温度(HDT) ASTM D648 に基づいて、荷重18.6kg/cm2及び 4.5kg/cm2
で測定した。 (4) 寸法変化 厚さ2mm、幅50mmの正方形の試験片を用い、吸水処理に
よる厚さと縦、横の寸法変化を測定し、その平均値を寸
法変化とした。 (5) 吸水率 上記と同じ試験片を用い、吸水処理後の重量変化から求
めた。なお、吸水処理は、試験片を60℃、95%RHの条件
で24時間処理して行った。
【0035】実施例1〜4 膨潤性フッ素雲母M−1又はM−2と水とを表2に示す
スラリー濃度となるようにホモミキサーに投入し、表2
に示す攪拌条件で攪拌し、スラリーS−1〜S−4を得
た。
【0036】
【表2】
【0037】ε−カプロラクタム 100重量部とフッ素雲
母が5重量部となる量のスラリーS−1〜S−4とを内
容量30リットルの反応缶に入れ、攪拌しながら 260℃に
加熱し、5kg/cm2 の圧力まで昇圧した。その後、常圧
まで放圧し、 260℃で相対粘度が約2.60となるまで重合
した。重合の終了した時点で反応生成物をストランド状
に払い出し、冷却、固化後、切断して強化ナイロン6樹
脂組成物からなるペレットとした。得られたペレットを
95℃の熱水で処理して精練し、乾燥した。このペレット
を射出成形機に供給し、シリンダー温度 260℃、金型温
度70℃で射出成形して試験片を成形した。得られた試験
片について、性能評価を行った結果を表3に示す。
【0038】
【表3】
【0039】比較例1〜5 フッ素雲母をスラリー化せず、水を別に添加し、重合時
の圧力を表4に示すように5kg/cm2から15kg/cm2まで変
えて重合した他は実施例1と同様にして強化ナイロン6
樹脂組成物のペレットを得た。実施例1と同様にして試
験片を成形し、得られた試験片を用いて性能評価を行っ
た結果を表4に示す。
【0040】比較例6 非膨潤性フッ素雲母M−3と水とをスラリー濃度が10.0
重量%となるようにホモミキサーに投入し、攪拌速度 3
000rpmで20分間攪拌し、スラリーを得た。このスラリー
を用いた他は実施例1と同様にして強化ナイロン6樹脂
組成物のペレットを得た。実施例1と同様にして試験片
を成形し、得られた試験片を用いて性能評価を行った結
果を表4に示す。
【0041】
【表4】
【0042】
【発明の効果】本発明によれば、ポリアミド(ナイロン
6又はその共重合体)を形成するモノマーに膨潤性フッ
素雲母系鉱物を添加して重合して強化ポリアミド樹脂組
成物を製造する方法において、高圧重合法を採用しなく
ても優れた機械的強度、靭性、耐熱性及び寸法安定性に
優れた強化ポリアミド樹脂組成物を得ることが可能にな
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−173160(JP,A) 特開 平6−228435(JP,A) 特開 平2−149415(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08G 69/00 - 69/50 C08L 77/00 - 77/12

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ポリアミド(ナイロン6又はその共重合
    体)100重量部を形成する量のポリアミドモノマーと膨潤
    性フッ素雲母系鉱物0.01〜100重量部を膨潤作用を有す
    る媒体を用いて調製した懸濁液又はスラリーとを混合
    10kg cm2 未満の圧力で制圧してポリアミドモノマ
    ーを重合することを特徴とする強化ポリアミド樹脂組成
    物の製造法。
  2. 【請求項2】 膨潤性フッ素雲母系鉱物が、タルクとナ
    トリウム及び/又ははリチウムの珪フッ化物もしくはフ
    ッ化物の混合物を加熱して得られたものである請求項1
    記載の強化ポリアミド樹脂組成物の製造法。
  3. 【請求項3】 膨潤性フッ素雲母系鉱物が、タルク90〜
    65重量%とナトリウム及び/又はリチウムの珪フッ化物
    又はフッ化物10〜35重量%との混合物を加熱して得られ
    たものである請求項1記載の強化ポリアミド樹脂組成物
    の製造法。
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