JP5820576B2 - Manufacturing method of composite material - Google Patents

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Description

本発明は、複合材料の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a composite material.

ポリマーと無機化合物との複合材料は、ポリマーの加工性、靭性等の性質と無機化合物の耐熱性、硬度等の性質を併せ持った材料として注目されている。無機化合物のなかでも、層状粘土鉱物は、その特異な性質(水への分散性、イオン交換能など)から、ポリマーとの複合化が種々検討されている。例えば、層状粘土鉱物の層間に有機アンモニウム塩を挿入してポリマーとの親和性を向上させて複合化するインターカレーション法(例えば、特許文献1参照)、重合性モノマーを層状粘土鉱物の層間に挿入した後にモノマーを重合させるIn−situ法(例えば、特許文献2参照)が挙げられる。   A composite material of a polymer and an inorganic compound is attracting attention as a material having both properties such as processability and toughness of the polymer and heat resistance and hardness of the inorganic compound. Among inorganic compounds, layered clay minerals have been studied in various ways to be combined with polymers because of their unique properties (dispersibility in water, ion exchange capacity, etc.). For example, an intercalation method (for example, see Patent Document 1) in which an organic ammonium salt is inserted between layers of a layered clay mineral to improve the affinity with a polymer to form a composite, and a polymerizable monomer is interposed between layers of a layered clay mineral. An in-situ method (for example, refer to Patent Document 2) in which a monomer is polymerized after insertion is used.

しかし、上記インターカレーション法は、有機アンモニウム塩による処理(イオン交換、ろ過、洗浄等)に時間を要すること、有機アンモニウム塩が高価であることからコスト面に問題がある。また、得られる複合材料に低分子量の化合物が存在するため、所望の組成を得るのが困難である他、耐熱性や機械的性能等の特性を低下させることがある。一方、上記In−situ法においては、使用するモノマーによっては層状粘土鉱物に酸処理等の前処理や、高価な触媒などが必要であるという問題がある。そこで、簡便な操作により複合材料を製造することが望まれている。   However, the above-mentioned intercalation method has a problem in terms of cost because treatment with an organic ammonium salt (ion exchange, filtration, washing, etc.) requires time and the organic ammonium salt is expensive. Moreover, since a low molecular weight compound exists in the obtained composite material, it is difficult to obtain a desired composition, and characteristics such as heat resistance and mechanical performance may be deteriorated. On the other hand, in the in-situ method, depending on the monomer used, there is a problem that the layered clay mineral requires a pretreatment such as acid treatment or an expensive catalyst. Therefore, it is desired to produce a composite material by a simple operation.

特開2000−336241号JP 2000-336241 A 特開平11−236501号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-236501

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、複合材料を簡便な操作により製造することができる方法を提供することにある。   This invention is made | formed in view of this situation, The main objective is to provide the method which can manufacture a composite material by simple operation.

本発明の複合材料の製造方法は、ポリマー溶液と、層状粘土鉱物を分散させた分散液とを混合して混合液を調製する工程と、該混合液のポリマーの溶解度を低下させる工程とをこの順に含む。
好ましい実施形態においては、上記混合液を冷却することによりポリマーの溶解度を低下させる。
好ましい実施形態においては、上記混合液に上記ポリマーの貧溶媒を添加することによりポリマーの溶解度を低下させる。
好ましい実施形態においては、上記層状粘土鉱物の配合割合が、ポリマー100重量部に対して、0.5重量部〜150重量部である。
本発明の別の局面によれば、複合材料が提供される。この複合材料は、上記製造方法により得られる。
好ましい実施形態においては、層状分子が剥離して薄片状となった上記層状粘土鉱物が、ポリマーで被覆された構成を有する。
The method for producing a composite material of the present invention comprises a step of preparing a mixed solution by mixing a polymer solution and a dispersion in which a layered clay mineral is dispersed, and a step of reducing the solubility of the polymer in the mixed solution. In order.
In preferable embodiment, the solubility of a polymer is reduced by cooling the said liquid mixture.
In a preferred embodiment, the solubility of the polymer is lowered by adding a poor solvent for the polymer to the mixed solution.
In preferable embodiment, the mixture ratio of the said layered clay mineral is 0.5 weight part-150 weight part with respect to 100 weight part of polymers.
According to another aspect of the invention, a composite material is provided. This composite material is obtained by the above manufacturing method.
In a preferred embodiment, the layered clay mineral, which has been exfoliated by laminating layered molecules, has a configuration in which it is coated with a polymer.

本発明によれば、有機アンモニウム塩等の処理剤を必要とせず、簡便な操作により複合材料を作製することができる。また、本発明によれば、層状粘土鉱物の配合割合を高くしても、良好に複合材料を製造することができる。   According to the present invention, a composite material can be produced by a simple operation without requiring a treatment agent such as an organic ammonium salt. Moreover, according to the present invention, a composite material can be produced satisfactorily even when the blending ratio of the layered clay mineral is increased.

本発明の実施例で得られた複合材料のXRD測定結果である。It is a XRD measurement result of the composite material obtained in the Example of this invention. 本発明の実施例で得られた複合材料のXRD測定結果である。It is a XRD measurement result of the composite material obtained in the Example of this invention.

以下、本発明の好ましい実施形態について説明するが、本発明はこれらの実施形態には限定されない。   Hereinafter, although preferable embodiment of this invention is described, this invention is not limited to these embodiment.

A.製造方法
本発明の複合材料の製造方法は、ポリマー溶液と、層状粘土鉱物を分散させた分散液とを混合して混合液を調製する工程(工程1)と、混合液のポリマーの溶解度を低下させる工程(工程2)とをこの順に含む。
A. Manufacturing Method The manufacturing method of the composite material of the present invention includes a step of preparing a mixed solution by mixing a polymer solution and a dispersion in which a layered clay mineral is dispersed (step 1), and reducing the solubility of the polymer in the mixed solution. Step (step 2) to be performed in this order.

A−1.工程1
上記ポリマー溶液は、代表的には、ポリマーを溶媒に溶解させることにより調製する。ポリマーとしては、所望の複合材料に応じて、任意の適切なポリマーを選択することができる。例えば、ポリカーボネート系ポリマー;ポリ乳酸、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル系ポリマー;ポリエーテルスルホン等のポリスルホン系ポリマー;ポリエチレン、ポリプロピレン等のオレフィン系ポリマー;シクロオレフィン系ポリマー;ポリビニルアルコール系ポリマー;ポリイミド系ポリマー;ポリエーテルエーテルケトン等の芳香族ポリエーテルケトン系ポリマー;これらの共重合体(例えば、エチレン−ビニルアルコール共重合体)などが挙げられる。これらは、単独で、または、2種以上組み合わせて用いることができる。
A-1. Process 1
The polymer solution is typically prepared by dissolving the polymer in a solvent. Any appropriate polymer can be selected as the polymer depending on the desired composite material. For example, polycarbonate polymer; polyester polymer such as polylactic acid and polyethylene terephthalate; polysulfone polymer such as polyethersulfone; olefin polymer such as polyethylene and polypropylene; cycloolefin polymer; polyvinyl alcohol polymer; polyimide polymer; Aromatic polyether ketone polymers such as ether ether ketone; and copolymers thereof (for example, ethylene-vinyl alcohol copolymer). These can be used alone or in combination of two or more.

ポリマー溶液の溶媒としては、用いるポリマーに応じて、任意の適切な溶媒を選択し得る。例えば、ホルムアミド、N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等のアミド類、メタノール、エタノール、2−プロパノール等のアルコール類、エチレングリコール等のグリコール類、N−メチルピロリドン、スルホラン、ジメチルスルホキシド、テトラヒドロフラン、ジオキサン、水等が挙げられる。これらは、単独で、または、2種以上組み合わせて用いることができる。好ましくは、後述の層状粘土鉱物を分散し得る溶媒が用いられる。このような溶媒を用いることにより、後述の工程2においてポリマーを良好に層状粘土鉱物表面に吸着させて、析出させることができる。このような溶媒としては、例えば、N−メチルホルムアミド、ホルムアミドおよびホルムアミドとN−メチルピロリドン、エタノール、メタノール、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、エチレングリコール等との混合溶媒が挙げられる。   As a solvent for the polymer solution, any appropriate solvent can be selected depending on the polymer to be used. For example, amides such as formamide, N-methylformamide, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, alcohols such as methanol, ethanol and 2-propanol, glycols such as ethylene glycol, N-methylpyrrolidone , Sulfolane, dimethyl sulfoxide, tetrahydrofuran, dioxane, water and the like. These can be used alone or in combination of two or more. Preferably, a solvent capable of dispersing a layered clay mineral described later is used. By using such a solvent, the polymer can be satisfactorily adsorbed on the surface of the layered clay mineral and deposited in the step 2 described later. Examples of such a solvent include N-methylformamide, formamide, and a mixed solvent of formamide and N-methylpyrrolidone, ethanol, methanol, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, ethylene glycol, and the like. It is done.

ポリマー溶液の濃度は、好ましくは1重量%〜30重量%、さらに好ましくは5重量%〜15重量%である。   The concentration of the polymer solution is preferably 1% by weight to 30% by weight, and more preferably 5% by weight to 15% by weight.

ポリマー溶液の温度(混合液調製時)は、例えば、用いるポリマーおよびポリマー溶液の溶媒に応じて、設定する。代表的には50℃〜150℃、好ましくは90℃〜120℃である。このような温度に設定することにより、混合液調製時にポリマーが析出するのを防止し得る。   The temperature of the polymer solution (at the time of preparing the mixed solution) is set according to, for example, the polymer to be used and the solvent of the polymer solution. Typically, it is 50 ° C to 150 ° C, preferably 90 ° C to 120 ° C. By setting to such temperature, it can prevent that a polymer precipitates at the time of liquid mixture preparation.

上記層状粘土鉱物としては、任意の適切な層状粘土鉱物を採用し得る。例えば、雲母、バーミキュライト、モンモリロナイト、バイデライト、サポナイト、ヘクトライト、スチーブンサイト、マガデイアイト、アイラライト、カネマイト、イライト、セリサイト等が挙げられる。これらは、単独で、または、2種以上組み合わせて用いることができる。好ましくは、雲母、モンモリロナイト、サポナイト等が用いられる。   Any appropriate layered clay mineral can be adopted as the layered clay mineral. For example, mica, vermiculite, montmorillonite, beidellite, saponite, hectorite, stevensite, magadayite, isralite, kanemite, illite, sericite and the like can be mentioned. These can be used alone or in combination of two or more. Preferably, mica, montmorillonite, saponite or the like is used.

層状粘土鉱物の形状は特に限定されないが、好ましくは、その平均長さは10nm〜50μm、厚みは1nm〜100nm、アスペクト比は10〜50000である。   The shape of the layered clay mineral is not particularly limited, but preferably the average length is 10 nm to 50 μm, the thickness is 1 nm to 100 nm, and the aspect ratio is 10 to 50000.

層状粘土鉱物の分散媒としては、例えば、ホルムアミド、N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等のアミド類、エチレングリコール等のグリコール類、水、スルホラン、ジメチルスルホキシド、テトラヒドロフラン等が挙げられる。これらは、単独で、または、2種以上組み合わせて用いることができる。好ましくは、層状粘土鉱物の分散媒は、用いるポリマーの溶解性を考慮して選択する。混合液調製時にポリマーが析出するのを防止するためである。   Examples of the dispersion medium for the layered clay mineral include, for example, formamide, N-methylformamide, N, N-dimethylformamide, amides such as N, N-dimethylacetamide, glycols such as ethylene glycol, water, sulfolane, dimethyl sulfoxide, Tetrahydrofuran etc. are mentioned. These can be used alone or in combination of two or more. Preferably, the layered clay mineral dispersion medium is selected in consideration of the solubility of the polymer used. This is to prevent the polymer from precipitating during the preparation of the mixed solution.

層状粘土鉱物の分散は、通常、撹拌で十分に分散させることができるが、必要に応じて、ホモジナイザー等で機械的剪断力を加えてもよい。   In general, the layered clay mineral can be sufficiently dispersed by stirring, but if necessary, mechanical shearing force may be applied by a homogenizer or the like.

層状粘土鉱物の配合量は、分散媒100重量に対して、好ましくは0.1重量部〜25重量部、さらに好ましくは1重量部〜10重量部である。   The amount of the layered clay mineral is preferably 0.1 to 25 parts by weight, more preferably 1 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the dispersion medium.

層状粘土鉱物の分散液の温度(混合液調製時)は、例えば、用いるポリマーおよびポリマー溶液の溶媒に応じて、設定する。代表的には室温〜150℃である。このような温度に設定することにより、混合液調製時にポリマーが析出するのを防止し得る。   The temperature of the layered clay mineral dispersion (at the time of preparing the mixture) is set, for example, according to the polymer to be used and the solvent of the polymer solution. Typically, it is room temperature to 150 ° C. By setting to such temperature, it can prevent that a polymer precipitates at the time of liquid mixture preparation.

上記混合液は、ポリマー溶液と層状粘土鉱物の分散液とを混合することにより調製する。ここで、加熱しながら混合することが好ましい。加熱温度は、代表的には50℃〜150℃、好ましくは90℃〜120℃である。ポリマー溶液と層状粘土鉱物の分散液との配合は、所望の複合材料に応じて、任意の適切な割合に設定し得る。層状粘土鉱物(固形分)の配合割合は、ポリマー(固形分)100重量部に対して、好ましくは0.5重量部〜150重量部、さらに好ましくは25重量部〜100重量部である。本発明の製造方法によれば、このように層状粘土鉱物の配合割合を高くしても、良好に複合材料を製造することができる。   The mixed solution is prepared by mixing a polymer solution and a dispersion of a layered clay mineral. Here, it is preferable to mix while heating. The heating temperature is typically 50 ° C to 150 ° C, preferably 90 ° C to 120 ° C. The blend of the polymer solution and the dispersion of the layered clay mineral can be set to any appropriate ratio depending on the desired composite material. The blending ratio of the layered clay mineral (solid content) is preferably 0.5 to 150 parts by weight, more preferably 25 to 100 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polymer (solid content). According to the production method of the present invention, a composite material can be produced satisfactorily even when the blending ratio of the layered clay mineral is increased.

A−2.工程2
次に、工程1で調製された混合液のポリマーの溶解度を低下させる。層状粘土鉱物を分散させた混合液においてポリマーの溶解度を低下させることで、ポリマーが熱力学的に安定化するために層状粘土鉱物表面に吸着し、析出して、複合材料を製造することができる。このように、簡便な操作により複合材料を製造することができる。
A-2. Process 2
Next, the solubility of the polymer in the mixed solution prepared in step 1 is lowered. By reducing the solubility of the polymer in the mixed liquid in which the layered clay mineral is dispersed, the polymer can be adsorbed and deposited on the surface of the layered clay mineral in order to stabilize thermodynamically, thereby producing a composite material. . Thus, the composite material can be manufactured by a simple operation.

1つの実施形態においては、混合液を冷却することによりポリマーの溶解度を低下させる。冷却温度は、例えば、上記ポリマーおよびポリマー溶液の溶媒に応じて、設定する。冷却温度は、好ましくは−10℃〜50℃、さらに好ましくは10℃〜30℃である。   In one embodiment, the solubility of the polymer is reduced by cooling the mixture. The cooling temperature is set according to, for example, the polymer and the solvent of the polymer solution. The cooling temperature is preferably −10 ° C. to 50 ° C., more preferably 10 ° C. to 30 ° C.

別の実施形態においては、混合液にポリマーの貧溶媒を添加することによりポリマーの溶解度を低下させる。好ましくは、貧溶媒は、その比誘電率と上記ポリマー溶液の溶媒の比誘電率との差の絶対値が10以上である。このような関係を満たす貧溶媒を用いることにより、良好に複合材料を製造することができる。例えば、ポリマーとしてエチレン−ビニルアルコール共重合体を用い、ポリマー溶液の溶媒にN,N−ジメチルアセトアミドを用いる場合、貧溶媒としては、アセトン、水、エタノール、イソプロパノール等が好ましく用いられる。   In another embodiment, the solubility of the polymer is reduced by adding a polymer poor solvent to the mixture. Preferably, the poor solvent has an absolute value of 10 or more of a difference between the relative dielectric constant of the poor solvent and the relative dielectric constant of the solvent of the polymer solution. By using a poor solvent satisfying such a relationship, a composite material can be manufactured satisfactorily. For example, when ethylene-vinyl alcohol copolymer is used as the polymer and N, N-dimethylacetamide is used as the solvent of the polymer solution, acetone, water, ethanol, isopropanol, etc. are preferably used as the poor solvent.

B.複合材料
本発明の製造方法によれば、層状粘土鉱物の配合割合を高くした場合においても、ポリマーと層状粘土鉱物とが良好に(例えば、ナノレベルまで)複合化し得る。その結果、得られる複合材料は優れた特性を有し得る。具体的には、成形品の耐熱性、ガスバリア性等の特性を大幅に向上させることができる。また、得られる複合材料は、層状粘土鉱物の配合割合が高い場合に置いても成形加工性に優れることから、当該複合材料を構成するポリマーと溶融混合することにより所望の濃度に調整することができる他、所望の性能を得ることを目的として他のポリマーと溶融混合することもできる。このように、マスターバッチとしても使用することができる。
B. According to the production method of the present invention, even when the blending ratio of the layered clay mineral is increased, the polymer and the layered clay mineral can be favorably combined (for example, down to the nano level). As a result, the resulting composite material can have excellent properties. Specifically, characteristics such as heat resistance and gas barrier properties of the molded product can be greatly improved. In addition, the composite material obtained is excellent in molding processability even when the blending ratio of the layered clay mineral is high, so that it can be adjusted to a desired concentration by melt mixing with the polymer constituting the composite material. In addition, it can be melt-mixed with other polymers for the purpose of obtaining the desired performance. Thus, it can be used as a master batch.

好ましい実施形態においては、本発明により得られる複合材料は、層状分子が剥離して薄片状(単層)となった上記層状粘土鉱物が、ポリマーで被覆された構成を有する。このような複合材料は、エタノール、メタノール、アセトン等のポリマーの貧溶媒へ希釈分散が可能である。例えば、当該分散液をキャスト後、走査型電子顕微鏡(SEM)により、ポリマーにより被覆された層状粘土鉱物が、剥離した状態にあること(薄片状であること)を観察することができる。また、エネルギー分散型X線分光法(EDS)により元素分析を行うことで、剥離した層状粘土鉱物の薄片(単層)上へ炭素、窒素などポリマー由来の元素の存在を確認することができる。   In a preferred embodiment, the composite material obtained according to the present invention has a structure in which the above lamellar clay mineral that has been separated into lamellar layers (single layer) is coated with a polymer. Such a composite material can be diluted and dispersed in a poor solvent for a polymer such as ethanol, methanol, and acetone. For example, after the dispersion is cast, it can be observed with a scanning electron microscope (SEM) that the layered clay mineral covered with the polymer is in a peeled state (in the form of flakes). Further, by conducting elemental analysis by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), the presence of polymer-derived elements such as carbon and nitrogen can be confirmed on the flakes (single layer) of the exfoliated layered clay mineral.

例えば、上記複合材料が分散した分散液をキャストすることで被覆された層状粘土鉱物が積層した複合材料層を形成することが可能となり、さらに熱プレスなどの後処理を施すことで緻密な複合材料層の形成も可能となる。また、このような複合材料は溶融成形されても層状粘土鉱物は単層剥離した状態で存在し得、ナノレベルの複合材料を簡便に作製することができる。   For example, it becomes possible to form a composite material layer in which layered clay minerals coated are cast by casting a dispersion liquid in which the composite material is dispersed, and a dense composite material by applying a post-treatment such as heat press. Layer formation is also possible. In addition, even when such a composite material is melt-molded, the layered clay mineral can exist in a state where a single layer is peeled off, and a nano-level composite material can be easily produced.

以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例によって限定されるものではない。なお、測定方法の詳細は以下のとおりである。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention concretely, this invention is not limited by these Examples. The details of the measurement method are as follows.

[実施例1]
(工程A)
ポリマーとして、エチレン共重合比率が27mol%のエチレン−ビニルアルコール共重合体(EVOH)(株式会社クラレ製、商品名:EVAL L171A)を用いた。ジメチルアセトアミド(比誘電率:37.8)を160℃に加温下、EVOHを溶解させて10重量%のポリマー溶液を調製した。
また、層状粘土鉱物としてクニピアF(クニミネ工業株式会社製)をホルムアミド(比誘電率:109)中へ添加、ホモジナイザーによる分散処理を施し、5重量%の層状粘土鉱物分散液を調製した。
その後、120℃に保持したポリマー溶液40g中に、室温に保持した層状粘土鉱物の分散液34.2gをゆっくりと滴下し、120℃に加熱しながら撹拌して混合液を調製した。
[Example 1]
(Process A)
As the polymer, an ethylene-vinyl alcohol copolymer (EVOH) (trade name: EVAL L171A, manufactured by Kuraray Co., Ltd.) having an ethylene copolymerization ratio of 27 mol% was used. While heating dimethylacetamide (relative dielectric constant: 37.8) to 160 ° C., EVOH was dissolved to prepare a 10 wt% polymer solution.
Further, Kunipia F (Kunimine Kogyo Co., Ltd.) was added as a layered clay mineral to formamide (relative dielectric constant: 109) and subjected to a dispersion treatment with a homogenizer to prepare a 5% by weight layered clay mineral dispersion.
Thereafter, 34.2 g of the layered clay mineral dispersion kept at room temperature was slowly dropped into 40 g of the polymer solution kept at 120 ° C., and the mixture was stirred while heating to 120 ° C. to prepare a mixed solution.

(工程B)
得られた混合液を室温にて放冷した。冷却により生じた沈殿物をろ過し、メタノールで洗浄した後、乾燥し、複合材料を得た。
(Process B)
The resulting mixture was allowed to cool at room temperature. The precipitate produced by cooling was filtered, washed with methanol, and then dried to obtain a composite material.

[実施例2]
(工程A)
実施例1と同様にして混合液を調製した。
[Example 2]
(Process A)
A mixed solution was prepared in the same manner as in Example 1.

(工程B)
得られた混合液72.2gを80℃に加温、攪拌下、イソプロパノール(比誘電率:19.9)100gをゆっくりと滴下することで、白色の沈殿が生じた。生じた沈殿物を実施例1と同様に回収し、複合材料を得た。
(Process B)
72.2 g of the obtained mixed liquid was heated to 80 ° C. and 100 g of isopropanol (relative dielectric constant: 19.9) was slowly added dropwise with stirring to produce a white precipitate. The resulting precipitate was collected in the same manner as in Example 1 to obtain a composite material.

[実施例3]
(工程A)
ポリマーとして、ポリエーテルスルホン(住友化学株式会社製、商品名:PES5003P)を用いた。ジメチルホルムアミドを160℃に加温下、PES5003Pを溶解させて10重量%のポリマー溶液を調製した。
また、層状粘土鉱物としてクニピアF(クニミネ工業株式会社製)をN−メチルホルムアミド中へ添加、ホモジナイザーによる分散処理を施し、重量6%の層状粘土鉱物分散液を調製した。
その後、120℃に保持したポリマー溶液20.0g中に、室温に保持した層状粘土鉱物の分散液16.7gをゆっくりと滴下し、120℃に加熱しながら撹拌して混合液を調製した。
[Example 3]
(Process A)
Polyethersulfone (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., trade name: PES5003P) was used as the polymer. While heating dimethylformamide to 160 ° C., PES5003P was dissolved to prepare a 10 wt% polymer solution.
Further, Kunipia F (Kunimine Kogyo Co., Ltd.) was added as a layered clay mineral to N-methylformamide and dispersed with a homogenizer to prepare a layered clay mineral dispersion having a weight of 6%.
Thereafter, 16.7 g of a dispersion of a layered clay mineral kept at room temperature was slowly dropped into 20.0 g of the polymer solution kept at 120 ° C., and stirred while heating to 120 ° C. to prepare a mixed solution.

(工程B)
得られた混合液を室温にて放冷した。冷却により白濁した分散液へメタノールを添加して析出物を沈降させた後、この沈殿物をろ過し、メタノールで洗浄した後、乾燥し、複合材料を得た。
(Process B)
The resulting mixture was allowed to cool at room temperature. Methanol was added to the white turbid dispersion by cooling to precipitate the precipitate, which was filtered, washed with methanol, and dried to obtain a composite material.

各実施例で得られた複合材料について、以下の測定を行った。
1.XRD測定
得られた複合材料を80℃で3時間乾燥後、ホットプレス(テスター産業株式会社製)により、シート状(厚み500μm)に成形し、測定用サンプルを作製した。ここで、実施例1および実施例2については、220℃、0.5MPaの成形条件にてシート化した。実施例3については、350℃、0.5MPaの成形条件にてシート化した。
得られた測定用サンプルのX線回折測定を、X線回折装置(RINT−Ultima3、(株)リガク製)にて2θ=1〜12°の範囲で行った。
2.TG−DTA測定
得られた複合材料中の層状粘土鉱物含有量をTG−DTA(株式会社島津製作所製)にて測定した。測定は、空気流通下(0.5L/min)、30℃〜1000℃まで10℃/minの昇温速度にて昇温し、その際の重量減少率より複合材料中に存在する層状粘土鉱物の含有量を算出した。
The following measurements were performed on the composite materials obtained in each example.
1. XRD Measurement The obtained composite material was dried at 80 ° C. for 3 hours, and then molded into a sheet (thickness: 500 μm) by a hot press (manufactured by Tester Sangyo Co., Ltd.) to prepare a measurement sample. Here, Example 1 and Example 2 were formed into sheets under molding conditions of 220 ° C. and 0.5 MPa. Example 3 was formed into a sheet under molding conditions of 350 ° C. and 0.5 MPa.
X-ray diffraction measurement of the obtained measurement sample was performed in the range of 2θ = 1 to 12 ° with an X-ray diffractometer (RINT-Utima3, manufactured by Rigaku Corporation).
2. TG-DTA measurement The layered clay mineral content in the obtained composite material was measured with TG-DTA (manufactured by Shimadzu Corporation). The measurement is carried out with air flow (0.5 L / min), and the temperature is increased from 30 ° C. to 1000 ° C. at a rate of 10 ° C./min, and the layered clay mineral present in the composite material from the weight reduction rate at that time The content of was calculated.

XRD測定の結果を図1に示す。層状粘土鉱物(クニピアF)に起因するピーク(2θ=8°付近)は認められず、ポリマーが層状粘土鉱物表面に吸着、層間へ挿入されて、層状分子が剥離して薄片状(単層)となり、複合化されたと考えられる。また、得られた複合材料中の層状粘土鉱物の含有量を熱分析により確認したところ、30重量%の層状粘土鉱物が含有されていることが確認された。   The result of the XRD measurement is shown in FIG. No peak (around 2θ = 8 °) due to the layered clay mineral (Kunipia F) is observed, the polymer is adsorbed on the surface of the layered clay mineral, inserted between the layers, and the layered molecules peel off to form a flake (single layer) Therefore, it is considered that it was compounded. Moreover, when the content of the layered clay mineral in the obtained composite material was confirmed by thermal analysis, it was confirmed that 30% by weight of the layered clay mineral was contained.

[実施例4]
(マスターバッチとしての利用)
実施例1で得られた複合材料2.24gとエチレン共重合比率が27mol%のエチレン−ビニルアルコール共重合体(EVOH)(株式会社クラレ製、商品名:EVAL L171A)11.19gとをラボプラストミル(株式会社東洋精機製)にて220℃、90rpmのスクリュー回転数のもと混合した。得られた混合物をホットプレスにより220℃、0.5MPaの条件下、500μmのシートに成形した。
[Example 4]
(Use as a master batch)
Laboplast 2.24 g of the composite material obtained in Example 1 and 11.19 g of ethylene-vinyl alcohol copolymer (EVOH) (trade name: EVAL L171A, manufactured by Kuraray Co., Ltd.) having an ethylene copolymerization ratio of 27 mol% The mixture was mixed in a mill (manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd.) at 220 ° C. and 90 rpm. The obtained mixture was molded into a 500 μm sheet by hot pressing under conditions of 220 ° C. and 0.5 MPa.

得られたシートは透明で、凝集物は確認されなかった。また、得られたシートの層状粘土鉱物含有量を熱分析により算出したところ、4.8重量%であった。   The obtained sheet was transparent and no aggregate was confirmed. The layered clay mineral content of the obtained sheet was calculated by thermal analysis and found to be 4.8% by weight.

実施例1と実施例4のXRD測定の結果を図2に示す。実施例1では、層間にポリマーが挿入されることにより、2θ=7°あたりに明確なピークが確認されたのに対し、実施例4ではピーク強度が大幅に低下し、かつ、ピークは低角側へとシフトしている。これは、実施例4ではさらなる層状粘土鉱物の剥離の進行により、ナノレベルで分散していることを示唆している。したがって、本発明により得られる複合材料をマスターバッチとして利用することで、簡便に層状粘土鉱物含有量の調整が可能であるといえる。   The results of XRD measurement of Example 1 and Example 4 are shown in FIG. In Example 1, a clear peak was confirmed around 2θ = 7 ° due to the insertion of the polymer between the layers, whereas in Example 4, the peak intensity was greatly reduced, and the peak was at a low angle. It is shifting to the side. This suggests that in Example 4, it is dispersed at the nano level due to further progress of exfoliation of the layered clay mineral. Therefore, it can be said that the layered clay mineral content can be easily adjusted by using the composite material obtained by the present invention as a master batch.

本発明によれば、機械強度およびガスバリア性に優れた複合材料を簡便に製造可能である。また、スーパーエンジニアリングプラスチックとの複合材料においては、その成形品の表面処理を省略し得、既存の複合材料プロセスと比較して力学物性の向上のみならず、耐摩耗性、摺動特性の大幅な向上も可能である。したがって、本発明により得られる複合材料は、例えば、食品包装用フィルム、電子材料向け包装パッケージ、ディスプレイ部材などガスバリア性が必要とされる分野、コピー機、プリンター、VTR、カメラ等の機械類、自動車部品(例えば、歯車、軸受けなど)等の摺動部材などに好適に用いられ得る。   According to the present invention, a composite material excellent in mechanical strength and gas barrier properties can be easily produced. In addition, in the composite material with super engineering plastic, the surface treatment of the molded product can be omitted, and not only the mechanical properties are improved but also the wear resistance and sliding property are greatly improved compared with the existing composite material process. Improvements are also possible. Therefore, the composite material obtained by the present invention can be used for, for example, food packaging films, packaging packages for electronic materials, fields where gas barrier properties are required such as display members, machines such as copiers, printers, VTRs, cameras, automobiles, etc. It can be suitably used for sliding members such as parts (for example, gears, bearings, etc.).

Claims (4)

N−メチルホルムアミド、ホルムアミド、または、ホルムアミドとN−メチルピロリドン、エタノール、メタノール、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、および、エチレングリコールからなる群より選択される少なくとも1種の溶媒との混合溶媒を含むポリマー溶液と、層状粘土鉱物を分散させた分散液とを混合して混合液を調製する工程と、
該混合液のポリマーの溶解度を低下させる工程と
をこの順に含む、複合材料の製造方法。
N-methylformamide, formamide, or at least one solvent selected from the group consisting of formamide and N-methylpyrrolidone, ethanol, methanol, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, and ethylene glycol A step of preparing a mixed solution by mixing a polymer solution containing a mixed solvent and a dispersion in which a layered clay mineral is dispersed;
Reducing the solubility of the polymer in the mixed solution in this order.
前記混合液を冷却することによりポリマーの溶解度を低下させる、請求項1に記載の複合材料の製造方法。   The manufacturing method of the composite material of Claim 1 which reduces the solubility of a polymer by cooling the said liquid mixture. 前記混合液に前記ポリマーの貧溶媒を添加することによりポリマーの溶解度を低下させる、請求項1に記載の複合材料の製造方法。   The method for producing a composite material according to claim 1, wherein the solubility of the polymer is reduced by adding a poor solvent for the polymer to the mixed solution. 前記層状粘土鉱物の配合割合が、ポリマー100重量部に対して、0.5重量部〜150重量部である、請求項1から3のいずれかに記載の複合材料の製造方法。
The manufacturing method of the composite material in any one of Claim 1 to 3 whose compounding ratio of the said layered clay mineral is 0.5 weight part-150 weight part with respect to 100 weight part of polymers.
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