JP7069600B2 - 粉体組成物および粉体組成物の製造方法 - Google Patents
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そこで、解砕の程度を変更したこと以外は、特許文献1と同様にして、フッ素樹脂に膨張化黒鉛を混練してなる混練物を解砕し、平均粒子径が2000μm程度の粉体を得た後、得られた粉体を圧延してシートを得たが、粉体が変形しづらく、圧延でのシート成形が困難であり、シートの表面に凹凸が形成されてしまうという問題があった。
そこで、本発明は、粉飛散や粉落ちを防止し、取り扱い性を向上させることができ、また、粒子径を大きくして取り扱い性を向上させた場合でも、平坦シートが得られる粉体組成物を提供することを目的とする。
密度変化率(%)=(100kPa印加時の密度)/(10kPa印加時の密度)×100・・・(1)
なお、「20℃以上60℃以下の温度範囲」とは、「粉砕工程時における複合混合物の温度の範囲」を意味する。よって、仮に、撹拌機の設定温度が20℃以上60℃以下の温度範囲外(例えば、5℃)であったとしても、撹拌熱によって複合混合物の温度が20℃以上60℃以下になるのであれば、「20℃以上60℃以下の温度範囲」に含まれる。
また、本発明によれば、粉飛散や粉落ちを防止し、取り扱い性を向上させることができ、また、粒子径を大きくして取り扱い性を向上させた場合でも、平坦シートが得られる粉体組成物を効率的に製造することができる粉体組成物の製造方法を提供することができる。
本発明の粉体組成物は、例えば、所望の特性を有する複合材料シート等の成形体の形成に用いることができる。本発明の粉体組成物を用いて形成した複合材料シートは、例えば、発熱体に放熱体を取り付ける際に発熱体と放熱体との間に挟み込んで発熱体から良好に放熱させる、熱伝導シートとして使用することができる。
また、本発明の粉体組成物の製造方法は、粉体組成物の製造に使用することができる。
本発明の粉体組成物は、液状樹脂を含む樹脂を使用し、且つ、密度変化率および重量平均粒子径が所定の範囲内であることを特徴とする。
本発明の粉体組成物は、液状樹脂を含む樹脂と、無機粒子とが複合化された複合粒子を含有し、任意に、無機粒子単体等の複合粒子の製造過程で混入した粒子を更に含有する。
本発明の粉体組成物が満たすべき密度変化率は、以下の式(1):
密度変化率(%)=(100kPa印加時の密度)/(10kPa印加時の密度)×100・・・(1)
で表すことができ、170%以上であることを必要とする。密度変化率が上記下限以上でなければ、粉体組成物を圧延した際に容易な変形が行われず、加圧により平滑なシートを得ることができない。従って、密度変化率が上記下限以上でなければ、重量平均粒子径を1mm以上4mm以下にした場合に、平坦シートを得ることができない。
また、密度変化率は、175%以上であることが好ましく、190%以下であることが好ましく、180%以下であることがより好ましい。密度変化率が上記下限以上であれば、より平坦なシートを得ることができるからである。また、密度変化率が上記上限以下であれば、ハンドリングに耐え得る、適度な変形性を有することができるからである。
なお、粉体組成物の密度変化率は、本明細書の実施例に記載した方法に従って測定することができる。
本発明の粉体組成物が満たすべき重量平均粒子径は、1mm以上4mm以下の範囲内であることを必要とする。重量平均粒子径が上記下限以上でなければ、粉飛散や粉落ちを防止し、取り扱い性を向上させることができない。また、重量平均粒子径が上記上限以下でなければ、複合材料シートを形成した場合に、当該複合材料シートの凹凸(平坦性)および強度を良好にすることができない。
また、重量平均粒子径は、2mm以上であることが好ましく、3mm以下であることが好ましい。重量平均粒子径が上記下限以上であれば、粉飛散や粉落ちをより防止し、取り扱い性をより向上させることができるからである。また、重量平均粒子径が上記上限以下であれば、当該複合材料シートの凹凸(平坦性)および強度をより良好にすることができるからである。
なお、粉体組成物の重量平均粒子径は、本明細書の実施例に記載したふるい分級による測定方法に従って測定することができる。
本発明の粉体組成物に含まれる複合粒子は、少なくとも、液状樹脂と、無機粒子とを含み、任意に、固体樹脂、繊維状炭素材料、および添加剤などを更に含んでいてもよい。
そして、複合粒子の粒子径は、重量平均粒子径で1mm以上であることが好ましく、2mm以上であることがより好ましく、4mm以下であることが好ましく、3mm以下であることがより好ましい。複合粒子の粒子径が上記下限以上であれば、粉体組成物において粉飛散や粉落ちをより防止し、取り扱い性をより向上させることができるからである。また、複合粒子の粒子径が上記上限以下であれば、粉体組成物において当該複合材料シートの凹凸(平坦性)および強度をより良好にすることができるからである。
液状樹脂としては、常温常圧下で液体である限り、特に限定されることなく、例えば、常温常圧下で液体の熱可塑性樹脂、を用いることができる。
液状樹脂として常温常圧下で液体の熱可塑性樹脂を用いれば、例えば、液状樹脂および無機粒子を加熱しながら混合することにより、均一に混合された複合混合物を得易い。また、例えば、得られた複合粒子を含む粉体組成物を加熱しながら加圧(加熱プレス)して複合材料シートを成形する場合に、シート表面の平滑性をより良好にできるなど、成形性に優れる。なお、通常、常温常圧下で液体の熱可塑性樹脂を含む複合粒子は加熱によりブロッキングし易くなるところ、後述する本発明の製造方法では、複合混合物の粉砕工程時に上記所定の条件にて無機粒子Bを添加しているため、常温常圧下で液体の熱可塑性樹脂を含む複合粒子であってもブロッキングを良好に抑制できる。
ここで、本明細書において、「常温」とは23℃を指し、「常圧」とは、1atm(絶対圧)を指す。
なお、本明細書において、「粘度」は、温度105℃にて、E型粘度計(BROOKFIELD社製、装置名「BROOKFIELD DIGITAL VISCOMETER MODEL DV-II Pro」)を用いて測定した。
固体樹脂としては、常温常圧下で液体でない限り、特に限定されることなく、例えば、常温常圧下で固体の熱可塑性樹脂、常温常圧下で固体の熱硬化性樹脂、を用いることができる。
常温常圧下で固体の熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリ(アクリル酸2-エチルヘキシル)、アクリル酸とアクリル酸2-エチルヘキシルとの共重合体、ポリメタクリル酸またはそのエステル、ポリアクリル酸またはそのエステルなどのアクリル樹脂;シリコーン樹脂;フッ素樹脂;ポリエチレン;ポリプロピレン;エチレン-プロピレン共重合体;ポリメチルペンテン;ポリ塩化ビニル;ポリ塩化ビニリデン;ポリ酢酸ビニル;エチレン-酢酸ビニル共重合体;ポリビニルアルコール;ポリアセタール;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;ポリエチレンナフタレート;ポリスチレン;ポリアクリロニトリル;スチレン-アクリロニトリル共重合体;アクリロニトリル-ブタジエン共重合体(ニトリルゴム);アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン共重合体(ABS樹脂);スチレン-ブタジエンブロック共重合体またはその水素添加物;スチレン-イソプレンブロック共重合体またはその水素添加物;ポリフェニレンエーテル;変性ポリフェニレンエーテル;脂肪族ポリアミド類;芳香族ポリアミド類;ポリアミドイミド;ポリカーボネート;ポリフェニレンスルフィド;ポリサルホン;ポリエーテルサルホン;ポリエーテルニトリル;ポリエーテルケトン;ポリケトン;ポリウレタン;液晶ポリマー;アイオノマー;などが挙げられる。これらは、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
なお、本発明において、ゴムは、「樹脂」に含まれるものとする。
常温常圧下で固体の熱硬化性樹脂としては、例えば、天然ゴム;ブタジエンゴム;イソプレンゴム;ニトリルゴム;水素化ニトリルゴム;クロロプレンゴム;エチレンプロピレンゴム;塩素化ポリエチレン;クロロスルホン化ポリエチレン;ブチルゴム;ハロゲン化ブチルゴム;ポリイソブチレンゴム;エポキシ樹脂;ポリイミド樹脂;ビスマレイミド樹脂;ベンゾシクロブテン樹脂;フェノール樹脂;不飽和ポリエステル;ジアリルフタレート樹脂;ポリイミドシリコーン樹脂;ポリウレタン;熱硬化型ポリフェニレンエーテル;熱硬化型変性ポリフェニレンエーテル;などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
複合粒子中の樹脂(液状樹脂および固体樹脂)の含有割合は、特に制限されることなく、35質量%以上であることが好ましく、95質量%以下であることが好ましい。樹脂の含有割合が上記下限以上であれば、複合粒子に柔軟性をより付与し、例えば、複合粒子を含む粉体組成物を複合材料シート等に成形する際の加工性に優れるからである。また、樹脂(液状樹脂および固体樹脂)の含有割合が上記上限以下であれば、複合粒子のブロッキングをより抑制し、ハンドリング性をより向上させ得るからである。
複合粒子に含まれる無機粒子としては、特に限定されることなく、例えば、複合粒子を含む粉体組成物を用いて得られる複合材料シートに付与したい所望の特性を発揮し得る任意の無機粒子とすることができる。このような無機粒子としては、例えば、粒子状炭素材料、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化チタン等が挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
そして、例えば、複合材料シートに高い熱伝導性を付与する場合には、上述した中でも、無機粒子が、粒子状炭素材料、窒化ホウ素、および/または窒化アルミニウムであることが好ましい。また、例えば、複合材料シートに高い光反射性を付与する場合には、上述した中でも、無機粒子が酸化チタンであることが好ましい。
以下、本発明の粉体組成物を用いてなる複合材料シートを熱伝導シートとして使用する例について記載する場合があるが、本発明はこの一例に限られない。
粒子状炭素材料としては、特に限定されることなく、例えば、人造黒鉛、鱗片状黒鉛、薄片化黒鉛、天然黒鉛、酸処理黒鉛、膨張性黒鉛、膨張化黒鉛などの黒鉛;カーボンブラック;などを用いることができる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
中でも、粒子状炭素材料としては、膨張化黒鉛を用いることが好ましい。膨張化黒鉛を使用すれば、複合材料シートの熱伝導性を向上させることができるからである。
ここで、粒子状炭素材料として好適に使用し得る膨張化黒鉛は、例えば、鱗片状黒鉛などの黒鉛を硫酸などで化学処理して得た膨張性黒鉛を、熱処理して膨張させた後、微細化することにより得ることができる。そして、市販の膨張化黒鉛としては、例えば、伊藤黒鉛工業株式会社製のEC1500、EC1000、EC500、EC300、EC100、EC50(いずれも商品名)等が挙げられる。
ここで、無機粒子の粒子径は、体積平均粒子径で150μm以上であることが好ましく、200μm以上であることがより好ましく、400μm以下であることが好ましく、300μm以下であることがより好ましい。無機粒子の粒子径が上記下限以上であれば、例えば、複合粒子を含む粉体組成物を用いてなる複合材料シートにより良好な強度を与えることができるからである。また、無機粒子の粒子径が上記上限以下であれば、例えば、液状樹脂および無機粒子を混合する際の混合容易性、および/または、複合粒子を含む粉体組成物をシート化する際の成形性に優れるからである。
なお、本発明において「体積平均粒子径」は、例えば、レーザー回折/散乱式粒子径分布測定装置(堀場製作所製、型式「LA-960」)を用いて、レーザー回折法を用いて測定された粒子径分布において、小径側から計算した累積体積が50%となるときの粒子径(D50)として求めることができる。
ここで、無機粒子の体積平均粒子径を測定する際には、特に限定されることなく、例えば、粉体組成物(複合粒子)に含まれている樹脂に対する良溶媒を用いて樹脂を溶解させる、または、樹脂を熱分解させる等の任意の手法を用いて、粉体組成物(複合粒子)を調製する際に用いる複合混合物から無機粒子を取り出して行うことができる。
また、本発明において、無機粒子のアスペクト比(長径/短径)は、1以上10以下であることが好ましく、1以上5以下であることがより好ましい。
また、本発明において、無機粒子などの「無機粒子のアスペクト比」は、無機粒子をSEM(走査型電子顕微鏡)で観察し、任意の50個の無機粒子について、最大径(長径)と、最大径に直交する方向の粒子径(短径)とを測定し、長径と短径の比(長径/短径)の平均値を算出することにより求めることができる。
ここで、無機粒子のアスペクト比を測定する際には、特に限定されることなく、例えば、粉体組成物(複合粒子)に含まれている樹脂に対する良溶媒を用いて樹脂を溶解させる、または、樹脂を熱分解させる等の任意の手法を用いて、粉体組成物(複合粒子)を調製する際に用いる複合混合物から無機粒子を取り出して行うことができる。
複合粒子が更に含み得る繊維状炭素材料としては、特に限定されることなく、例えば、カーボンナノチューブ、気相成長炭素繊維、有機繊維を炭化して得られる炭素繊維、およびそれらの切断物などを用いることができる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
例えば、複合粒子に繊維状炭素材料を更に含有させれば、複合粒子を含む粉体組成物を用いて得られ得る複合材料シートの熱伝導性を更に向上させることができると共に、無機粒子の粉落ちを防止することもできる。なお、繊維状炭素材料を配合することで粒子状炭素材料の粉落ちを防止することができる理由は、明らかではないが、繊維状炭素材料が三次元網目構造を形成することにより、熱伝導性や強度を高めつつ無機粒子の脱離を防止しているためであると推察される。
[[性状]]
ここで、繊維状炭素材料として好適に使用し得る、カーボンナノチューブを含む繊維状炭素ナノ構造体は、カーボンナノチューブ(以下、「CNT」と称することがある。)のみからなるものであってもよいし、CNTと、CNT以外の繊維状炭素ナノ構造体との混合物であってもよい。
なお、3層以上の多層カーボンナノチューブのみからなる繊維状炭素ナノ構造体のラマンスペクトルには、RBMが存在しない。従って、CNTを含む繊維状炭素ナノ構造体は、ラマン分光法を用いて評価した際に、Radial Breathing Mode(RBM)のピークを有することが好ましい。
なお、「繊維状炭素ナノ構造体の平均直径(Av)」および「繊維状炭素ナノ構造体の直径の標準偏差(σ:標本標準偏差)」は、それぞれ、透過型電子顕微鏡を用いて無作為に選択した繊維状炭素ナノ構造体100本の直径(外径)を測定して求めることができる。そして、CNTを含む繊維状炭素ナノ構造体の平均直径(Av)および標準偏差(σ)は、CNTを含む繊維状炭素ナノ構造体の製造方法や製造条件を変更することにより調整してもよいし、異なる製法で得られたCNTを含む繊維状炭素ナノ構造体を複数種類組み合わせることにより調整してもよい。
なお、本発明において、「BET比表面積」とは、BET法を用いて測定した窒素吸着比表面積を指す。
そして、上述した性状を有するCNTを含む繊維状炭素ナノ構造体は、例えば、カーボンナノチューブ製造用の触媒層を表面に有する基材上に、原料化合物およびキャリアガスを供給して、化学的気相成長法(CVD法)によりCNTを合成する際に、系内に微量の酸化剤(触媒賦活物質)を存在させることで、触媒層の触媒活性を飛躍的に向上させるという方法(スーパーグロース法;国際公開第2006/011655号参照)に準じて、効率的に製造することができる。なお、以下では、スーパーグロース法により得られるカーボンナノチューブを「SGCNT」と称することがある。
そして、複合粒子を調製する際に用いる複合混合物中の繊維状炭素材料の含有割合は、0質量%とすることができるが、0.01質量%以上であることが好ましく、0.05質量%以上であることがより好ましく、1質量%以下であることが好ましく、0.2質量%以下であることがより好ましい。繊維状炭素材料の含有割合が上記下限以上であれば、複合粒子を含む粉体組成物を用いて得られ得る複合材料シートの熱伝導性および強度を更に向上させることができると共に、粒子状炭素材料と併用した際に粒子状炭素材料が粉落ちすることをより防止できるからである。また、繊維状炭素材料の含有割合が上記上限以下であれば、繊維状炭素材料の配合により、複合粒子を調製する際に用いる複合混合物の柔軟性が低下することを抑制できるからである。
複合粒子が更に含み得る添加剤としては、特に限定されることなく、例えば、脂肪酸エステルなどの可塑剤;赤リン系難燃剤、リン酸エステル系難燃剤などの難燃剤;フッ素オイル(ダイキン工業株式会社製のデムナムシリーズ)のように可塑剤と難燃剤とを兼ねる添加剤;ウレタンアクリレートなどの靭性改良剤;酸化カルシウム、酸化マグネシウムなどの吸湿剤;シランカップリング剤、チタンカップリング剤、酸無水物などの接着力向上剤;ノニオン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤などの濡れ性向上剤;無機イオン交換体などのイオントラップ剤;等が挙げられる。
また、複合粒子中の添加剤の含有割合は、添加剤の効果に応じて任意に選択することができる。
複合粒子の構造としては、例えば、液状樹脂と、無機粒子とを含み、任意に、固体樹脂、繊維状炭素材料、および添加剤を更に含む粒子本体の表層部に無機粒子が偏在している構造が挙げられる。
なお、複合粒子の構造は、例えば、SEM(走査型電子顕微鏡)を用いて複合粒子の断面を観察することにより、確認することができる。
以下、本発明の粉体組成物の製造方法について説明するが、本発明の粉体組成物を製造するための製法としては、本発明の粉体組成物の製造方法に限定されるものではない。
後述する本発明の粉体組成物の製造方法における粉砕工程では、例えば、上述した複合混合物を粉砕して複合粒子を含む粉体組成物を得るに際し、当該複合混合物に所定の条件で無機粒子Bを添加する。
無機粒子Bとしては、上述した無機粒子Aと同様の粒子、上述した無機粒子Aと異なる粒子、が挙げられる。また、複合粒子を含む粉体組成物を用いてなる複合材料シートに所望の特性をより発揮させる観点からは、無機粒子Aおよび無機粒子Bは同一の粒子であることが好ましい。更に、例えば、複合粒子を含む粉体組成物を用いてなる複合材料シートに優れた熱伝導性を付与する観点からは、上述した無機粒子Aおよび無機粒子Bの少なくとも一方が粒子状炭素材料であることが好ましく、少なくとも上述した無機粒子Aが粒子状炭素材料であることがより好ましく、無機粒子Aおよび無機粒子Bの両方が粒子状炭素材料であることが更に好ましい。そして、粒子状炭素材料としては、無機粒子について前述した粒子状炭素材料と同様の例を挙げることができる。
ここで、無機粒子Bの粒子径は、体積平均粒子径で150μm以上であることが好ましく、200μm以上であることがより好ましく、400μm以下であることが好ましく、300μm以下であることがより好ましい。無機粒子Bの粒子径が上記下限以上であれば、ハンドリング性により優れると共に、無機粒子Bが添加された複合混合物を粉砕する際に無機粒子Bが複合混合物の内部に入り込まずに表層部により良好に付着し易いからである。ここで、無機粒子Bが複合混合物の表層部に付着して、複合混合物の表層部が無機粒子Bで被覆されることにより、複合混合物を粉砕して得られる複合粒子の耐ブロッキング性およびハンドリング性を向上させ、良好な複合材料シートを得ることができると推察される。また、無機粒子Bの粒子径が上記上限以下であれば、複合粒子の周りを効率よく無機粒子Bで被覆することができるからである。
本発明の粉体組成物の製造方法が任意に有し得る混練工程では、例えば、後述する粉砕工程に先立ち、液状樹脂、無機粒子A、並びに、任意の固体樹脂、任意の繊維状炭素材料、および、任意の添加剤を混練することにより複合混合物を得る。また、混練工程で得られた複合混合物を、後述する粉砕工程にて用いることができる。
なお、混練工程で用いる液状樹脂、無機粒子A、並びに、任意の固体樹脂、任意の繊維状炭素材料、および、任意の添加剤は、前述した液状樹脂、無機粒子A、並びに、任意の固体樹脂、任意の繊維状炭素材料、および、任意の添加剤に従うことができる。
本発明の粉体組成物の製造方法では、液状樹脂および無機粒子Aを含む複合混合物を粉砕して複合粒子を含む粉体組成物を得る粉砕工程を有する。そして、粉砕工程時に、20℃以上60℃以下の温度範囲で、複合混合物に対して無機粒子Bを添加することが必要である。
複合混合物は、液状樹脂および無機粒子Aを含み、任意に、固体樹脂、繊維状炭素材料、および添加剤を更に含んでいてもよい。そして、複合混合物としては、例えば、上述した混練工程に従って得られた複合混合物を用いてもよく、市販品を用いてもよい。
そして、無機粒子Aの含有割合は、特に制限されることなく、前記複合混合物における無機粒子Aの含有量と後述する無機粒子Bの添加量との合計に対して、70質量%以上とすることが好ましく、95質量%以下とすることが好ましい。無機粒子Aの含有割合が上記下限以上であれば、例えば、複合粒子を含む粉体組成物を用いてなる複合材料シートに所望の特性を更に発揮させると共に、更に良好な強度を与えることができるからである。また、無機粒子Aの含有割合が上記上限以下であれば、複合粒子を含む粉体組成物を用いてなる複合材料シートに更に良好な柔軟性を付与することができるからである。
粉砕は、例えば、上述した液状樹脂、無機粒子A、並びに、任意の固体樹脂、任意の繊維状炭素材料、および、任意の添加剤を含む複合混合物を粉砕できれば、特に限定されることなく、カッターミル、ハンマーミル、ビーズミル、振動ミル、流星型ボールミル、サンドミル、ボールミル、ロールミル、三本ロールミル、ジェットミル、高速回転式粉砕機等を用いて行うことができる。中でも、カッターミルまたはハンマーミルを用いることが望ましい。
また、粉砕条件は、粉砕後の所望の粒子径に合わせて粉砕装置、粉砕強度などを適宜調整すればよい。例えば、粉砕強度の調整は、粉砕装置の容量;複合混合物に含まれる液状樹脂、無機粒子A、並びに、任意の固体樹脂、任意の繊維状炭素材料、および、任意の添加剤の種類、性状、含有割合;無機粒子Bの種類、性状、添加量;粉砕装置に設けられた撹拌羽のサイズおよび形状;粉砕温度、粉砕時間、粉砕速度(撹拌羽の回転速度など)等の粉砕条件;並びにこれらの組み合わせ等の多くの要素を制御して、被粉砕物に加えるエネルギーを調整することで行える。中でも、作業容易性の観点からは、粉砕強度の調整は、粉砕時間および粉砕速度の制御により行うことが好ましく、例えば、粉砕速度および/または粉砕時間を大きくすることにより粉砕強度を高めることができる。
ここで、本発明の粉体組成物の製造方法では、粉砕工程時における無機粒子Bの添加を20℃以上60℃以下の温度範囲で(即ち、粉砕工程時における複合混合物の温度を20℃以上60℃以下として)行う必要がある。粉砕工程時における無機粒子Bの添加が上記範囲外の温度で行われると、適切なサイズの粉体組成物を得ることができないからである。
また、上記温度範囲は、20℃以上であることが好ましく、30℃以上であることがより好ましく、60℃以下であることが好ましく、50℃以下であることがより好ましい。上記温度範囲が上記下限以上の関係を満たせば、複合粒子が低温で硬くなって適度に解砕されず、無機粒子Bが複合粒子を被覆しないこと等を防止することができる。また、上記温度範囲が上記上限以下の関係を満たせば、複合粒子が高温によって過度な粘性を有して撹拌装置に付着すること等を防止することができる。
本発明の粉体組成物の製造方法では、粉砕工程時に添加する無機粒子Bの添加量(質量)が、前記複合混合物における無機粒子Aの含有量と前記無機粒子Bの添加量との合計の5質量%以上30質量%以下であることが好ましい。無機粒子Bの添加量が上記範囲内の関係を満たせば、良好に複合化することができる。
また、上記粉砕工程時に添加する無機粒子Bの添加量(質量)は、複合混合物における無機粒子Aの含有量と無機粒子Bの添加量の合計に対して、5質量%以上であることがより好ましく、10質量%以上であることが特に好ましく、30質量%以下であることがより好ましく、20質量%以下であることが特に好ましい。無機粒子Bの添加量が上記下限以上の関係を満たせば、添加された無機粒子Bが複合混合物の表層部により良好に付着して表面を十分に覆う。従って、得られる複合粒子にブロッキングが生じることをより抑制し、より優れたハンドリング性を与えることができる。また、無機粒子Bの添加量が上記上限以下の関係を満たせば、無機粒子Bを過度に添加することなく、例えば、複合粒子を含む粉体組成物を用いて複合材料シートを形成した場合に、当該複合材料シートの凹凸(平坦性)および強度をより良好にできる。
上述した粉砕工程を経て得られた粉体組成物は、複合粒子を含み、例えば、当該複合粒子とは別に、添加された無機粒子Bの若干量を更に含んでいてもよい。ここで、粉体組成物が複合粒子とは別に更に含み得る無機粒子Bの若干量(含有量)は、無機粒子Bの全添加量の10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましく、0質量%であることが更に好ましい。つまり、粉体組成物は複合粒子のみからなり、添加された無機粒子Bの全てが複合粒子を構成していることが更に好ましい。
そして、実施例および比較例において、粉体組成物の粒度分布;粉体組成物の重量平均粒子径;粉体組成物の密度;粉体組成物の耐粉落ち性;粉体組成物の粉飛散;シートの表面平坦度は、それぞれ以下の方法に従って測定または評価した。
粉体組成物の重量平均粒子径測定は音波式ふるい分け粒度分布測定器(PRS-105、(株)セイシン企業社製)を用いて行った。音波強度60、周波数51Hz、立ち上げ時間0.1分、分級時間3.0分にて、サンプル3g~5g程度を載せ、分級し平均粒径を求めた。使用したふるいの目開きは、上から5600μm、4750μm、4000μm、3350μm、2360μm、1700μm、1000μm、500μmのものを使用した。重量平均粒径の求め方は、累積重量が50%となったふるいの目開き(μm)を重量平均粒子径測定とした。
粉体組成物の潰れやすさは、粉体層せん断力測定装置((株)ナノシーズ製、NS-S300)を用いて行った。密度測定には、粉体組成物3.6gを使用し、内径15mmの測定容器に入れ、下記式に示すように、10kPaを印加した密度(単位:g/cm3)と100kPaを印加した密度(単位:g/cm3)との変化(密度変化率)を評価した。密度変化率が大きい方が加圧に対して変形が容易なため、平滑なシートが作製しやすく望ましい。
密度変化率(%)=(100kPa印加時の密度)/(10kPa印加時の密度)×100・・・(1)
粉体組成物50gを、サンドブラスト処理を施した厚み50μmのPETフィルム(保護フィルム)で挟み、ロール間隙550μm、ロール温度50℃、ロール線圧50kg/cm、ロール速度1m/分の条件にて圧延成形(一次加圧)し、厚さ約0.5mmのシート状成形物を得た。シート状成形物の上にシクロヘキサンを十分に染み込ませた紙製ウエス(商品名:キムワイプ)を乗せた。更に、紙製ウエスの上に、均一に圧力がかかるように、2kgの重しを乗せた。30秒経過後に重しを外して、紙製ウエスに付着した物質の有無を目視にて確認し、以下の基準で評価した。
○:紙製ウエスに付着物無し
×:紙製ウエスに付着物有り
粉体組成物50gを、30cmの高さからなだらかに容器に落とした。容器から水平方向に30cm離したところに、デジタル粉塵計(DUSTTRAKIIエアロゾルモニタ TSI社製)を設置し、発生する粉じんを測定した。なお、デジタル粉塵計のフィルターとして10μmのものを用いた。また測定環境下における正常な状態をベースラインとして観測し、それとの値の差を評価した。
以下の基準で評価した。
○:観測したピークの値が0.03mg/m3以下
×:観測したピークの値が0.03mg/m3超
粉体組成物を後述する工程にてシート化したものを試験体とする。そして、当該測定対象面の光沢度を、グロスメーター(東京電色製、型番「GLOSS METER GP-60A」、入射角度:60度)用いて測定した。光沢度の数値が大きいほど、シートが平滑であることを意味し、変形しずらい粉体組成物をシート化した場合、凹凸がありシートの光沢が低くなる。
○:測定した60度光沢の値が20以上
×:測定した60度光沢の値が20未満
<粉体組成物(複合粒子)の調製>
常温常圧下で液体の熱可塑性フッ素樹脂(ダイキン工業株式会社製、商品名「ダイエルG-101」)80部と、常温常圧下で固体の熱可塑性フッ素樹脂(スリーエムジャパン株式会社製、商品名「ダイニオンFC2211」、ムーニー粘度:27ML1+4(100℃))20部と、粒子状炭素材料としての膨張化黒鉛(伊藤黒鉛工業株式会社製、商品名「EC100」、重量平均粒子径:250μm)45部とを、加圧ニーダー(日本スピンドル製)を用いて、温度150℃にて20分間撹拌混合して(表1における前練り)、複合混合物を得た。
次いで、得られた複合混合物を解砕装置としてのFMミキサ(日本コークス工業株式会社製FM150)にて回転速度2100rpmにて解砕しながら、粒子状炭素材料としての膨張化黒鉛5部(複合混合物における無機粒子の含有量(45部)と無機粒子の添加量(5部)との合計の10質量%)を投入し、材料温度を60℃に保った状態で撹拌して(撹拌熱で温度上昇するため装置温度は5℃とした)、複合粒子からなる粉体組成物を得た。
さらに、得られた粉体組成物について、重量平均粒子径測定、密度測定、耐粉落ち性評価、および粉飛散評価を行った。結果を表1に示す。
次いで、得られた複合粒子からなる粉体組成物5gを、サンドブラスト処理を施した厚み50μmのPETフィルム(保護フィルム)で挟み、ロール間隙550μm、ロール温度50℃、ロール線圧50kg/cm、ロール速度1m/分の条件にて圧延成形し、厚み0.5mmの複合材料シートを得た。
さらに、得られた複合材料シートについて、表面平坦度測定を行った。結果を表1に示す。
実施例1において、回転速度を2100rpmにて解砕することに代えて、回転速度を1000rpmにて解砕したこと以外は、実施例1と同様にして、複合粒子からなる粉体組成物の調製、および、複合材料シートの形成を行った。
そして、実施例1と同様にして、得られた粉体組成物について、重量平均粒子径測定、密度測定、耐粉落ち性評価、および粉飛散評価を行い、得られた複合材料シートについて表面平坦度測定を行った。結果を表1に示す。
実施例1において、材料温度を60℃に保った状態で撹拌することに代えて、材料温度を20℃に保った状態で撹拌したこと以外は、実施例1と同様にして、複合粒子からなる粉体組成物の調製、および、複合材料シートの形成を行った。
そして、実施例1と同様にして、得られた粉体組成物について、重量平均粒子径測定、密度測定、耐粉落ち性評価、および粉飛散評価を行い、得られた複合材料シートについて表面平坦度測定を行った。結果を表1に示す。
実施例1において、膨張化黒鉛45部を混合して得た複合混合物に対して膨張化黒鉛5部を投入することに代えて、膨張化黒鉛40部を混合して得た複合混合物に対して膨張化黒鉛10部(複合混合物における無機粒子の含有量(40部)と無機粒子の添加量(10部)との合計の20質量%)を投入したこと以外は、実施例1と同様にして、複合粒子からなる粉体組成物の調製、および、複合材料シートの形成を行った。
そして、実施例1と同様にして、得られた粉体組成物について、重量平均粒子径測定、密度測定、耐粉落ち性評価、および粉飛散評価を行い、得られた複合材料シートについて表面平坦度測定を行った。結果を表1に示す。
実施例1において、常温常圧下で液体の熱可塑性フッ素樹脂80部と、常温常圧下で固体の熱可塑性フッ素樹脂20部と、膨張化黒鉛45部とを撹拌混合することに代えて、常温常圧下で液体の熱可塑性フッ素樹脂100部と、膨張化黒鉛45部とを撹拌混合したこと以外は、実施例1と同様にして、複合粒子からなる粉体組成物の調製、および、複合材料シートの形成を行った。
そして、実施例1と同様にして、得られた粉体組成物について、重量平均粒子径測定、密度測定、耐粉落ち性評価、および粉飛散評価を行い、得られた複合材料シートについて表面平坦度測定を行った。結果を表1に示す。
実施例1において、粉体組成物(複合粒子)の調製を実施例1のように行うことに代えて、粉体組成物(複合粒子)の調製を下記のように行ったこと以外は、実施例1と同様にして、複合材料シートの形成を行った。
そして、実施例1と同様にして、得られた粉体組成物について、重量平均粒子径測定、密度測定、耐粉落ち性評価、および粉飛散評価を行い、得られた複合材料シートについて表面平坦度測定を行った。結果を表1に示す。
常温常圧下で固体の熱可塑性フッ素樹脂(スリーエムジャパン株式会社製、商品名「ダイニオンFC2211」、ムーニー粘度:27ML1+4(100℃))80部と、粒子状炭素材料としての膨張化黒鉛(伊藤黒鉛工業株式会社製、商品名「EC100」、体積平均粒子径:250μm)130部とを、ホバートミキサー(株式会社小平製作所製、商品名「ACM-5LVT型」)を用いて150℃、1時間撹拌混合して(表1における前練り)、複合混合物を得た。
次いで、得られた複合混合物を1時間真空脱泡し、解砕機(コーヒーミル:カリタ製)で30秒間解砕してふるい分級を行い、重量平均粒子径が500μmの粉体組成物を得た。
比較例1において、解砕機による解砕時間を30秒にすることに代えて、解砕時間を10秒にし、ふるい分級で重量平均粒子径が2360μmの粉体組成物を得ること以外は、比較例1と同様にして、複合粒子からなる粉体組成物の調製、および、複合材料シートの形成を行った。
そして、比較例1と同様にして、得られた粉体組成物について、重量平均粒子径測定、密度測定、耐粉落ち性評価、および粉飛散評価を行い、得られた複合材料シートについて表面平坦度測定を行った。結果を表1に示す。
実施例1において、材料温度を60℃に保った状態で撹拌することに代えて、材料温度を70℃に保った状態で撹拌したこと以外は、実施例1と同様にして、複合粒子からなる粉体組成物の調製を行った。
本比較例3では、粉体組成物が解砕装置に貼りついてしまい、粉体組成物を得ることができなかったため、粉体組成物についての、重量平均粒子径測定、密度測定、耐粉落ち性評価、および粉飛散評価を行うことはできず、また、複合材料シートを得ることもできなかった。
実施例1において、材料温度を60℃に保った状態で撹拌することに代えて、材料温度を15℃に保った状態で撹拌したこと以外は、実施例1と同様にして、複合粒子からなる粉体組成物の調製を行った。
本比較例4では、調製した粉体組成物が直径約20mmの塊となり、該塊が硬すぎて解砕することができずに粉体組成物を得ることができなかったため、粉体組成物についての、重量平均粒子径測定、密度測定、耐粉落ち性評価、および粉飛散評価を行うことはできず、また、複合材料シートを得ることもできなかった。
実施例1において、膨張化黒鉛45部を混合して得た複合混合物を解砕しながら、複合混合物に対して膨張化黒鉛5部を投入することに代えて、膨張化黒鉛45部を混合して得た複合混合物を解砕し、その後、複合混合物に対して膨張化黒鉛5部を投入したこと以外は、実施例1と同様にして、複合粒子からなる粉体組成物の調製、および、複合材料シートの形成を行った。
そして、実施例1と同様にして、得られた粉体組成物について、重量平均粒子径測定、密度測定、耐粉落ち性評価、および粉飛散評価を行い、得られた複合材料シートについて表面平坦度測定を行った。結果を表1に示す。
また、本発明によれば、粉飛散や粉落ちを防止し、取り扱い性を向上させることができ、また、粒子径を大きくして取り扱い性を向上させた場合でも、平坦シートが得られる粉体組成物を効率的に製造することができる粉体組成物の製造方法を提供することができる。
Claims (5)
- 液状熱可塑性樹脂を含む熱可塑性樹脂と、膨張化黒鉛粒子とが複合化された複合粒子を含む粉体組成物であって、
前記複合粒子中の前記熱可塑性樹脂の含有割合が、35質量%以上95質量%以下であり、且つ、前記熱可塑性樹脂中における前記液状熱可塑性樹脂の含有割合が、60質量%以上であり、
以下の式(1)で表される密度変化率が170%以上であり、且つ、重量平均粒子径が1mm以上4mm以下である、粉体組成物であって、
前記液状熱可塑性樹脂の温度105℃における粘度が、500mPa・s以上30000mPa・s以下である、粉体組成物。
密度変化率(%)=(100kPa印加時の密度)/(10kPa印加時の密度)×100・・・(1) - 前記膨張化黒鉛粒子の体積平均粒子径が、150μm以上400μm以下である、請求項1に記載の粉体組成物。
- 請求項1または2に記載の粉体組成物を製造する粉体組成物の製造方法であって、
前記製造方法が、前記液状熱可塑性樹脂を含む熱可塑性樹脂および膨張化黒鉛粒子Aを含む複合混合物を粉砕して複合粒子を含む粉体組成物を得る粉砕工程を含み、
前記粉砕工程時に、20℃以上60℃以下の温度範囲で、前記複合混合物に対して前記膨張化黒鉛粒子Aと同一の又は異なる膨張化黒鉛粒子からなる膨張化黒鉛粒子Bをさらに添加する、粉体組成物の製造方法。 - 前記膨張化黒鉛粒子Bの添加量が、前記複合混合物における膨張化黒鉛粒子Aの含有量と前記膨張化黒鉛粒子Bの添加量との合計の5質量%以上30質量%以下である、請求項3に記載の粉体組成物の製造方法。
- 前記粉砕工程に先立ち、前記液状熱可塑性樹脂を含む熱可塑性樹脂および前記膨張化黒鉛粒子Aを5℃以上150℃以下の混練温度で混練することにより、前記液状熱可塑性樹脂を含む熱可塑性樹脂および前記膨張化黒鉛粒子Aを含む複合混合物を得る混練工程を更に含む、請求項3または4に記載の粉体組成物の製造方法。
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