JPS6317917A - 炭素質材料の表面処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、炭素質材料の表面処理方法に係り、更に詳し
くは熱可塑性樹脂に添加し、導電性又は電磁波シールド
性の機能を付与させるのに好適な炭素質材料の表面処理
方法に関するものである。

〔従来の技術〕

カーボンブラックなどの炭素質材料を熱可塑性樹脂と複
合化することによって、導電性又は電磁波シールド性を
もつ複合樹脂が得られることは知られている。しかしな
がら、カーボンブランクなどを熱可塑性樹脂中へ均一に
分散させることは容易な作業ではな（、そのうえ、材料
の強度的な面からカーボンブラックなどの配合量も制限
されてくるという問題点がある。

このような問題点を解決する方法として、炭素質材料の
表面を改質する方法が種々検討されている。

例えば、アニオン重合によってカーボンブラック表面に
ポリマーをグラフト重合させる方法〔高分子論文集主７
　（９）５９５　（１９８０））や、ラジカル重合によ
って架橋性モノマーをカーボンブラック表面にグラフト
重合させる方法〔高分子論文集↓工（４）１９５　（１
９８３））等が提案されている。しかしながら、前者の
ものについては、グラフト率が高く、カーボンブラック
の表面を強固にポリマーで被覆できるので、樹脂への分
散性が良好で均一な品質の複合樹脂が得られるという利
点を有するが、未処理カーボンブラックを使用したとき
に比べて複合樹脂の導電性が低下すること、及びアニオ
ン重合法は水分、金属等の不純物の影響を受は易いので
高純度の原料及び溶剤が必要となり、不純物のコントロ
ールが煩雑になるという欠点を有する。

また、後者のものについては、熱可塑性樹脂への分散性
はかなり改良されるが、重合コントロールが煩雑である
こと及び重合時に使用する多量の溶媒の除去が必要であ
ること等から、製造工程が煩雑になるなどの欠点があり
、また被覆ポリマーが強固なことから、未処理カーボン
ブラックを使用したときに比べて複合樹脂の導電性も低
下するものと考えられる。

以上のように、現有のポリマーによるカーボンブランク
等炭素賞材料の被覆方法は、工業的に実施する場合、必
ずしも満足しうる方法とはいえない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は以上のような従来技術の欠点に鑑み、極めて効
率的な手段で炭素質材料表面に強固なポリマー被覆を形
成せしめることを可能とした炭素質材料の表面処理方法
を提供することを目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者等は炭素質材料の表面処理を効率よく行わせる
ための研究を行い、炭素質材料に対し、ビニルモノマー
及び重合開始剤又はこれにさらに溶媒を当該炭素質材料
の吸油量未満吸着させた状態で重合を行わせれば、熱可
塑性樹脂に対する分散性の優れた表面処理炭素質材料が
簡易に得られることを見出し本発明を完成した。

すなわち本発明は炭素質材料に対し、ビニルモノマー及
び重合開始剤又はこれにさらに溶媒を当該炭素質材料の
吸油量未満吸着させた状態で重合を行わせることを特徴
とする炭素質材料の表面処理方法である。

以下、本発明の詳細な説明する。

まず、本発明でいう炭素質材料とはカーボンブラック、
黒鉛、炭素繊維を総称するものであり、吸油量とはＪＩ
ＳＫ６２２１の方法に準拠してアブツーブトメータによ
り、機械的に測定された炭素質材料１００ｇ当りのビニ
ルモノマー、重合開始剤及び溶媒の吸油量（＋ｓｆ）を
いうものである。

次に、本発明方法で用いるビニルモノマーは、例えばア
クリル酸、メタクリル酸、α−クロルアクリル酸、イタ
コン酸、無水マレイン酸、マレイン酸、フマル酸等の不
飽和カルボン酸や、塩化ビニル、フン化ビニルのような
ハロゲン化ビニルや、スチレン、α−メチルスチレンの
ようなスチレン化合物、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニ
ルのような脂肪酸ビニルエステルやアクリル酸メチル、
アクリル酸フン化プロピル、メタクリル酸メチル、メタ
クリル酸ブチルのような不飽和カルボキシ酸エステル等
を挙げることができる。

以上のようなビニルモノマーは単独重合でも共重合でも
さしつかえない。

また、本発明で用いられる重合開始剤としては、ラジカ
ル重合開始剤である、例えば過酸化ベンゾイル（ＢＰＯ
）　、Ｐ−クロロベンゾイルパーオキサイド等の過酸化
物、アゾビスイソブチルニトリル（ＡＩＢＮ）、アゾビ
ス（シクロヘキサン・カルボニトリル）等のアゾ化合物
等を挙げることができ、これらの内から適宜選択して用
いることができる。

また、本発明ではビニルモノマー、重合開始剤と共に、
さらに溶媒を併用添加してもよい。溶媒を併用添加すれ
ば炭素質材料間の付着防止がはかれる上、さらに重合率
の向上にも寄与することができる。

ビニルモノマーと併用して使用される溶媒は、メチルア
ルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール
等のアルコール類、ベンゼン、トルエン、キシレン、シ
クロヘキサン等の芳香族炭化水素、酢酸フルフリル、テ
トラヒドロフラン等のフラン類複素環式化合物等を挙げ
ることができる。

また、本発明では先に述べた通り、炭素質材料としては
カーボンブラック、黒鉛、炭素繊維が用いられるが、特
にカーボンブランクとしては、従来公知のケッチェンブ
ラック、ファーネスブラック、サーマルブラック、導電
性カーボン、アセチレンブラック、チャンネルブランク
、カラー用カーボン、熱分解カーボン等を挙げることが
でき、これらの内でも、特にＪＩＳＫ−６２２１に規定
されるジブチルフタレート吸油量（ＤＢＰ吸油量）で表
わした時、該吸油量が２０ｍＪ／１００ｇ以上、就中５
０．　ｖａｌｌ／　１００ｇ以上であるカーボンブラン
クを使用することが望ましい。この場合、カーボンブラ
ックのＤＢＰ吸油量が２０ｍＩｔ／１００ｇ未満である
と、ビニルモノマーの吸着量が少ないため、カーボンブ
ラック細孔内で生成するポリマー量が少な（、熱可塑性
樹脂へのカーボンブラックの分散性が未処理品とそれほ
ど変らなくなる。、 さらに本発明において最大の骨子とする所は、前記炭素
質材料に対し、ビニルモノマー等を当該炭素質材料の吸
油量未満吸着させた状態で重合を行わせる点にある。こ
こで本発明でいう吸着された状態とは、ビニルモノマー
及び重合開始剤或いはさらに溶媒の添加量合計を、当該
炭素質材料の吸油量未満として配合、混合した状態をい
い、ビニルモノマー等の液状成分がすべて炭素質材料に
吸着され、混合生成物は粉粒状をなし、液体が残留しな
い状態となるものである。この場合、添加量合計が炭素
質材料の吸油量以上であるとビニルモノマーが炭素質材
料からしみ出し、粘性をおびて炭素質材料粒子が塊とな
り、重合熱の側扉が困難となること、或いは炭素質材料
に吸着されている未反応とニルモノマー等を除去するこ
とが困難となること、などの不都合が生ずる。

以上のように、炭素質材料に対しビニルモノマー等が吸
着された状態で重合せしめることにより、従来の溶液中
での重合と異なり、目的とする反応生成物が高濃度で得
られるので、その結果、反応生成物の分離、精製が非常
に簡単となる。

すなわち、本発明における表面処理手段の態様例として
は、前述の如く炭素質材料にビニルモノマーを重合開始
剤或いはさらに溶媒と共に吸着せしめた後、これらを密
封可能な容器に入れて密封し、所定温度で所定時間保持
することにより、炭素質材料表面に吸着されたビニルモ
ノマーを重合させるものである。

なお、重合開始剤の量については、用いる重合開始剤の
種類及びビニルモノマーの種類によって適宜増減するが
、ビニルモノマー量に対してほぼ０．０５〜０．５モル
／Ｉ！程度が望ましい。

また吸着せしめる手段としては、炭素質材料を密封可能
な容器に入れ攪拌流動させたものに対して、ビニルモノ
マー及び重合開始剤或いはさらに溶媒を所定量秤量し混
合したものを霧吹き機を用いて窒素等の不活性ガスで吹
き付けるか、又は定量ポンプ等を用いて炭素質材料同士
が付着しないように少量ずつ送入する等により実施する
ことができる。さらに、密封容器内で重合を行なうに際
しては、望ましい保持温度及び保持時間としては、重合
開始剤の種類にもよるが、はぼ５０℃〜１５０℃で３０
分〜１０時間程度が適当である。重合反応中は反応物を
攪拌翼で攪拌するか、又は反応器を振動させて炭素質材
料が付着凝固しないようにして反応を終了させる。そし
て、反応終了後に減圧蒸溜して未反応ビニルモノマーを
除去し、表面処理された炭素質材料を得る。

〔実施例〕

以下、実施例に基づいて、本発明方法の効果を具体的に
説明する。

試験に供された炭素質材料としてのカーボンブラック、
ビニルモノマー及び重合開始剤、さらには溶媒の種類、
使用量、複合粉体収量等を第１表に示す。同表中、魚１
〜５が本発明例、隘６〜９が比較例である。

まず、振動流動耐圧反応器にカーボンブランクを所定量
入れ、同じく第１表阻１〜５に示す割合で混合したビニ
ルモノマー、重合開始剤、さらには溶媒の混合溶液を振
動流動しているカーボンブラック上に噴霧機で窒素ガス
を使用して吹き付けて吸着させ、反応器を密封して第１
表隘１〜５に示す所定温度で所定時間、反応器を振動さ
せて放置した。

反応終了後に反応器を１３０℃に昇温し、５０＊＊Ｈｇ
で５時間減圧蒸溜し、未反応ビニルモノマーさらには溶
媒を除去して、被覆状態が良好なポリマー・カーボンブ
ラック複合粉体を得た。

なお、ポリマー・カーボンブラック複合粉体の熱可塑性
樹脂への混練性はプラストミル（東洋精機型）を使用し
て調べた。すなわち、第１表に示す割合で複合粉末と融
点１３０℃の高密度ポリエチレン（ＨＤ　Ｐ　Ｅ）を温
度２２０℃、回転数７゜ｒｐｍに設定したプラストミル
に投入し、混線状態は混練監視１０分後の負荷トルク、
及び、混練品を２５０℃に設定したメルトインデクサ−
から押出した時のストランドの外観をもって評価手段と
し１ま た。また混練品の品質は体積固有抵抗で評価した。

その結果、ポリマー・カーボンブラック複合粉末を使用
したものは混練時のトルク低下が少なく良好な混線状態
を示し、また混練複金品の外観は鏡面で艶があり、均一
に分散していた。また混練複合品の体積固有抵抗は後述
の未処理カーボンブラックを使用したものとほとんど変
らず、熱可塑性樹脂へ混練性、成形品の外観、分散性等
が向上していることを示している。

一方、比較例患６は、ブチルリチウム触媒を使用してｎ
−ヘキサン溶媒中でアニオン重合によってカーボンブラ
ック表面にポリマーをグラフト重合させだ液相重合の従
来例であって、得られる複合粉体の収量が多く、熱可塑
性樹脂との混練性も良好であるが、導電性樹脂に最も必
要な体積固有抵抗が本発明方法の場合よりもかなり高く
なることがわかる。

また、比較例１１ｍ７〜９は、夫々のカーボンブランク
の未処理品である。未処理カーボンブランクをポリエチ
レンに多量に添加すると混練トルクの経時低下が大きく
、なおかつ、混練品の表面はザラザラとしており、分散
状態が悪いことを示している。

〔発明の効果〕

以上の実施例からも明らかなように、本発明によれば極
めて効率的な手段で炭素質材料の表面に強固なポリマー
被覆を形成せしめることが可能となり、これによって熱
可塑性樹脂に均一に多量に充填させ得るポリマー・炭素
質材料複合粉体を簡易に得ることができ、産業上の効果
は極めて顕著である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）炭素質材料に対し、ビニルモノマー及び重合開始
   剤を当該炭素質材料の吸油量未満吸着させた状態で重合
   を行わせることを特徴とする炭素質材料の表面処理方法
   。
2. （２）炭素質材料に対し、ビニルモノマー、重合開始剤
   及び溶媒を当該炭素質材料の吸油量未満吸着させた状態
   で重合を行わせることを特徴とする炭素質材料の表面処
   理方法。
3. （３）炭素質材料がカーボンブラックであることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の炭素質材
   料の表面処理方法。
4. （４）炭素質材料がジブチルフタレート吸油量２０ｍｌ
   ／１００ｇ以上のカーボンブラックであることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項又は第２項記載の炭素質材料
   の表面処理方法。