JP6694412B2 - 複合樹脂粒子の製造方法、樹脂成形体、及び複合樹脂粒子 - Google Patents
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Description
しかし、PTFEは、電気絶縁性であるため、用途によっては導電性を付与する必要がある。
特許文献1は、モールディングパウダーと称される粒径が1〜100μm程度のPTFEの粉体と、長さが1〜100μm程度のCNTとを、ケトン系溶媒等に分散させて複合樹脂粒子分散液とし、当該複合樹脂粒子分散液からケトン系溶媒等を除去して複合樹脂粒子を製造する方法を開示している。なお、モールディングパウダーは、TFEを懸濁重合等して得られるPTFEを含む粉体である。
しかし、ファインパウダーは、乾燥、計量、梱包、及び移送等の作業をするときに扱いやすく、押出成形をする際における助剤混合、及び金型充填等の工程で取り扱いやすい。
特許文献2は、かかるファインパウダーを、炭酸ガスの存在下で、フィラーとともに解砕して、ファインパウダーと、フィラーとを均一に混合してPTFEとフィラーの凝集体を得る方法を開示している。特許文献2は、上記の方法で得られた凝集体に溶剤を添加し湿潤させて、所望の粒径を有する成形用の粉末を製造する方法を開示している。
以上より、特許文献1に記載の手法により得られた複合樹脂粒子の成形体には、CNTの凝集体が原因で、割れ等の欠陥が生じる。さらに、かかる成形体の機械物性は著しく低下し、成形体の導電性も不安定である。
さらに、特許文献2に記載された方法にあっては、30質量%と多量の黒鉛粉末を使用している。そのため当該方法で得られる複合樹脂粒子の成形体は、しなやかさ等の物性が低下する。
以上より、特許文献2に記載の方法は、多量のCNTを使用しないと、所望とする導電性を達成することができず、多量のCNTを使用することでファインパウダーが本来有するしなやかさ等の優れた性質が低下する。
[1] 乳化重合により得られるポリテトラフルオロエチレンを含むファインパウダーを、ケトン系溶媒の存在下で解砕する第一工程と、解砕された前記ファインパウダーと、カーボンナノ材料と、を前記ケトン系溶媒に分散させて複合樹脂粒子分散液を得る第二工程と、前記複合樹脂粒子分散液から前記ケトン系溶媒を除去して複合樹脂粒子を得る第三工程と、を含み、前記第一工程で前記ファインパウダーの平均粒径を50μm以下に解砕するとともに、前記ケトン系溶媒の温度を20℃以下にすることを特徴とする複合樹脂粒子の製造方法。
[2] 前記カーボンナノ材料の濃度が、前記カーボンナノ材料と前記ファインパウダーとの合計100質量%に対して0.01〜0.5質量%であることを特徴とする[1]に記載の複合樹脂粒子の製造方法。
[3] 前記ケトン系溶媒がメチルエチルケトン、アセトン、ジエチルケトン、メチルプロピルケトン、及びシクロヘキサノンからなる群より選ばれる少なくとも1つを含むことを特徴とする[1]又は[2]に記載の複合樹脂粒子の製造方法。
[4] 前記カーボンナノ材料がカーボンナノチューブであることを特徴とする[1]〜[3]のいずれか1項に記載の複合樹脂粒子の製造方法。
[5] [1]〜[4]のいずれか1項に記載の複合樹脂粒子の製造方法で製造された複合樹脂粒子を用いて成形された樹脂成形体。
[6] 乳化重合により得られるポリテトラフルオロエチレンを含むファインパウダー由来のポリテトラフルオロエチレンと、カーボンナノ材料とを含む複合樹脂粒子であって、当該複合樹脂粒子の体積抵抗率が1.0×109Ω・cm以下である複合樹脂粒子。
「平均粒径」とは、粒度分布計を用いて測定される値である。
「体積抵抗率」とは、抵抗率計(三菱化学アナリテック社製「ロレスタGPMCP−T610型」)を用いて四端子法により測定される値である。
「複合樹脂粒子分散液」とは、複合樹脂粒子が液状媒体に分散したものを意味する。
「複合樹脂粒子」とは、樹脂とカーボンナノ材料とを含んで構成される複合体の粒子を意味する。
以下、本発明を適用した一実施形態である複合樹脂粒子の製造方法について説明する。本実施形態の複合樹脂粒子の製造方法は、第一工程と、第二工程と、第三工程とを含む。第一工程は、乳化重合により得られるポリテトラフルオロエチレンを含むファインパウダー(以下、単に「ファインパウダー」と記すこともある。)を、ケトン系溶媒の存在下で解砕する工程である。第二工程は、解砕された前記ファインパウダーと、カーボンナノ材料と、を前記ケトン系溶媒に分散させて複合樹脂粒子分散液を得る工程である。第三工程は、前記複合樹脂粒子分散液から前記ケトン系溶媒を除去して複合樹脂粒子を得る工程である。
以下、本実施形態に係る複合樹脂粒子の製造方法を、各工程の順に詳細に説明する。
以下、本実施形態の複合樹脂粒子の製造方法の第一工程について説明する。
第一工程は、ケトン系溶媒の存在下で、ファインパウダーを解砕する工程である。
ケトン系溶媒としては、メチルエチルケトン、アセトン、ジエチルケトン、メチルプロピルケトン、及びシクロヘキサノン等が挙げられるがこれらに限定されない。ケトン系溶媒としては、合成したものを用いてもよく、市販品を用いてもよい。
ファインパウダーとしては、合成したものを用いてもよく、市販品を用いてもよい。
ファインパウダーの市販品としては、ダイキン工業株式会社製「PTFEファインパウダーグレードF−104(平均粒径:約500μm)」等が挙げられるがこれらに限定されない。
一般的に、ファインパウダーに含まれるPTFEの分子鎖は、製造時の乳化重合によって折りたたまれている。かかるファインパウダーの分子鎖は、20℃より高温の条件下で繊維状に開いてしまう傾向がある。分子鎖が繊維状に開くことによって、ファインパウダーが本来有するPTFE由来の物性等の性質は変化してしまう。
ファインパウダーを解砕する方法としては、ファインパウダーの粉体粒子にかかるせん断力が抑制されていれば特に限定されない。解砕方法の一例として、スターラーを用いた撹拌、超音波による解砕、及びフードプロセッサー等の公知の解砕機による解砕等が挙げられるがこれらに限定されない。
以下、本実施形態の複合樹脂粒子の製造方法の第二工程について説明する。
第二工程は、第一工程で解砕したファインパウダーと、カーボンナノ材料と、をケトン系溶媒に分散させて複合樹脂粒子分散液を得る工程である。複合樹脂粒子は、第二工程で生成される複合樹脂粒子である。当該複合樹脂粒子は、ファインパウダー由来のPTFEと、カーボンナノ材料とを含む。複合樹脂粒子分散液は、ファインパウダー由来のPTFEと、カーボンナノ材料とを含む複合樹脂粒子がケトン系溶媒に分散している液体である。
カーボンナノ材料としては、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、カーボンナノコイル、グラフェン、フラーレン、アセチレンブラック、ケッチョンブラック、カーボンブラック及びカーボンファイバー等が挙げられるがこれらに限定されない。
本実施形態の複合樹脂粒子の製造方法の一例では、ファインパウダーに対してきわめて少量のカーボンナノ材料を使用することで、得られる複合樹脂粒子に導電性を付与し、かつ、ファインパウダーの成形性、機械物性等の優れた物性をそのまま維持できる。
以下、本実施形態の複合樹脂粒子の製造方法の第三工程について説明する。
第三工程は、第二工程で作製した複合樹脂粒子分散液からケトン系溶媒を除去して複合樹脂粒子を得る工程である。複合樹脂粒子分散液からケトン系溶媒を除去する方法は、固液分離等の公知の溶媒除去方法であってよく、特に制限されない。
なお、複合樹脂粒子分散液は、真空乾燥、加熱乾燥、及び自然乾燥等公知の乾燥方法によって乾燥されてもよく、乾燥方法はこれらに限定されない。
以上説明した、本実施形態の複合樹脂粒子の製造方法によれば、第一工程を第二工程より先に行うので、ファインパウダーにカーボンナノ材料が均一に付着した複合樹脂粒子を製造することができる。
また、本実施形態の複合樹脂粒子の製造方法によれば、第一工程でファインパウダーの平均粒径を50μm以下に解砕し、ケトン系溶媒の温度を20℃以下にするので、ファインパウダーの分子鎖が繊維状に開くことを防止することができ、ファインパウダーの物性が損なわれにくい。
また、本実施形態の複合樹脂粒子の製造方法においては、CNTの凝集体を生じさせないために、ファインパウダーとCNTとを混合する前に、ファインパウダーを解砕し、平均粒径を50μm以下にしている。そのため、本実施形態の複合樹脂粒子の製造方法によれば、ファインパウダーの表面の凹凸が大きくなり、CNTが吸着できる面積が増え、均一にCNTを付着させやすい。
よって、本実施形態の複合樹脂粒子の製造方法によれば、ファインパウダー由来のPTFEの本来の物性が維持された複合樹脂粒子を製造することができる。
以下、本発明を適用した一実施形態である樹脂成形体について説明する。
本実施形態の樹脂成形体は、上述した本実施形態の「[複合樹脂粒子の製造方法]」の項の記載にしたがって製造された複合樹脂粒子を用いて成形された樹脂成形体である。
かかる複合樹脂粒子は、カーボンナノ材料がファインパウダー由来のPTFEに均一に付着している。そのため本実施形態の樹脂成形体は、成形性、及び機械的物性等のファインパウダー由来の優れた物性に加えて、優れた外観均一性を備えることができる。
本実施形態の樹脂成形体によれば、従来困難であったファインパウダー由来のPTFEに対するカーボンナノ材料の均一分散が可能となり、成形割れの発生、機械物性の低下が低減されたしなやかな成形体を得ることができる。
本実施形態の樹脂成形体は、半導体分野で利用される薬液チューブ等用の樹脂成形体としての用途を有する。
以下、本発明を適用した一実施形態である複合樹脂粒子について説明する。
本実施形態の複合樹脂粒子は、ファインパウダー由来のPTFEと、カーボンナノ材料とを含む。複合樹脂粒子は、ファインパウダーにカーボンナノ材料が均一に付着していることが好ましい。
ファインパウダー由来のPTFEと、カーボンナノ材料とを含む複合樹脂粒子であって、当該複合樹脂粒子の体積抵抗率が1.0×109Ω・cm以下である複合樹脂粒子。
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
たとえば、ケトン系溶媒には、本発明の効果を損なわない範囲であれば、水、及びアルコール系溶媒等の公知の溶媒が含まれていてもよい。
以下、本発明の効果について、実施例及び比較例によって詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施例の内容に限定されるものではない。
まず、PTFEファインパウダー5gとMEK20gとをビーカーに入れ、ビーカーを氷浴してMEKの温度を10℃以下に保持しながら、マグネチックスターラーを用いて撹拌を行った。マグネチックスターラーで撹拌しながら、超音波分散機(MST社製「UH−50」)を出力50W、周波数20kHzの条件で用いて、表1に示すように各例の解砕時間を変更して、MEK中にPTFEファインパウダーを解砕し、MEK樹脂スラリーを作製した。
CNT複合樹脂スラリー中のMEKを除去し、スラリーを乾燥させて複合樹脂粒子であるCNT複合フッ素樹脂粉末(CNT含有量0.05質量%)を得た。
実施例1,2で得られたCNT複合フッ素樹脂粉末について、複数の箇所で体積抵抗率を測定したところ、1.2×107〜6.7×107Ω・cmであった。
氷浴を行わなかったこと以外は、実施例1と同様にして、CNT複合フッ素樹脂粉末を作製した。得られたCNT複合フッ素樹脂粉末は、繊維化したゲル状の塊と粉末状の粉に分かれた。
繊維化したサンプルも含めて金型に充填して圧縮予備成形を実施したが、金型から予備成形体が容易に外れない状態であった。予備成形体を無理矢理取り出して評価サンプルを得た。
得られたCNT複合フッ素樹脂成形体、又は比較例2の成形体について体積抵抗率を以下の記載にしたがって測定した。
抵抗率計(三菱化学アナリテック社製「ロレスタGP MCP−T610型」、四端子法)を用いて体積抵抗率を測定した。測定結果を表1に示した。
金型による圧縮予備成形を行った後、金型から予備成形体が容易に外れたものを○、容易に外れなかったものを×と評価した。
得られたCNT複合フッ素樹脂成形体、又は比較例2の成形体について外観均一性を以下の記載にしたがって判定した。
目視による外観検査において大きさ1mm以上の樹脂凝集体個数が5.0個/cm2以下であり、かつ、大きさ1mm以上のCNT凝集体個数が1.0個/cm2であるものを良好と判定し、それ以外のものを不良と判定した。
Claims (4)
- 乳化重合により得られるポリテトラフルオロエチレンを含むファインパウダーを、温度が20℃以下であるケトン系溶媒の存在下で解砕する第一工程と、
解砕された前記ファインパウダーと、カーボンナノチューブと、を前記ケトン系溶媒に分散させて複合樹脂粒子分散液を得る第二工程と、
前記複合樹脂粒子分散液から前記ケトン系溶媒を除去して複合樹脂粒子を得る第三工程と、を含み、
前記第一工程では、前記ファインパウダーの平均粒径を50μm以下に超音波によって解砕することを特徴とする複合樹脂粒子の製造方法。 - 前記カーボンナノチューブの濃度が、前記カーボンナノチューブと前記ファインパウダーとの合計100質量%に対して0.01〜0.5質量%であることを特徴とする請求項1に記載の複合樹脂粒子の製造方法。
- 前記ケトン系溶媒がメチルエチルケトン、アセトン、ジエチルケトン、メチルプロピルケトン、及びシクロヘキサノンからなる群より選ばれる少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の複合樹脂粒子の製造方法。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載の複合樹脂粒子の製造方法で製造された複合樹脂粒子を用いて成形された樹脂成形体。
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