JPH06293863A - 無機充填材の表面処理方法、無機充填材、および複合材料 - Google Patents

無機充填材の表面処理方法、無機充填材、および複合材料

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JPH06293863A
JPH06293863A JP10622393A JP10622393A JPH06293863A JP H06293863 A JPH06293863 A JP H06293863A JP 10622393 A JP10622393 A JP 10622393A JP 10622393 A JP10622393 A JP 10622393A JP H06293863 A JPH06293863 A JP H06293863A
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JP
Japan
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compound
inorganic filler
blocking agent
surface treatment
diisocyanate
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JP10622393A
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Kazuhiko Terajima
寺嶋  一彦
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Citizen Watch Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【構成】水酸基を有する無機充填材とジイソシアネート
化合物とを混合し、水酸基とイソシアネート基とを反応
させ、その後反応混合物にブロック剤を添加することに
より未反応のイソシナネート基をブロックすることを特
徴とする。 【効果】高反応性のイソシアネート基がブロックされて
いるので保存安定性に優れる。また、ブロック剤の解離
温度以上であり、かつブロック剤の沸点以上の可塑化温
度で混練し、無機充填材表面に化学結合を導入すること
により、無機充填材とプラスチック材料との界面に強い
相互作用を付与することができ、その結果高い界面強度
を有する複合材料を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はプラスチック材料にさま
ざまな目的で添加される無機充填材、無機充填材の表面
処理方法、およびその無機充填材を含有する複合材料に
関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、プラスチック材料と無機充填材
から構成される複合材料では、高分子であるプラスチッ
ク材料と無機物である無機充填材とは独立相として存在
し、これらの界面に働く相互作用が複合材料の物性に大
きな影響を与える。従来この問題を解決する方法とし
て、異なる二つの材料の界面にカップリング剤を介在さ
せる方法、無機充填材表面に化学結合を導入する方法な
どが知られている。
【0003】無機充填材表面に化学結合を導入する方法
は、無機充填材表面の水酸基などの活性点にグラフト重
合により化学結合を導入するものであり、プラスチック
材料と無機充填材との界面に強い相互作用を付与するこ
とができ、また高い界面強度を得ることができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】無機充填材表面に化学
結合を導入する方法では、導入する官能基としてできる
だけ反応性の高いものが望ましい。その一例として無機
充填材表面の水酸基にジイソシアネート化合物をグラフ
ト重合させ、反応性の高いイソシアネート基を導入する
研究が行われている。しかし、高反応性のイソシアネー
ト基が導入された充填材は保存中に空気中の水分などと
反応して容易に活性を失うため実用性に課題があった。
【0005】そこで本発明の目的は、プラスチック材料
との界面に強い相互作用を有し、保存安定性に優れた無
機充填材および表面処理方法を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の無機充填材の表
面処理方法は、水酸基を有する無機充填材とジイソシア
ネート化合物を混合し、水酸基とイソシアネート基とを
反応させた後、反応混合物にブロック剤を添加すること
により未反応のイソシナネート基をブロックすることを
特徴とするものである。
【0007】本発明の無機充填材の表面処理方法におい
て、ジイソシアネート化合物は無機充填材に対して0.
01〜20重量%であることが好ましい。
【0008】また、本発明の表面処理方法において使用
するブロック剤としては、フェノール系化合物、アルコ
ール系化合物、活性メチレン系化合物、メルカプタン系
化合物、酸アミド系化合物、イミド系化合物、アミン系
化合物、イミダゾール系化合物、尿素系化合物、カルバ
ミン酸系化合物、イミン系化合物、オキシム系化合物、
または亜硫酸塩系化合物から選択され、ブロックされる
イソシアネート基とブロック剤の官能基当量の比が1対
0.01から1対20であることが好ましい。
【0009】本発明の無機充填材は、水酸基を有する無
機充填材に上記表面処理方法を施すことにより得られる
ものである。
【0010】さらに本発明の複合材料は、水酸基を有す
る無機充填材に上記表面処理方法を施すことにより得ら
れる無機充填剤とプラスチック材料からなり、ブロック
剤が無機充填材から解離する温度以上であり、かつブロ
ック剤の沸点以上である可塑化温度で混練することによ
り得られるものである。
【0011】
【作用】本発明の無機充填材の表面処理方法は、無機充
填材表面の活性点すなわち水酸基とジイソシアネート化
合物とを反応させ、さらに未反応のイソシアネート基と
ブロック剤とを反応させることを特徴とするものであ
る。本発明ではこのような処理を施し無機充填材表面に
化学結合を導入することにより、無機充填材とプラスチ
ック材料との界面に強い相互作用を付与することがで
き、また高い界面強度を得ることができる。また、本発
明の無機充填材は、高反応性のイソシアネート基がブロ
ックされているので保存安定性にも優れる。
【0012】本発明に使用できるジイソシアネート化合
物としては、2,4−または2,6−トルイレンジイソ
シアネート、ナフチレン−1,5−ジイソシアネート、
ο−トルイレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジ
イソシアネート、ジフェニルメタン−4,4’−ジイソ
シアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、キシリ
レンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート等
が挙げられる。
【0013】さらに使用するブロック剤としては以下の
ようなものが挙げられる。フェノール系化合物としては
フェノール、クレゾール、キシレノール、p−エチルフ
ェノール、ο−イソプロピルフェノール、p−tert
−ブチルフェノール、p−tert−オクチルフェノー
ル、チモール、p−ナフトール、p−ニトロフェノー
ル、p−クロロフェノール等。アルコール系化合物とし
ては、メチルアルコール、エチルアルコール、プロピル
アルコール、ブチルアルコール、エチレングリコール、
メチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、メチルカルビト
ール、ベンジルアルコール、フェニルセロソルブ、フル
フリルアルコール、シクロヘキサノール等。活性メチレ
ン系化合物としては、マロン酸ジメチル、マロン酸ジエ
チル、アセト酢酸エチル等。メルカプタン系化合物とし
ては、ブチルメルカプタン、チオフェノール、tert
−ドデシルメルカプタン等。酸アミド系化合物として
は、アセトアニリド、アセトアニシジド、酢酸アミド、
ベンズアミド等。イミド系化合物としては、コハク酸イ
ミド、マレイン酸イミド等。アミン系化合物としては、
ジフェニルアミン、フェニルナフチルアミン、アニリ
ン、カルバゾール等。イミダゾール系化合物としては、
イミダゾール、2−エチルイミダゾール等。尿素系化合
物としては、尿素、チオ尿素、エチレン尿素等。カルバ
ミン酸塩系化合物としては、N−フェニルカルバミン酸
フェニル、2−オキサゾリドン等。イミン系化合物とし
ては、エチレンイミン、ピロリジン、ピペリジン等。オ
キシム系化合物としては、ホルムアルドオキシム、アセ
トアルドオキシム、メチルエチルケトオキシム、シクロ
ヘキサノンオキシム等。亜硫酸塩系化合物としては重亜
硫酸ソーダ、重亜硫酸カリ等。
【0014】本発明において使用するジイソシアネート
化合物は、表面積の小さい無機充填材では0.5〜1.
0重量%、表面積の大きい無機充填材では1.0〜5.
0重量%が望ましいが、無機充填材の種類により適宜増
減しながら最適量を求める必要がある。
【0015】また、未反応のイソシアネート基とブロッ
ク剤の官能基当量の比はブロック剤が過剰であることが
望ましい。イソシアネート基過剰の場合は保存中にイソ
シアネート基が空気中の水分等と反応し活性を失う可能
性がある。しかし、このような場合でも無機充填材の保
存期間を延長することができる。さらに望ましくは未反
応のイソシアネート基とブロック剤の官能基当量の比は
ほぼ1対1である。
【0016】複合材料を作製する場合には、ブロック剤
の解離温度、つまりブロック剤がイソシアネート基から
解離する温度が、プラスチック材料の可塑化温度より低
温であるようにブロック剤を選択する必要がある。さら
にブロック剤の沸点が無機充填材と混練されるプラスチ
ック材料の可塑化温度より低温であるようにブロック剤
を選択する必要がある。このようにブロック剤を選択す
ると混練時にブロック剤が解離蒸発し、無機充填材表面
のイソシアネート基とプラスチック材料分子内の官能基
との間に化学結合を生じ、界面に強い相互作用を発現さ
せることができる。
【0017】本発明の無機充填材とともに混練されるプ
ラスチック材料としては、分子の末端に官能基を有する
もの、たとえば分子の両末端に水酸基を有する熱可塑性
ポリエステル、ポリエーテル、ポリカーボネート等が挙
げられ、良好な結果を示す。
【0018】
【実施例】以下、本発明を実施例に従って説明する。
【0019】(実施例1)トルエン500g、メチルエ
チルケトン500g、ヘキサメチレンジイソシアネート
2.5g、テトラ−n−ブチルすず0.002gの混合
物を窒素雰囲気下80℃で加熱攪拌しながら親水性微粉
末シリカ50gを徐々に添加する。80℃を保持しなが
ら8時間攪拌した後、メチルアルコール0.5g、トル
エン50g、メチルエチルケトン50gの混合溶液を発
熱に注意しながら徐々に滴下する。滴下が完了したら赤
外線吸収スぺクトルでイソシアネート基がブロックされ
ていることを確認した後、表面処理された微粉末シリカ
をろ過し乾燥する。
【0020】このようにして表面処理した微粉末シリカ
表面のブロック剤解離温度を示差熱分析により調べた結
果、解離温度は170℃であった。なお、ブロック剤で
あるメチルアルコールの融点は−94.0℃、沸点6
4.0℃である。
【0021】(実施例2)トルエン500g、メチルエ
チルケトン500g、ヘキサメチレンジイソシアネート
2.5g、テトラ−n−ブチルすず0.002gの混合
物を窒素雰囲気下80℃で加熱攪拌しながら親水性微粉
末シリカ50gを徐々に添加する。80℃を保持しなが
ら8時間攪拌した後、n−ブチルアルコール1.25
g、トルエン50g、メチルエチルケトン50gの混合
溶液を発熱に注意しながら徐々に滴下する。滴下が完了
したら赤外線吸収スペクトルでイソシアネート基がブロ
ックされていることを確認した後、表面処理された微粉
末シリカをろ過し乾燥する。
【0022】このようにして表面処理した微粉末シリカ
表面のブロック剤解離温度を示差熱分析により調べた結
果、解離温度は170℃であった。なお、ブロック剤で
あるn−ブチルアルコールの融点は−90.0℃、沸点
97.0℃である。
【0023】(実施例3)トルエン500g、メチルエ
チルケトン500g、ジフェニルメタン−4,4’−ジ
イソシアネート2.5g、テトラ−n−ブチルすず0.
002gの混合物を窒素雰囲気下80℃で加熱攪拌しな
がら親水性微粉末シリカ50gを徐々に添加する。80
℃を保持しながら8時間攪拌した後、フェノール1.0
g、トルエン50g、メチルエチルケトン50gの混合
溶液を発熱に注意しながら徐々に滴下する。滴下が完了
したら赤外吸収でイソシアネートがブロックされている
ことを確認した後、表面処理された微粉末シリカをろ過
し乾燥する。
【0024】このようにして表面処理した微粉末シリカ
表面のブロック剤解離温度を示差熱分析により調べた結
果、解離温度は140℃であった。なお、ブロック剤で
あるn−ブチルアルコールの融点は43.0℃、沸点1
30.0℃である。
【0025】(実施例4)実施例3で得られた無機充填
材を23℃湿度60%雰囲気に1週間放置した。その後
ポリカーボネート樹脂に対して無機充填材を20重量%
添加し、30mmφのベント式押出機を用いてシリンダ
ー温度290℃で押出してペレットとし、さらに射出成
形機によりシリンダー温度300℃、金型温度90℃で
試験片を得た。
【0026】この試験片の物性測定結果は、引張り強さ
700〜900Kg/cm 、伸び5〜7%、曲げ強さ
1400〜1900Kg/cm 、ノッチ付きアイゾッ
ト強度8〜16Kg・cm/cmであった。
【0027】(比較例1)トルエン500g、メチルエ
チルケトン500g、ジフェニルメタン−4,4’−ジ
イソシアネート2.5g、テトラ−n−ブチルすず0.
002gの混合物を窒素雰囲気下80℃で加熱攪拌しな
がら親水性微粉末シリカ50gを徐々に添加する。80
℃を保持しながら8時間攪拌した後、ブロック剤を添加
せず微粉末シリカをろ過し乾燥する。このようにして表
面処理した微粉末シリカを23℃湿度60%雰囲気に1
週間放置した。その後ポリカーボネート樹脂に対して無
機充填材を20重量%を加え、30mmφのベント式押
出機を用いてシリンダー温度290℃で押出してペレッ
トとし、さらに射出成形機によりシリンダー温度300
℃、金型温度90℃で試験片を得た。
【0028】この試験片の物性測定結果は、引張り強さ
400〜600Kg/cm 、伸び5〜7%、曲げ強さ
900〜1100Kg/cm 、ノッチ付きアイゾット
強度7〜10Kg・cm/cmであった。
【0029】(比較例2)ポリカーボネート樹脂に対し
て未処理の親水性微粉末シリカを20重量%加え、30
mmφのベント式押出機を用いてシリンダー温度290
℃で押出してペレットとし、さらに射出成形機によりシ
リンダー温度300℃、金型温度90℃で試験片を得
た。
【0030】この試験片の物性測定結果は、引張り強さ
300〜500Kg/cm 、伸び5〜7%、曲げ強さ
1000〜1100Kg/cm 、ノッチ付きアイゾッ
ト強度7〜10Kg・cm/cmであった。
【0031】
【発明の効果】本発明の表面処理方法を施した無機充填
材は、高反応性のイソシアネート基がブロックされてい
るので保存安定性に優れる。また、ブロック剤の解離温
度以上であり、かつブロック剤の沸点以上の可塑化温度
で混練し、無機充填材表面に化学結合を導入することに
より、無機充填材とプラスチック材料との界面に強い相
互作用を付与することができ、その結果高い界面強度を
有する複合材料を得ることができる。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水酸基を有する無機充填材とジイソシア
    ネート化合物を混合し、前記水酸基と前記ジイソシアネ
    ート化合物のイソシアネート基とを反応させた後、該反
    応混合物にブロック剤を添加することにより未反応のイ
    ソシナネート基をブロックすることを特徴とする無機充
    填材の表面処理方法。
  2. 【請求項2】 前記ジイソシアネート化合物は無機充填
    材に対して0.01〜20重量%であることを特徴とす
    る請求項1記載の無機充填材の表面処理方法。
  3. 【請求項3】 前記ブロック剤は、フェノール系化合
    物、アルコール系化合物、活性メチレン系化合物、メル
    カプタン系化合物、酸アミド系化合物、イミド系化合
    物、アミン系化合物、イミダゾール系化合物、尿素系化
    合物、カルバミン酸系化合物、イミン系化合物、オキシ
    ム系化合物、または亜硫酸塩系化合物から選択されるも
    のであり、未反応のイソシアネート基とブロック剤の官
    能基との当量比が1対0.01から1対20であること
    を特徴とする請求項1または請求項2記載の無機充填材
    の表面処理方法。
  4. 【請求項4】 請求項1、請求項2、または請求項3記
    載の表面処理方法により得られる無機充填材。
  5. 【請求項5】 請求項1、請求項2、または請求項3記
    載の表面処理方法により得られる無機充填剤とプラスチ
    ック材料からなり、前記ブロック剤が前記無機充填材か
    ら解離する温度以上であり、かつブロック剤の沸点以上
    である可塑化温度で混練することにより得られる複合材
    料。
JP10622393A 1993-04-08 1993-04-08 無機充填材の表面処理方法、無機充填材、および複合材料 Pending JPH06293863A (ja)

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