JP5015563B2 - 耐熱性樹脂複合組成物及びその製造方法 - Google Patents
耐熱性樹脂複合組成物及びその製造方法 Download PDFInfo
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Description
ポリマーコンポジットとしては、フィラーにカーボンナノチューブを用いてポリマーに添加することで、ポリマーの機械的物性、導電性、耐熱性等を改質する試みも行われている。
1.ポリオキシメチレン系樹脂100重量部と窒化ホウ素ナノチューブ0.01〜100重量部とからなるポリオキシメチレン系樹脂組成物(ポリオキシメチレン系樹脂が窒化ホウ素ナノチューブの中空部に充填されているものを除く)。
2.窒化ホウ素ナノチューブの平均直径が0.4nm〜1μm、アスペクト比が5以上であることを特徴とする上記に記載のポリオキシメチレン系樹脂組成物。
3.窒化ホウ素ナノチューブが共役系高分子で被覆されていることを特徴とする上記に記載のポリオキシメチレン系樹脂組成物。
4.上記1〜3の何れかに記載のポリオキシメチレン系樹脂組成物からなるポリオキシメチレン系樹脂組成物成形体。
5.共役系高分子を窒化ホウ素ナノチューブに被覆した後、共役系高分子で被覆された窒化ホウ素ナノチューブをポリオキシメチレン系樹脂に混合分散させる工程を含む上記3に記載のポリオキシメチレン系樹脂組成物の製造方法。
により構成される。
(窒化ホウ素ナノチューブ)
本発明において、窒化ホウ素ナノチューブとは、窒化ホウ素からなるチューブ状材料であり、理想的な構造としては6角網目の面がチューブ軸に平行に管を形成し、一重管もしくは多重管になっているものである。窒化ホウ素ナノチューブの平均直径は、好ましくは0.4nm〜1μm、より好ましくは0.6〜500nm、さらにより好ましくは0.8〜200nmである。ここでいう平均直径とは、一重管の場合、その平均外径を、多重管の場合はその最外側の管の平均外径を意味する。平均長さは、好ましくは10μm以下、より好ましくは5μm以下である。アスペクト比は、好ましくは5以上、さらに好ましくは10以上である。アスペクト比の上限は、平均長さが10μm以下であれば限定されるものではないが、上限は実質25000である。よって、窒化ホウ素ナノチューブは、平均直径が0.4nm〜1μm、アスペクト比が5以上であることが好ましい。
市販されているポリオキシメチレン系樹脂は、ポリオキシメチレンホモポリマーとしては例えば米国デュポン社製、商品名「デルリン」;旭化成(株)製、商品名「テナック4010」など、ポリオキシメチレンコポリマーとしては例えば、ポリプラスチックス(株)製,商品名「ジュラコン」などが挙げられる。
本発明のポリオキシメチレン系樹脂組成物の製造方法としては、ポリオキシメチレン系樹脂中に窒化ホウ素ナノチューブを溶融状態にて高せん断応力下に混合、分散することによる方法を好ましく用いることができる。
本発明のポリオキシメチレン系樹脂組成物とは、このようなポリオキシメチレン系樹脂と窒化ホウ素ナノチューブとを複合した後、任意の成型を行う前の塊状やペレット状などのいわゆる成型前ポリマーを意味する。このようなポリオキシメチレン系樹脂組成物は、調整した後に更に溶融成型、圧縮成型等を経てフィルム、シート状、チューブ状、カップ、ボトルといった任意の構造に加工することができる。
(1)ガラス転移温度
ガラス転移温度は、TAインストルメント製TA2920を用いて窒素雰囲気下、−50〜300℃の範囲で昇温速度10℃/分にて測定し、セカンドスキャンのピーク値より求めた。
(2)熱膨張係数
熱膨張係数は、TAインストルメント製TA2940を用いて空気中、30〜80℃の範囲で昇温速度10℃/分にて測定し、セカンドスキャンの値より求めた。
(3)ポリマー重量減少温度
ポリマー重量減少温度は、Rigaku製TG 8120を用いて空気中、30〜800℃の範囲で昇温速度10℃/分にて測定し、5%重量減少時のピーク値より求めた。
窒化ホウ素製のるつぼに、1:1のモル比でホウ素と酸化マグネシウムを入れ、るつぼを高周波誘導加熱炉で1300℃に加熱した。ホウ素と酸化マグネシウムは反応し、気体状の酸化ホウ素(B2O2)とマグネシウムの蒸気が生成した。この生成物をアルゴンガスにより反応室へ移送し、温度を1100℃に維持してアンモニアガスを導入した。酸化ホウ素とアンモニアが反応し、窒化ホウ素が生成した。1.55gの混合物を十分に加熱し、副生成物を蒸発させると、反応室の壁から310mgの白色の固体が得られた。続いて得られた白色固体を濃塩酸で洗浄、イオン交換水で中性になるまで洗浄後、60℃で減圧乾燥を行い窒化ホウ素ナノチューブ(以下、BNNTと略すことがある)を得た。得られたBNNTは、平均直径が27.6nm、平均長さが2460nmのチューブ状であった。
参考例1で得られた10重量部の窒化ホウ素ナノチューブをポリオキシメチレン樹脂(デルリン#500、デュポン(株)製)990重量部と共に30mmφ同方向回転2軸エクストルーダー(池貝鉄工(株)製、PCM30)を用いて、ポリマー温度210℃、平均滞留時間約5分の条件下で溶融混練せしめることで、これをペレット化した。次に射出成型機(名機製作所(株)M―50B)を用いて、シリンダー温度210−220℃、金型温度80℃にて射出成型を行い、2mm厚の成形体を得た。成型体の引っ張り強度は62.5MPa、熱膨張係数は8.15ppm/℃であった。また、5%ポリマー重量減少温度は273.1℃であった。
(共役系高分子で被覆した窒化ホウ素ナノチューブの作製)
参考例1で得られた10重量部の窒化ホウ素ナノチューブを1000重量部のジクロロメタンに添加して超音波バスにて2時間処理を行い、窒化ホウ素ナノチューブ分散液を調整した。続いて10重量部のアルドリッチ製ポリ(m−フェニレンビニレン−co−2,5−ジオクトキシ−p−フェニレンビニレン)を添加して超音波処理を1時間実施した。得られた分散液をミリポア製オムニポアメンブレンフィルター0.1μでろ過し、大量のジクロロメタンで洗浄後、60℃減圧乾燥を2時間行うことで黄色の共役高分子で被覆された窒化ホウ素ナノチューブを得た。窒化ホウ素ナノチューブ上に被覆された共役系高分子の量は窒化ホウ素ナノチューブに対して4.1重量%であった。
上記で作製した共役系高分子で被覆された窒化ホウ素ナノチューブ10重量部を、ポリオキシメチレン樹脂(デルリン#500、デュポン(株)製)990重量部と共に30mmφ同方向回転2軸エクストルーダー(池貝鉄工(株)製、PCM30)を用いて、ポリマー温度210℃、平均滞留時間約5分の条件下で溶融混練せしめることで、これをペレット化した。次に射出成型機(名機製作所(株)M―50B)を用いて、シリンダー温度210−220℃、金型温度80℃にて射出成型を行い、2mm厚の成形体を得た。成型体の引っ張り強度は62.9MPa、熱膨張係数は8.1ppm/℃であった。また、5%ポリマー重量減少温度は273.7℃であった。
窒化ホウ素ナノチューブを含有しない以外は、実施例1と同様にポリオキシメチレン樹脂の成型体を作製した。成型体の引っ張り強度は54.2MPa、熱膨張係数は9.1ppm/℃であった。また、5%ポリマー重量減少温度は266.7℃であった。
Claims (5)
- ポリオキシメチレン系樹脂100重量部と窒化ホウ素ナノチューブ0.01〜100重量部とからなるポリオキシメチレン系樹脂組成物(ポリオキシメチレン系樹脂が窒化ホウ素ナノチューブの中空部に充填されているものを除く)。
- 窒化ホウ素ナノチューブの平均直径が0.4nm〜1μm、アスペクト比が5以上であることを特徴とする請求項1に記載のポリオキシメチレン系樹脂組成物。
- 窒化ホウ素ナノチューブが共役系高分子で被覆されていることを特徴とする請求項1または2に記載のポリオキシメチレン系樹脂組成物。
- 請求項1〜3の何れかに記載のポリオキシメチレン系樹脂組成物からなるポリオキシメチレン系樹脂組成物成形体。
- 共役系高分子を窒化ホウ素ナノチューブに被覆した後、共役系高分子で被覆された窒化ホウ素ナノチューブをポリオキシメチレン系樹脂に混合分散させる工程を含む請求項3記載のポリオキシメチレン系樹脂組成物の製造方法。
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