JP5069411B2 - ポリカーボネート系樹脂成形体およびその製造法 - Google Patents
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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。
また、カーボンナノチューブを共役系高分子で被覆することで、カーボンナノチューブの分散性を極めて高め、少ないカーボンナノチューブの量でマトリクス樹脂に高い導電性を付与するとの報告(特許文献2参照)がある。
また、ポリメチルメタクリレートやポリスチレンのような側鎖構造を有するとカーボンナノチューブからなるポリマーコンポジットに関して、共役系高分子で単層カーボンナノチューブを被覆することにより、わずかな単層カーボンナノチューブ添加量であっても弾性率が飛躍的に向上するとの報告(特許文献3参照)がある。
1. ポリカーボネート系樹脂100重量部と窒化ホウ素ナノチューブ(官能基化され可溶性にされたものを除く)0.01〜20重量部とからなるポリカーボネート系樹脂組成物(ポリカーボネート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. チューブ直径が0.4nm〜1μm、アスペクト比が5以上である窒化ホウ素ナノチューブであることを特徴とする上記に記載のポリカーボネート系樹脂組成物。
3. ポリカーボネート系樹脂を溶解させることが可能な溶媒に窒化ホウ素ナノチューブを分散させた分散液を調整し、ポリカーボネート系樹脂を添加、溶解させてポリカーボネート系樹脂と窒化ホウ素ナノチューブからなる混合溶液を調整し、溶媒を除去することによる上記に記載のポリカーボネート系樹脂組成物の製造方法。
4. ポリカーボネート系樹脂を溶解させることが可能な溶媒が、ジクロロメタン、クロロホルム、テトラヒドロフラン、メタノール、エタノール、ブタノール、トルエン、キシレン、アセトン、酢酸エチル、ジメチルホルムアミド、N−メチル−2−ピロリドン、またはジメチルアセトアミドである上記に記載のポリカーボネート系樹脂組成物の製造方法。
5.上記に記載のポリカーボネート系樹脂組成物からなる成形体、
により構成される。
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。
窒化ホウ素ナノチューブは、強酸処理や化学修飾された窒化ホウ素ナノチューブも使用することができる。
また本発明の樹脂組成物は、窒化ホウ素ナノチューブに由来する窒化ホウ素フレーク、触媒金属等を含む場合がある。
(樹脂組成物の製造方法について)
本発明において組成物の製造方法としては、特に限定はされない。具体的にはa)窒化ホウ素ナノチューブを、ポリカーボネート系樹脂に溶融混合させる、あるいはb)ポリカーボネート系樹脂との溶液を調整した後、溶媒を除去することにより本発明の樹脂組成物を好ましく製造することができる。
b)の方法として、ポリカーボネート系樹脂を溶解させることが可能な溶媒に窒化ホウ素ナノチューブを分散させた分散液を調整し、ポリカーボネート系樹脂を添加、溶解させてポリカーボネート系樹脂と窒化ホウ素ナノチューブからなる混合溶液を調整し、溶媒を除去する方法が好ましく利用できる。
この際に例えば窒化ホウ素ナノチューブを溶媒中でビーズミル処理することや超音波処理を施す、強力なせん断処理を施すことにより窒化ホウ素ナノチューブの分散性を向上することができる。
尚、本発明の目的を逸脱しない範囲で、他の熱可塑性樹脂、例えばポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、天然ゴム、合成ゴム等の熱可塑性樹脂、或いは難燃剤、酸化防止剤、紫外線防止剤、滑剤、離型剤、発泡剤、架橋剤、着色剤等の添加剤を加えても差し支えない。
成形方法については特に制限はないが、例えば溶融状態にある窒化ホウ素ナノチューブ含有ポリカーボネート系樹脂をダイより押し出し成形する押し出し成形、射出成形、インフレーション成形等によりフィルム、シートを製造することができる。
または樹脂溶液を支持体に流延し、特定の厚みにキャストした後、溶媒を除去する等の方法によりフィルム、シートを製造することができる。
(強伸度)
50mm×10mmのサンプルを用い、引張り速度5mm/分で行いオリエンテックUCT−1Tによって測定した。
(窒化ホウ素ナノチューブの平均直径と平均長さの評価)
透過型電子顕微鏡(TEM)により50点窒化ホウ素ナノチューブを観察し、その直径と長さの平均をとることで窒化ホウ素ナノチューブの平均直径および平均長さとして算出した。
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0.18重量部の窒化ホウ素ナノチューブを82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18重量部のポリカーボネートを添加して室温でポリカーボネートが溶解するまで攪拌した。得られた窒化ホウ素ナノチューブ含有ポリカーボネート溶液をガラス基板上に400μmのドクターブレードを使用してキャストした後、室温で30分放置した。得られたフィルムをガラス板より剥離し、金枠に固定して80℃で10分、130℃で1時間乾燥させた。フィルムの厚みは50μm、引張弾性率は2.05Gpa、強度は61.9Mpaであった。
窒化ホウ素ナノチューブを含まない以外は実施例1と同様にして窒化ホウ素ナノチューブを含有しないポリカーボネートフィルムを作製した。フィルムの厚みは50μm、引張弾性率は1.90Gpa、強度は60.0Mpa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0.1重量部の窒化ホウ素ナノチューブを100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0.1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系高分子で被覆された窒化ホウ素ナノチューブを得た。被覆された共役系高分子の量は被覆された窒化ホウ素ナノチューブ中4.2重量%であった。
0.18重量部の窒化ホウ素ナノチューブを含む上記で得られた共役系高分子で被覆された窒化ホウ素ナノチューブを82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18重量部のポリカーボネートを添加して室温でポリカーボネートが溶解するまで攪拌した。
得られた窒化ホウ素ナノチューブ含有ポリカーボネート溶液をガラス基板上に400μmのドクターブレードを使用してキャストした後、室温で30分放置した。得られたフィルムをガラス板より剥離し、金枠に固定して80℃で10分、130℃で1時間乾燥させた。フィルムの厚みは50μm、引張弾性率は2.15Gpa、強度は64.9Mpa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0.1重量部の窒化ホウ素ナノチューブを100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0.1重量部のアルドリッチ製Poly(3−hexylthiophene−2,5−diyl)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時間行うことで赤紫色の共役系高分子で被覆された窒化ホウ素ナノチューブを得た。被覆された共役系高分子の量は被覆された窒化ホウ素ナノチューブ中7.2重量%であった。
0.18重量部の窒化ホウ素ナノチューブを含む上記で得られた共役系高分子で被覆された窒化ホウ素ナノチューブを82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18重量部のポリカーボネートを添加して室温でポリカーボネートが溶解するまで攪拌した。
得られた窒化ホウ素ナノチューブ含有ポリカーボネート溶液をガラス基板上に400μmのドクターブレードを使用してキャストした後、室温で30分放置した。得られたフィルムをガラス板より剥離し、金枠に固定して80℃で10分、130℃で1時間乾燥させた。フィルムの厚みは50μm、引張弾性率は2.08Gpa、強度は63.5Mpaであった。
Claims (5)
- ポリカーボネート系樹脂100重量部と窒化ホウ素ナノチューブ(官能基化され可溶性にされたものを除く)0.01〜20重量部とからなるポリカーボネート系樹脂組成物(ポリカーボネート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)。
- チューブの平均直径が0.4nm〜1μm、平均アスペクト比が5以上である窒化ホウ素ナノチューブであることを特徴とする請求項1に記載のポリカーボネート系樹脂組成物。
- ポリカーボネート系樹脂を溶解させることが可能な溶媒に窒化ホウ素ナノチューブを分散させた分散液を調整し、ポリカーボネート系樹脂を添加、溶解させてポリカーボネート系樹脂と窒化ホウ素ナノチューブからなる混合溶液を調整し、溶媒を除去することによる請求項1記載のポリカーボネート系樹脂組成物の製造方法。
- ポリカーボネート系樹脂を溶解させることが可能な溶媒が、ジクロロメタン、クロロホルム、テトラヒドロフラン、メタノール、エタノール、ブタノール、トルエン、キシレン、アセトン、酢酸エチル、ジメチルホルムアミド、N−メチル−2−ピロリドン、またはジメチルアセトアミドである請求項3記載のポリカーボネート系樹脂組成物の製造方法。
- 請求項1または2に記載のポリカーボネート系樹脂組成物からなる成形体。
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