JP5588810B2 - 熱可塑性樹脂複合材料及びその製造方法 - Google Patents
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Description
樹脂にフレーク状の充填剤と共に鱗片状のグラファイトを配合し、押出成形用樹脂材料の成形性を改善する方法が開示されている。
塑性樹脂100重量部に対し、全黒鉛原料組成物中の層状黒鉛の配合割合が0.1〜40
重量部であり、前記界面活性作用を有する化合物の配合割合が0.01〜40重量部の範囲である。この場合には、適切な量の薄片化黒鉛が熱可塑性樹脂に分散された熱可塑性樹脂複合材料からなる成形品を確実に提供することが可能となる。
量部に対し、薄片化黒鉛が0.1〜40重量部、界面活性作用を有する化合物が0.01〜40重量部の割合で配合されている。そのため、機械的強度においてより一層優れた熱可塑性樹脂複合材料からなる成形品を提供することができる。
黒鉛が用いられる。このような層状黒鉛としては、グラファイト、カーボンナノチューブ
、カーボンナノコーンなどを挙げることができる。また、用いる層状黒鉛は、表面に結合
している不純物が極めて少ないものであっても良く、酸素などの不純物が結合しているも
のであってもよい。
度のものを用いることができる。このような平均粒径の層状黒鉛は容易に入手することが
できる。
〜13.5μmの範囲である。薄片化黒鉛の平均粒径が13.5μm以下である場合、微
細な薄片化黒鉛が熱可塑性樹脂中に均一に分散することになり、本発明に従って機械的強
度に優れた成形品を得ることができる。なお、上記薄片化黒鉛の平均粒径の好ましい下限
は特に存在しない。すなわち、薄片化黒鉛の平均粒径が小さいほど、微細な薄片化黒鉛を
均一に分散させることができる。
を解枠して得られた薄片化黒鉛では、グラフェンシートの面方向寸法のグラフェンシート
が積層されている厚み方向寸法すなわち積層方向寸法であるアスペクト比がかなり大きい
。すなわち、大きなアスペクト比を有するため、上記平均粒径とは、粒度分布計により測
定された面方向の寸法をいうものとする。
せ、流動方向に対して直角方向からレーザー光を照射し、その反対側からレーザー光を受
けることで、レーザー光が遮断された時間を測定することで、通過する微粒子の長さを測
定する原理で動作する。微粒子を含む溶媒が狭隘なカラムを通過する場合には、最も流動
抵抗の小さい方向で流れる形態が最も安定すると考えられる。これが層流の場合、かつ本
発明で取り扱っている微粒子のように構成単位が平坦な形状の場合は、流れの向きに対し
て最も投影面積の小さい形態が安定すると考えられることから、このような原理の粒度分
布計を使用する場合は面の長さを測定していることになる。
顕微鏡による測定など他の測定方法を併用して評価する必要がある。
しくはビーズミルを用いた混練方法や、ジェットミルを用いた方法などを挙げることがで
きる。さらには、溶媒に層状黒鉛及び界面活性作用を有する化合物を分散させた後、超音波を照射することにより上記粉砕処理を行ってもよい。
乾式法を用いてもよい。湿式法では、解枠により生じた薄片化黒鉛の再凝集が生じるおそ
れがあるが、本発明では、上記界面活性作用を有する化合物が配合されていることにより、薄片化黒鉛の再凝集を抑制することができる。
本発明の製造方法では、上記粉砕処理工程後に溶融混練工程を実施する。上記のように
、粉砕処理工程において、黒鉛原料組成物中の層状黒鉛が薄片化黒鉛とされている。溶融
混練工程では、層状黒鉛が解枠されて薄片化黒鉛とされている上記黒鉛原料組成物を熱可
塑性樹脂と共に溶融混練する。溶融混練方法は特に限定されるものではない。すなわち、
周知の溶融混練装置を用いることができる。
ミド等をあげることができる。もっとも、好ましくは、上記熱可塑性樹脂として、ポリオ
レフィンを用いる。ポリオレフィンは、比較的低い温度で成形することができる。また、
ポリオレフィンは汎用のプラスチック材料であるため、熱可塑性樹脂複合材料のコストを
低減することができる。
散性に優れているため、熱可塑性樹脂として、ポリカーボネート、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、ポリフェニレンエーテルや芳香族ポリアミドのよ
うなエンプラもしくはスーパーエンプラと称されている熱可塑性樹脂を用いることもでき
る。その場合においても、層状黒鉛が薄片化黒鉛とされているため、容易に成形すること
ができる。
、好ましくは、熱可塑性樹脂100重量部に対し、層状黒鉛は0.1〜40重量部の範囲
である。層状黒鉛の使用量が0.1重量部未満では、熱可塑性樹脂複合材料からなる成形
品の機械的強度を充分に高めることができないことがあり、40重量部を超えると、成形
性が低下するおそれがある。上記界面活性作用を有する化合物の配合割合を、熱可塑性樹脂100重量部に対し0.1〜40重量部の割合とすることにより、解枠後の薄片化黒鉛の再凝集を充分に抑制でき、かつ熱可塑性樹脂に薄片化黒鉛を容易にかつ均一に分散させることができる。
ばよく、特に限定されるものではない。なお、融点とは、熱可塑性樹脂が高分子であるた
め、例えばDSCによる融解熱の測定により得られる融解熱のピーク時の温度である。
いることができる。
本発明に係る熱可塑性樹脂複合材料の製造方法では、上記のように、薄片化黒鉛を熱可
塑性樹脂と溶融混練した後、成形することにより成形品を得ることができる。成形方法は
特に限定されず、射出成形や押出成形を用いることができる。このような成形品は、車両
用内装材、電子機器の部品など様々な用途に広く用いることができる。特に、薄片化黒鉛
が熱可塑性樹脂中に均一かつ微細に分散されているため、前述したように、高い機械的強
度及び高い耐熱性を発現する。
以下、本発明の実施例及び比較例を挙げることにより、本発明の効果を明らかにする。
平均粒径60〜70μmの層状黒鉛を用意した。この層状黒鉛を電子顕微鏡観察により
3,000倍に拡大して観察したところ、多数のグラフェンシートが積層しており、かつ
複数の層状黒鉛が凝集していることが認められた。上記層状黒鉛20重量部と、界面活性作用を有する化合物としてポリビニルフェノール(積水化学工業(株)製アレルバスター(R))1重量部とを配合し、ビーズミルを用い、粉砕処理により、層状黒鉛を解枠した。粉砕処理に際しては、遊星型ボールミルを用い、直径500μmのジルコ二ア球を粉砕メディアとして用い、100rpmの公転速度で100分間層状黒鉛と界面活性作用を有する化合物とを混練することにより行った。粉砕処理後、ボールミルから解枠された層状黒鉛と界面活性作用を有する化合物とを含む黒鉛原料組成物を取り出した。
張試験を行った。このようにして引張弾性率(単位はMPa)を求めた。複数のサンプル
により引張弾性率を求め、その標準偏差を求めた。結果を下記の表1に示す。
用いた界面活性作用を有する化合物を、実施例2では、ステアリン酸マグネシウムに変更したこと、実施例3ではポリオキシエチレンアルキルエーテル(花王(株)社製エマルゲンA60)に変更したこと、並びに配合割合を1重量部から0.2重量部に変更したこと以外は、実施例1と同様にしてシートを成形し、かつサンプルを切り出した。また、実施例1と同様にして引張弾性率を測定した。
比較例1及び2では、粉砕処理に際し界面活性作用を有する化合物を添加せず、溶融混練時に熱可塑性樹脂としてのポリプロピレンと共に、界面活性作用を有する化合物を添加したこと、界面活性作用を有する化合物として比較例1ではマレイン酸変性ポリプロピレン(三洋化成(株)社製ユーメックス1010)を、比較例2ではスチレン−エチレン−プロピレン−スチレンブロック共重合体(SEPS)(クラレ(株)社製セプトン2104)3重量部を用いたこと以外は、実施例1と同様にしてシートを成形し、評価した。
界面活性作用を有する化合物を用いなかったことを除いては、実施例1と同様にしてシートを成形し、評価した。
実施例1で用意した層状黒鉛を粉砕処理しなかったこと、界面活性作用を有する化合物を用いなかったことを除いては、実施例1と同様にしてシートを成形し、評価した。
がわかる。
解枠により形成される薄片化黒鉛の粒径が小さくなるほど、引張弾性率を高め得ることが
わかる。
Claims (9)
- グラフェンシートが層状に積層されている層状黒鉛と、界面活性作用を有する化合物とを含む黒鉛原料組成物を乾式法により粉砕処理し、前記層状黒鉛を解枠して薄片化黒鉛とする粉砕処理工程と、
前記粉砕処理工程後に、熱可塑性樹脂に前記粉砕処理された前記黒鉛原料組成物を溶融混練し、前記薄片化黒鉛を熱可塑性樹脂中に分散させる工程とを備える、熱可塑性樹脂複合材料の製造方法。 - 前記界面活性作用を有する化合物が、前記層状黒鉛及び前記熱可塑性樹脂の双方に親和性を有する、請求項1に記載の熱可塑性樹脂複合材料の製造方法。
- 前記界面活性作用を有する化合物が、官能基として、フェニル基、カルボキシル基、水酸基及びアミノ基からなる群から選択された少なくとも1種の官能基を有する請求項1または2に記載の熱可塑性樹脂複合材料の製造方法。
- 前記熱可塑性樹脂がポリオレフィンである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の熱可塑性樹脂複合材料の製造方法。
- 前記界面活性作用を有する化合物が、官能基として、炭化水素基及び炭化水素誘導体基の少なくとも1方を含む請求項4に記載の熱可塑性樹脂複合材料の製造方法。
- 前記熱可塑性樹脂100重量部に対し、全黒鉛原料組成物中の層状黒鉛の配合割合が0.1〜40重量部であり、前記界面活性作用を有する化合物の配合割合が0.01〜40重量部の範囲である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の熱可塑性樹脂複合材料の製造方法。
- 前記溶融混練工程の後に、溶融混練された熱可塑性樹脂複合材料を成形する成形工程をさらに備える、請求項1〜6のいずれか一項に記載の熱可塑性樹脂複合材料の製造方法。
- 熱可塑性樹脂と、熱可塑性樹脂中に分散されており、層状黒鉛を乾式法により解枠処理することにより得られた薄片化黒鉛と、界面活性作用を有する化合物とを含み、前記薄片化黒鉛の平均粒径が13.5μm以下である、熱可塑性樹脂複合材料。
- 前記熱可塑性樹脂100重量部に対し、前記薄片化黒鉛が0.1〜40重量部、前記界面活性作用を有する化合物が0.1〜40重量部の割合で配合されている、請求項8に記載の熱可塑性樹脂複合材料。
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