JP5208506B2 - ハイブリッド高分子材料の製造方法 - Google Patents
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Description
R1 aM 一般式(1)
(R1は炭素数1〜8のアルコキシ基、MはSi、Ti、Zr、Al、Ba、Ta、Ge、Ga、Cu、Sc、Bi、Sn、B、Fe、Ce、W、Pb、及びランタノイドから選択される金属元素、aは1〜6の整数を示す。)で表される化合物、及び概金属アルコキシドを部分的に加水分解及び重縮合させた部分縮合物が挙げられる。なお、上記aは2〜6が好ましい。
R2 bR1 cM(R3 dX)e 一般式(2)
(R2は水素、炭素数1〜12、好ましくは1〜5のアルキル基、または炭素数6〜12の芳香族炭化水素基、R1とMは前記一般式(1)と同じ、R3は炭素数1〜4、好ましくは2〜4のアルキレン基またはアルキリデン基、Xは官能基、bは0〜5の整数、cは1〜5の整数、dは0または1、eは0〜5の整数を示す。なお官能基Xはイソシアネート基、エポキシ基、カルボキシル基、酸ハロゲン化物基、酸無水物基、アミノ基、チオール基、ビニル基、メタクリル基、ハロゲンから選ばれる官能基であることが好ましい。)で表される化合物があげられる。
好ましい化合物の例としては、R2TiR1 3等のチタンアルコキシド、R2ZrR1 3等のジルコニウムアルコキシド、R2AlR1 2等のアルミニウムアルコキシド、 R2GeR1 3等のゲルマニウムアルコキシド、およびこれら化合物の1種または2種以上からなる部分縮合物を挙げることができる。ここで、R1、R2はそれぞれ前記一般式(1)あるいは(2)と同じ。
本発明における全ての工程において強度、硬度、耐候性、耐薬品性、難燃性、帯電防止性等の機能を向上または新たに付与する目的で、Si、Ti、Zr、Al、Ba、Ta、Ge、Ga、Cu、Sc、Bi、Sn、B、Fe、Ce、W、Pb、及びランタノイド、等の金属、金属酸化物、金属錯体、無機塩等を共存させても良い。
樹脂組成物中の無機物分散性観察:
得られたハイブリッド高分子材料から、ウルトラミクロトーム(ライカ製ウルトラカットUCT)を用いてTEM観察用超薄切片を作成した後、透過型電子顕微鏡(TEM)(日本電子JEM−1200EX)を用いて、倍率1万倍〜40万倍程度で超微粒子の分散状態を複数箇所で写真撮影した。
エスアイアイナノテクノロジー製粘弾性スペクトロメーターEXSTAR6000DMSを用い、高分子材料フィルムを引張モードにおいて室温から2℃/minの昇温速度で昇温し、周波数1Hzにおける粘弾性特性を測定した。ハイブリッド化する前の熱可塑性樹脂単体で同様の測定を実施し、tanδの値から樹脂単体におけるガラス転移温度を測定した後、得られた高分子材料で同等の測定を行って、樹脂単体のガラス転移点における貯蔵弾性率を樹脂単体と比較する方法により、樹脂単体のガラス転移点における弾性率向上率を測定した。
攪拌機及び還流冷却器の設置された反応缶に、窒素気流中イオン交換水250部、ナトリウムホルムアルデヒドスルホキシレート0.4部、硫酸第一鉄、0.0025部、エチレンジアミン四酢酸二ナトリウム0.01部、ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム2部、を仕込んだ。60℃に加熱攪拌後、スチレン72部、アクリロニトリル20部、メタクリル酸8部、を開始剤のキュメンハイドロパーオキサイド、重合度調整剤のt−ドデシルメルカプタンとともに6時間かけて連続的に滴下添加した。滴下終了後、更に60℃で1時間攪拌を続け、重合を終了させた。これを塩化カルシウム水溶液で凝固した後、水洗、脱水、乾燥し、メタクリル酸・スチレン・アクリロニトリル共重合体(A)を得た。
攪拌機及び還流冷却器の設置された反応缶に、窒素気流中イオン交換水250部、ナトリウムホルムアルデヒドスルホキシレート0.4部、硫酸第一鉄、0.0025部、エチレンジアミン四酢酸二ナトリウム0.01部、ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム2部、を仕込んだ。60℃に加熱攪拌後、α−メチルスチレン75部、アクリロニトリル20部、メタクリル酸5部、を開始剤のキュメンハイドロパーオキサイド、重合度調整剤のt−ドデシルメルカプタンとともに6時間かけて連続的に滴下添加した。
スチレン・メタクリル酸共重合体であるG9001(PSジャパン(株)製) (酸価:53)
熱可塑性樹脂2:
製造例1により製造された、スチレン・アクリロニトリル・メタクリル酸共重合体 (酸価:48)
熱可塑性樹脂3:
製造例2により製造された、ゴム状重合体含有グラフト共重合体を含む芳香族ビニル系共重合体。(酸価:18)
熱可塑性樹脂4:
市販の汎用ポリスチレン樹脂であるG9305(PSジャパン(株)製)(酸価:0)
熱可塑性樹脂5:
樹脂中にカーボネート結合有する市販のポリカーボネート樹脂である、タフロンA2500(出光石油化学(株)製)を、120℃で5時間以上除湿乾燥したもの。(酸価:0)。
アルコキシド2: フェニルトリエトキシシランである、LS−4480(信越化学工業(株)製)。
熱可塑性樹脂1を600g、フェノール系安定剤であるアデカスタブAO−60(旭電化(株)製)を0.6g、それぞれ秤量し、ドライブレンドした。スクリュー途中に2箇所の減圧ベント口を設けた15mm噛み合い型同方向二軸押出機KZW15−45(テクノベル(株)製、L/D=45)にて、先端設定温度230℃、スクリュー回転数300rpm、吐出量300g/hrの溶融混練条件で、スクリュー根元から熱可塑性樹脂1および安定剤を投入した。さらに、スクリュー途中の液体添加口より液体添加ポンプにて、アルコキシド1を0.74g及びアルコキシド2を0.56g供給し、溶融混練した。
熱可塑性樹脂1のかわりに、熱可塑性樹脂2を600g用いた以外は実施例1と同様に溶融混練し、複合化したハイブリッド高分子材料を得た。樹脂単体のガラス転移点における弾性率向上率は、510%であった。
熱可塑性樹脂1のかわりに、熱可塑性樹脂3を600g用いた以外は実施例1と同様に溶融混練し、複合化したハイブリッド高分子材料を得た。樹脂単体のガラス転移点における弾性率向上率は、525%であった。
金属アルコキシド化合物および/またはその部分縮合物として、アルコキシド2を1.12g用いた以外は実施例1と同様に溶融混練し、複合化したハイブリッド高分子材料を得た。得られた複合化したハイブリッド高分子材料のTEM写真を(図2)に示す。TEM観察でも無機物は樹脂と複合化していることがわかる。樹脂単体のガラス転移点における弾性率向上率は、530%であった。樹脂のガラス転移温度も約3℃上昇していた。
熱可塑性樹脂1のかわりに、熱可塑性樹脂4を600g用いた以外は実施例1と同様に溶融混練した。さらに溶融混練装置先端に150mm幅のT型ダイスを取り付け、ダイスから押し出されたフィルム状サンプルを85℃に温調したロールにて100m/hrの速度で巻き取ることにより、高分子フィルムを得た。得られたフィルムは、数mm程度の斑点を多数有する不均一な外観で、途中添加した金属アルコキシド化合物および/またはその部分縮合物が未反応のまま混入実使用に耐えうるようなものではなかった。樹脂単体のガラス転移点した、べとついた手触りのフィルムでありにおける弾性率向上率は測定困難であった。
市販のシリカナノ粒子であるアエロジル200(日本アエロジル(株)製、数平均粒径12nm)を36g、熱可塑性樹脂1を600g、フェノール系安定剤であるアデカスタブAO−60(旭電化(株)製)を0.6g、それぞれドライブレンドした後、スクリュー途中に2箇所の減圧ベント口を設けた15mm噛み合い型同方向二軸押出機KZW15−45(テクノベル(株)製、L/D=45)にて、先端設定温度230℃、スクリュー回転数300rpm、吐出量300g/hrの溶融混練条件にて溶融混練した。
熱可塑性樹脂1のかわりに、熱可塑性樹脂5を600g用い、二軸押出機の先端設定温度を280℃とした以外は実施例1と同様にして溶融混練した。さらに溶融混練装置先端に150mm幅のT型ダイスを取り付け、ダイスから押し出されたフィルム状サンプルを120℃に温調したロールにて100m/hrの速度で巻き取ることにより、高分子フィルムを得た。得られたフィルムは、比較例1と同様に不均一な外観で、途中添加した金属アルコキシド化合物および/またはその部分縮合物が未反応のまま混入した、べとついた手触りのフィルムであり実使用に耐えうるようなものではなかった。樹脂単体のガラス転移点における弾性率向上率は測定困難であった。
Claims (10)
- 酸価が5〜100mgKOH/gの熱可塑性樹脂を溶融することにより金属アルコキシド化合物および/またはその部分縮合物から生成する無機成分と複合化した組成物を製造することを特徴とする、ハイブリッド高分子材料の製造方法。
- 酸価が5〜100mgKOH/gの熱可塑性樹脂を、該熱可塑性樹脂が溶融した状態で、金属アルコキシド化合物および/またはその部分縮合物と接触させることにより熱可塑性樹脂と無機成分とが複合化した組成物を製造することを特徴とする、請求項1記載のハイブリッド高分子材料の製造方法。
- 金属アルコキシド化合物および/またはその部分縮合物中の金属成分が、Si、Ti、Zr、Al、Ba、Ta、Ge、Ga、Cu、Sc、Bi、Sn、B、Fe、Ce、W、Pb、及びランタノイドの少なくとも1種である、請求項1または2に記載のハイブリッド高分子材料の製造方法。
- 酸価が5〜100mgKOH/gの熱可塑性樹脂を、該熱可塑性樹脂が溶融した後に、金属アルコキシド化合物および/またはその部分縮合物を溶融樹脂中に添加することにより熱可塑性樹脂と無機成分とが複合化した組成物を製造することを特徴とする、請求項1〜3いずれかに記載のハイブリッド高分子材料の製造方法。
- 酸価が5〜100mgKOH/gの熱可塑性樹脂を、該熱可塑性樹脂が溶融した後に、金属アルコキシド化合物および/またはその部分縮合物を溶融樹脂中に添加し、生じた副生成物を常圧あるいは減圧下で樹脂外へ除去することを特徴とする、請求項1〜4いずれかに記載のハイブリッド高分子材料の製造方法。
- 請求項1〜5いずれか1項に記載のハイブリッド高分子材料を製造する工程中に、混練装置を用いて溶融混練する工程を包含することを特徴とする、ハイブリッド高分子材料の製造方法。
- 前記混練装置が連続式の混練装置である、請求項6記載のハイブリッド高分子材料の製造方法。
- 前記混練装置が、1軸押出機、2軸押出機、多軸押出機、から選ばれる1種以上である、請求項6または7に記載のハイブリッド高分子材料の製造方法。
- 熱可塑性樹脂が溶解しうる有機溶媒を用いないことを特徴とする請求項1〜8いずれかに記載のハイブリッド高分子材料の製造方法。
- 酸価が5〜100mgKOH/gの熱可塑性樹脂が、不飽和カルボン酸、不飽和スルホン酸および/またはこれらの酸無水物を含む単量体を共重合して得られたものである請求項1〜8いずれかに記載のハイブリッド高分子材料の製造方法。
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