KR100816411B1

KR100816411B1 - 고분자 복합재료 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100816411B1
Application number: KR1020057014570A
Authority: KR
Inventors: 다카시 오토모; 다카시 이노우에; 다카시 구리야마
Original assignee: 자이단호진 야마가타 다이가쿠 산교 겐큐쇼; 미쯔비시 가가꾸 가부시끼가이샤
Priority date: 2003-02-14
Filing date: 2004-02-12
Publication date: 2008-03-26
Also published as: CN1751081A; JPWO2004072158A1; KR20050099539A; CN100425638C; WO2004072158A1; US20060255494A1

Abstract

본 발명은 열가소성 수지안으로 층상 무기화합물이 서브미크론에서 나노메터 오더로 분산하여 이루어지는, 기계적 성질이나 내열성 등이 뛰어난 고분자 복합재료이다. 열가소성 수지와, 물 및/또는 유기용매로 이루어지는 분산매로 팽윤시킨 층상 무기화합물을, 전단혼련장치를 사용하여 상기 열가소성 수지의 용융온도 미만이면서 상기 분산매의 비점을 넘지 않는 온도범위에서 혼련한 후, 상기 분산매의 비점 이상의 온도까지 승온하면서 혼련하는 제조방법이며, 이러한 제조방법에 의해 원하는 특성을 가진 층상 무기화합물을 함유하는 고분자 복합재료를 얻을 수 있다.

고분자 복합재료, 열가소성 수지, 층상 무기화합물

Description

고분자 복합재료 및 그 제조방법{POLYMER COMPOSITE MATERIAL AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME}

본 발명은 층상 무기화합물을 함유하는 열가소성 수지로 이루어지는 고분자 복합재료를 제조하는 방법, 및 상기 방법에 의해 제조되는 고분자 복합재료에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 열가소성 수지 안으로 층상 무기화합물이 서브미크론에서 나노메터 오더로 분산하여 이루어지는 고분자 복합재료를 제조하는 방법, 및 그 고분자 복합재료에 관한 것이다.

종래부터, 열가소성 수지를 비롯한 고분자 화합물의 모든 특성, 특히 기계적 특성을 개선하기 위하여, 글라스 섬유, 활석(talc), 운모(mica), 점토(clay) 등의 무기필러를 배합하였다. 그 중에서, 근래 열가소성 수지 안으로 층상 무기화합물을 서브미크론에서 나노메터 오더로 미분산시켜 이루어지는 고분자 복합재료가 주목을 받고 있다. 예를 들어, 층상 무기화합물의 대표적인 예로서는, 몬모릴로나이트 (montmorillonite), 헥토라이트(hectorite), 사포나이트(saponite) 등의 스멕타이트(smectite)계 점토광물을 들 수 있다. 이것들은 두께 1nm정도의 단위층이 수백에서 수천정도 적층응집한 구조를 가지고, 수화성(水和性)을 가지기 때문에 물 분자의 진입에 의해 무한 팽창하며, 특히 희박 수용액 안에서는 대부분이 단위층으로까 지 분리되는 것으로 알려져 있다.

이와 같이 층상구조의 층사이가 떨어져 수층 단위 또는 단위층으로 분리되면, 어스팩트비(가장 긴 축과 가장 짧은 축의 길이의 비) 및 비표면적이 현저히 증대된다. 따라서, 이와 같은 상태에서 층상 무기화합물을 수지안으로 미분산시킬 수 있다면, 현저한 보강효과를 부여할 수 있다. 이와 같은 고분자 복합재료는 종래의 무기필러를 충전한 복합재료와 비교하여, 소량으로도 높은 탄성율이나 내열성을 발현할 수 있을 뿐 아니라, 열가소성 수지의 종류에 따라서는 가스장벽(gas barrier)성, 제진성, 내피로성, 내약품성, 난연성 등의 성능도 부여할 수 있다고 보고되어 있다. 또한, 글라스 섬유의 대체도 가능하고, 재활용도 용이해지기 때문에 환경문제의 견지에서도 주목받고 있다. 하지만, 이 층상 무기화합물들은 응집력이 강하고, 또한 많은 경우 열가소성 수지와의 친화성이 약하기 때문에, 실제로 열가소성 수지 안으로 상기 층상 무기화합물을 미분산시키는 것은 쉽지 않다. 예를 들어, 단순히 층상 무기화합물과 수지를 용융혼련하는 것 만으로는, 다수의 단위층이 적층응집한 블록모양의 입자로 분산하는데 지나지 않으며, 소량의 배합비율로는 기계적 강도나 내열성 등의 개선효과를 충분히 얻을 수 없다.

층상 무기화합물의 분산성을 개선하기 위하여, 지금까지도 층간중합법이나 용융혼련법 등의 여러가지 기술이 제안되었다. 예를 들어, 일본특허공개 소63-215775호 공보는 층상 무기화합물을 4급 암모늄염 등으로 대표되는 유기카티온(cation)으로 유기화 처리한 후, 층 사이에 모노머를 도입하여 층 사이에서 중합반응시키는 방법을 개시하였고, 또한 일본 특허공개 평8-302062호 공보는 유기화처리 한 층상 무기화합물을 유기용매 안에 무한 팽윤분산시키고, 이것과 열가소성 수지를 용융혼련하는 방법을 개시하고 있다. 또한, 일본 특허공개 평9-217012호 공보는 유기화처리한 층상 무기화합물과 열가소성 수지를 높은 전단력하에서 용융혼련하는 방법을 개시하고, 또한 일본 특허공개 평9-183910호 공보는 층상 무기화합물을 물 및/또는 유기용매로 팽윤시킨 것이나 유기화처리한 층상 무기화합물을 유기용매로 팽윤시킨 것을 특정한 조건에서 용융혼련하는 방법을 개시하고 있으며, 일본 특허공개 2000-239397호 공보는 열가소성 수지, 다량의 물 또는 프로톤(proton) 공여체를 포함하는 용매, 층상 무기화합물 및 그 분산제를, 밀폐상태하에서 그 열가소성 수지의 융점온도 이상의 온도에서 접촉시켜 혼련하는 방법을 개시하고 있다. 또한, 일본 특허공개 2002-155208호 공보 및 일본 특허공개 2002-234948호 공보는 층상 무기화합물을 물 또는 프로톤 공여체를 포함하는 분산매에 분산시키고, 그것에 유기화제를 첨가하여 이루어지는 유기화 층상 무기화합물의 분산액을 조정한 후, 다시 탈분산매 처리에 의해 어느 특정량의 분산매를 보유한 케익모양의 유기화 층상 무기화합물로 하여, 이것과 열가소성 수지를 용융혼련하는 방법을 개시하고 있다. 하지만, 일반적으로 중합법에 있어서는 설비 비용이 막대해질 뿐만 아니라, 다품종의 제조대응에는 맞지 않고, 게다가 중합반응 및 제어에 많은 시간을 요하기 때문에 효율적이면서 경제적으로 제조하기가 어려우며, 특히 층상 무기화합물의 함유량이 많아지면 제조효율은 점점 낮아져, 분산성도 불균일화되는 경향이 있었다. 또한, 용융혼련법에 있어서는 범용의 압출기 등을 사용하기 때문에 다품종 생산이 가능하며 설비 비용도 줄일 수 있지만, 수지와의 친화성을 높이기 위하여 미리 층상 무기화합물에 유기화처리, 정제건조처리, 분쇄처리 등을 할 필요가 있어, 결과적으로 제조 공정이 번잡해지고, 비용 및 시간이 소요된다는 문제가 있었다. 또한, 물이나 유기용매로 팽윤화 처리한 경우에는, 용융혼련시에 층상 무기화합물의 2차 응집이 일어나는 경우가 있으며, 또한 토출량이 저감하는 등의 생산성의 문제도 가지고 있었다. 한편, 일본 특허공개 2002-347020호 공보에서는 입자직경이 0.1㎛ 미만인 초미분체와 열가소성 수지를, 실린더와 이 실린더에 원심으로 내장되는 복수의 회전원반 및 고정원반으로 구성되는 통모양의 돌절구식 혼련장치를 사용하여, 원료수지의 반고체 상태에서 용융상태의 영역으로 혼련함으로써, 초미분체의 2차 입자를 해쇄(解碎)하여 나노메터 오더의 1차 입자로서 수지안에 분산시키는 방법이 제안되고 있다. 이 장치를 사용하면, 원료수지가 반고체 상태이더라도 회전원반과 고정원반 사이에서의 미끄러짐 전단작용에 의한 돌절구 효과에 의해 혼련할 수 있기 때문에, 범용의 이축압출기로부터도 초미분체의 해쇄 효율은 향상되지만, 초미분체가 층상 무기화합물과 같은 1차 입자의 어스팩트비가 높은 초박층체인 경우에는, 층상 무기화합물의 층내 파괴가 적으면서 균일하게 해쇄하기가 어려우며, 게다가 층상 무기화합물의 수지안으로의 분산성을 향상시키려면, 혼련을 복수회 반복하는 멀티펄스 방식이나 실린더 및 원반장수를 늘리는 등의 궁리가 필요하여, 생산성이 대폭 저하한다는 문제가 있다. 더욱이, 층상 무기화합물의 층내 파괴에 의해 어스팩트비가 적어져, 보강효과가 떨어진다는 문제도 있다.

본 발명의 과제는, 층상 무기화합물이 서브미크론에서 나노메터 오더로 분산되어 이루어지는, 기계적 성질이나 내열성 등이 뛰어난 고분자 복합재료를, 범용성 이 있는 간편한 공정에 의해 생산성이 좋고 공업적으로 유리하게 제조하는 방법 및 상기 특성을 가지는 고분자 복합재료를 제공하는데 있다.

본 발명자들은 이미 일본 특허출원 제2001-390058호에서 폴리에틸렌테레프탈레이트(이하, PET라고 함)제 폐기병 분쇄품의 재생방법으로서, PET의 용융온도 미만의 온도에서 전단혼련 처리하는 것이 효율적이라고 제안하였다. 이것은 폐기 PET병 분쇄품을, 용융온도보다 낮은 온도에서도 종래의 이축압출기 등의 범용의 혼련장치를 사용하여 충분히 혼련할 수 있음을 발견한 것에 따른 것이다. 여기서 알게 된 것 중 하나로서, 원료수지의 형상 및 성상이 혼련 가능성의 폭을 넓히는 중요한 인자인 것, 구체적으로는, 같은 PET라도 결정상태에 있는 경우에는, 이와 같은 융점미만의 온도에서 혼련하는 것이(이하, 저온혼련이라고 할 때도 있음) 어렵지만, 폐기 PET병 분쇄품과 같이 플레이크(flake)모양으로 비결정질(amorphous) 상태에 있는 경우에는, 범용의 혼련장치를 사용하여도 쉽게 혼련할 수 있다는 것을 들 수 있다. 이것은 다른 수지에서의 저온혼련의 가능성을 시사하는 것이 된다. 더욱이, 본 발명자들은 이러한 발견을 PET와 유사한 열적 거동을 나타내는 폴리유산계 수지에 응용전개하여, 폴리유산계 수지에 층상 무기화합물을 미분산시키는 기술로서, 물 또는 수계 용매로 팽윤시킨 층상 무기화합물과 폴리유산을 저온 혼련하는 방법(일본 특허출원 제2002-189066호)을 제안하였다. 여기서 알게된 것으로는, PET과 마찬가지로 폴리유산계에 있어서도, 그 형상 및 성상을 변경하면 저온혼련이 용이해지는 것, 그리고 층상 무기화합물을 분산시키기 위해서는 용융혼련보다도 저온혼련이 효과적이며, 또한 층상 무기화합물을 물 또는 수계용매로 팽윤처리시킨 상태에서 첨가하면 층상 무기화합물의 분산성이 더욱 향상되는 것 등이었다. 본 발명자들은 이러한 발견을 더욱 발전시켜, 광범위한 열가소성 수지에 적용할 수 있으며 층상 무기화합물이 서브미크론에서 나노메터 오더로 분산되어 이루어지는 고분자 복합재료를 간편한 공정으로 저가로 제조하는 방법에 대하여 세밀히 연구하여, 결국 본 발명을 완성하는데 이르렀다.

즉, 본 발명은 열가소성 수지와, 물 및/또는 유기용매로 이루어지는 분산매로 팽윤시킨 층상 무기화합물을, 전단혼련 장치를 사용하여 상기 열가소성 수지의 용융온도 미만이면서, 상기 분산매의 비점(沸点)을 넘지 않는 온도 범위에서 혼련하여 층상 무기화합물을 박리·분산시키고(층간박리·분산 공정), 이어서 상기 분산매의 비점 이상의 온도까지 승온하면서 혼련하여, 분산매를 증산제거하면서 층상 무기화합물의 분산성을 균일화(탈분산매·분산균일화 공정)하는 것을 특징으로 하는 고분자 복합재료의 제조방법을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명은 열가소성 수지와, 그 100중량부당 층상 무기화합물 0.01~100중량부를 포함하는 고분자 복합재료에 있어서, 그 층상 무기화합물이 평균 두께 약 0.5μ이하, 최대 두께 약 1μ이하로 미분산된 고분자 복합재료를 제공하는 것이다. 이러한 고분자 복합재료는 뛰어난 기계적 물성, 내열성 및 성형성 등을 가진다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다. 본 발명에 사용되는 열가소성 수지는, 상온에서 고체인 열가소성의 고분자 화합물이면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리초산비닐, 에틸렌-초산비닐 공중합체, 폴리스틸렌, 아크릴로니트릴-부타디엔-스틸렌 공중합체, 아크릴로니트릴-스틸렌 공중합체, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리유산, 폴리카프로락톤(polycaprolactone), 폴리부틸렌 숙시네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아미드, 폴리아세탈, 폴라카보네이트, 폴리페닐렌설파이드, 폴리페닐렌에테르, 폴리에테르에테르케톤, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리아미드이미드, 폴리에테르이미드, 열가소성 폴리이미드 등의 열가소성 수지를 들 수 있다. 또한, 천연고무, 이소프렌 고무, 부타디엔 고무, 스틸렌-부타디엔 고무, 클로로프렌 고무, 스틸렌 고무, 니트릴 고무, 부틸 고무, 에틸렌-프로필렌 고무, 에피클로로히드린 고무, 다황화 고무, 아크릴 고무, 우레탄 고무, 불소 고무, 실리콘 고무 등의 각종 고무류나, 1,2-폴리부타디엔, 1,4-폴리이소프렌, 염소화 폴리에틸렌, 스틸렌-부타디엔-스틸렌 블록 공중합체, 스틸렌-이소프렌-스틸렌 블록 공중합체, 스틸렌-에틸렌-부틸렌-스틸렌 블록 공중합체, 스틸렌-에틸렌-프로필렌-스틸렌 공중합체, 폴리프로필렌과 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체와의 혼합물, 폴리아미드 엘라스토머 등의 하드 세그먼트 및 소프트 세그먼트로 이루어지는 각종 열가소성 엘라스토머를 들 수 있다. 이것들은 각종 관능기가 도입된 것이어도 좋고, 단독으로 사용하거나 2종 이상 조합하여 사용하여도 좋다. 한편, 비상용성의 수지를 2종 이상 조합하는 경우에는, 종래 공지의 상용화제를 배합할 수 있다.

또한 본 발명에서 상기 열가소성 수지의 형상은, 분체형상, 입자형상, 펠리트 형상, 칩형상, 플레이크 형상, 시트 형상, 필름 형상, 섬유 형상, 스트립 (strip) 형상, 부정형 등 특별히 한정되지 않지만, 상온에서도 경질의 수지인 경우에는, 낮은 전단력으로도 효율적으로 변형하기 쉬운 박육이면서 높은 어스팩트비를 가지는 형상, 예를 들어, 플레이크 형상, 칩 형상, 시트 형상, 필름 형상, 섬유 형상, 스트립 형상 등과 같은 형태의 것이 바람직하다. 여기서 어스팩트비란, 그 형상의 가장 긴 축과 가장 짧은 축의 길이의 비(어스팩트비=가장 긴 길이/가장 짧은 길이)를 의미하며, 바람직하게는 3이상, 보다 바람직하게는 5이상이다. 이와 같은 형상으로 가공하는 방법에는 특별히 제한이 없으며, 예를 들어, 열가소성 수지의 원체가 펠리트 상태인 경우, 미리 압출기 등으로 일단 용융시킨 후, 토출한 용융 끈(strand)를 냉각수 안에서 롤러 등으로 압출하면서 냉각하고, 이것을 통상의 펠리타이저(pelletizer)로 커팅함으로써, 또는 다이구멍(die hole) 형상이 슬릿형상이나 직사각형 또는 긴 타원형상의 편평한 형상을 가지는 압출기 등으로 용융압출하고, 수냉 및 펠리타이즈(pelletize)함으로써, 편평한 모양으로 쉽게 변형시킬 수 있다. 또한, 프레스 성형이나 롤 성형에 의해 시트 모양이나 필름 모양으로 가공하여도 좋다. 또한, 이것들의 크기는 혼련장치의 종류, 크기 등에 따라 적절한 크기로 절단하여 사용하면 좋다.

본 발명에서 사용되는 층상 무기화합물은, 주로 점토광물, 구체적으로는 층상 구조를 가지는 규산염 광물 등으로, 다수의 시트(예를 들어, 산화규소의 사면체 시트나 금속수산화물의 팔면체 시트)가 적층된 구조로 이루어지며, 물 및/또는 유기용매중에서 팽윤하는 성질을 가지는 것이면, 특별히 한정되지 않는다. 이와 같은 것으로서는 예를 들어, 몬모릴로나이트, 사포나이트, 베이델라이트, 논트로나이트, 헥토라이트, 스티븐사이트(stevensite), 버미큘라이트(Vermiculite), 카올리나이트(Kaolinite), 딕카이트, 할로이사이트(hallosite), 파이로필라이트 등을 들 수 있다. 또한, 팽윤성 운모, 활석, 인산 지르코늄 등도 사용할 수 있다. 이 층상 무기화합물들은 그 치환체나 유도체여도 좋고, 또한 천연, 합성품, 가공처리품 중 어느 것이어도 좋다. 또한, 이것들을 단독으로 사용하여도, 2종 이상 혼합하여 사용하여도 좋다. 이 중에서도, 팽윤하기 쉽다는 점에서 몬모릴로나이트, 버미큘라이트, 팽윤성 운모가 바람직하다.

본 발명에서는 층상 무기화합물의 층 사이를 팽윤시켜 층간 박리를 조장하고 열가소성 수지로의 분산성을 향상시키기 위하여, 미리 물 및/또는 유기용매로 이루어지는 분산매로 팽윤시킨 층상 무기화합물이 사용된다. 여기서, 층상 무기화합물의 팽윤에 사용할 수 있는 물 이외의 유기용매는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 방향족 화합물 또는 프로톤 공여체를 포함하는 용매가 바람직하다. 예를 들어, 방향족 화합물로서는 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 디클로로벤젠, 혹은 동족체로서 알킬벤젠, 피리딘, 퀴놀린 등을 들 수 있다. 또한, 프로톤 공여체를 포함하는 용매로서는, 지방족 알코올 및/또는 그 에테르를 들 수 있으며, 예를 들어, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올, 아밀알코올, 헥사놀, 시클로헥사놀, 옥타놀, 에틸렌글리콜, 디에틸렌 글리콜, 프로필렌글리콜, 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 에틸렌글리콜디에틸에테르, 에틸렌글리콜디메틸에테르, 디에틸렌글리콜모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 디에틸렌글리콜디에틸에테르, 디에틸렌글리콜디부틸에테르, 테트라히드로푸란, 부틸에틸에테르 등을 들 수 있다. 그 밖에, 에틸렌 글리콜모노아세틸레이트, 에틸렌글리콜디아세틸레이트, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, N메틸피롤리돈 등도 사용할 수 있다. 이것들은 단독으로 사용하여도 좋고, 2종 이상을 조합하여 사용하여도 좋다. 한편, 이 분산매들은 본 발명의 목적이 손상되지 않는 범위내에서, 필요에 따라 상기 분산매 이외의 용매, 첨가제를 포함하여도 좋다.

여기서 분산매는 사용하는 열가소성 수지의 종류에 따라 적절히 선택되는데, 보통 사용하는 열가소성 수지의 글라스 전이온도 이상의 비점을 가지는 분산매를 선택하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 열가소성 수지의 글라스 전이온도 이상이면서 용융온도 이하의 범위에 비점을 가지는 분산매이다. 예를 들어, 상기 열가소성 수지 중에서도, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리초산비닐, 에틸렌-초산비닐 공중합체, 폴리스틸렌, 아크릴로니트릴-부타디엔-스틸렌 공중합체, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리유산, 폴리카프로락톤, 폴리부틸렌숙시네이트, 폴리아미드, 폴리아세탈, 각종 고무류 및 열가소성 엘라스토머 등의 글라스 전이온도가 100℃ 이하인 열가소성 수지, 또는 글라스 전이온도가 100℃를 넘는 열가소성 수지라도, 2종류 이상의 조합으로, 그 중 적어도 1종의 글라스 전이온도가 100℃를 넘지 않는 열가소성 수지 조성물인 경우에는, 자연계에 다량으로 존재하며, 또한 안전위생상 무해한 물(비점 100℃)을 가장 바람직하게 사용할 수 있다. 또한, 사용하는 열가소성 수지의 글라스 전이온도가 100℃를 넘는 경우에는, 예를 들어, 톨루엔(비점 111℃), 크실렌(비점 140℃), 부탄올(비점 117℃), 시클로헥사놀(비점 161℃), 에틸렌글리콜(비점 198℃), 프로필렌글리콜(비점 188℃) 등의 비점이 100℃를 넘는 용매 중에서 적절히 선택하면 좋다.

층상 무기화합물을 분산매로 팽윤조정하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 층상 무기화합물을 믹서나 분쇄기(mortar)로 교반하면서, 소정량의 분산매를 소량씩 떨어뜨려 첨가하거나, 분무기 등을 사용하여 안개모양으로 하여 첨가하거나, 증기로 뜸들이는 방법을 사용하여도 좋다. 역으로, 분산매에 층상 무기화합물을 첨가 교반하는 방법으로 하여도 좋다. 이 경우에도 가열교반하는 방법, 초음파 교반하는 방법, 진탕 교반하는 방법 등 임의의 방법을 사용할 수 있다. 또한, 분산매에 층상 무기화합물을 소량 첨가하여 분사시킨 후, 이것을 탈용매 농축처리에 의해 원하는 농도로 조정하여도 좋다. 여기서, 최종적으로 조정된 본 발명에 따른 분산매로 팽윤시킨 층상 무기화합물의 층상 무기화합물과 분산매의 비율은, 중량비로 층상 무기화합물:분산용매가 1:0.2~1:100, 바람직하게는 1:0.3~1:50, 보다 바람직하게는 1:0.5~1:20이 좋다. 1:0.2 미만에서는 층상 무기화합물의 팽윤이 불충분하여 수지안으로의 분산효과가 적고, 1:100을 넘으면 탈분산매 공정에 시간이 걸려 생산성이 저하한다.

더욱이, 본 발명에서는 층상 무기화합물과 열가소성 수지의 친화성 향상을 도모할 목적으로, 공지의 유기화제를 함유한 층상 무기화합물을 사용할 수 있다. 유기화제로서는 예를 들어, (1) 층상 무기화합물 표면과 친화성이 있는 관능기를 가지는 화합물, (2) 술폰산의 금속염, 포스폰산의 금속염, 카르복실산의 금속염, (3) 오늄염(onium salt), (4) 수용성 고분자, 등 중에서 선택되는 적어도 1종을 들 수 있다. 한편, (4)의 수용성 고분자는 유기화제로서 뿐만 아니라, 본 발명에 따른 고분자 복합재료를 구성하는 열가소성 수지로서 사용할 수 있는 것은 말할 것도 없다. 또한, 이 수용성 고분자는 수팽윤성 층상 무기화합물과의 친화성이 뛰어나기 때문에, 층상 무기화합물을 고농도로 미분산시키는 것이 가능하며, 마스터배치(master batch)로서 임의의 양의 층상 무기화합물을 함유하는 경우에도 편리하다.

상기 (1)에 따른 화합물의 관능기로서는 예를 들어, 산무수물기, 카르복실산기, 수산기, 에폭시기, 티올기, 에스테르기, 아미드기, 우레아기, 우레탄기, 에테르기, 티오에테르기, 술폰산기, 포스폰산기, 니트로기, 아미노기, 옥사졸린기, 이미드기, 시아노기, 이소시아네이트기, 할로겐 원자 등을 들 수 있다. 또한, 벤젠고리, 피리딘고리, 피롤고리, 푸란고리, 티오펜고리 등의 방향고리를 들 수 있다. 이 관능기들을 가지는 화합물이면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있다. 상기 (2)의 화합물로서는 예를 들어, 도데실술폰산 나트륨 등의 알킬술폰산염, 알킬벤젠술폰산 나트륨 등의 알킬아릴술폰산염, 벤젠술폰산 나트륨 등의 아릴술폰산염, 도데실포스폰산 나트륨 등의 알킬포스폰산염, 알킬벤젠포스폰산 나트륨 등의 알킬아릴포스폰산염, 벤젠포스폰산 나트륨 등의 아릴포스폰산염 등을 들 수 있다. 또한, 금속염에서의 금속으로서는 나트륨, 칼륨, 칼슘, 마그네슘, 알루미늄 등이 바람직한다. 상기 (3)의 오늄염으로서는 예를 들어, 옥틸암모늄 클로라이드, 옥틸암모늄 브로마이드, 도데실암모늄 클로라이드, 도데실암모늄 브로마이드, 옥타데실암모늄 클로라이드, 옥타데실암모늄 브로마이드, 아미노도데칸산염 등의 암모늄염, 포스포늄염 등을 들 수 있다. 상기 (4)의 수용성 고분자로서는, 예를 들어, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜 등의 폴리옥시알킬렌에테르, 폴리옥시에틸렌페닐에테르 등의 폴리옥시알킬렌아릴에테르, 폴리비닐알코올, 또한 메틸셀루로오스, 에틸셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 히드록시프로필셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스 등의 셀룰로오스 유도체, 리그닌술폰산 등의 리그닌 유도체, 키토산염산염 등의 키토산 유도체, 더욱이 폴리비닐술폰산, 폴리비닐벤질술폰산, 폴리비닐포스폰산, 폴리비닐벤질포스폰산, 폴리아크릴산, 폴리(염화디아릴디메틸암모늄), 폴리(4-비닐피리딘) 등을 들 수 있다. 또한, 이 이외의 물질이어도, 층상 무기화합물 표면에 흡착 또는 결합 가능한 기능을 가지는 물질이면 유기화제로서 사용할 수 있다. 예를 들어, 무기필러에 통상 일반적으로 사용되는 실란계 커플링 처리제, 티타네이트계 커필링 처리제, 알루미나계 커플링 처리제 등의 표면처리제를 들 수 있다. 그 중에서도 실란계 커필링 처리제가 바람직하다.

이것들은 1종을 단독으로 사용하여도 좋고, 2종 이상 조합하여 사용하여도 좋다. 또한, 이 유기화제들로서는 분자량이 10~1,000,000의 범위인 유기화합물을 사용할 수 있다. 분자량이 10보다 작은 화합물에서는 층상 무기화합물과 수지와의 혼련시에 휘발할 우려가 있으며, 1,000,000보다 큰 화합물에서는 상기 혼련시의 점성이 너무 높아져, 균질하게 혼합되지 않을 우려가 있다.

유기화 층상 무기화합물을 작성하는 방법은 특별히 한정되지 않지만, 일반적으로 분산매에 원료로서 층상 무기화합물을 교반분산시킨 후, 유기화제를 첨가함으로써, 인터칼레이션(intercalation)에 의해 상기 층상 무기화합물을 유기화할 수 있다. 이 조작에 의해, 층상 무기화합물의 층 사이에 유기화제가 들어가, 층상 무 기화합물이 전체로서 팽윤한다. 여기서, 인터칼레이션이란, 층상 물질의 층 사이에 전자공여체 또는 전자수용체가 전하이동력에 의해 삽입되는 현상을 말한다. 이 때, 분산용액 안의 층상 무기화합물의 농도는 통상 0.01~20 중량%, 바람직하게는 0.5~10 중량%, 특히 바람직하게는 1~5 중량%의 범위에서 선정된다. 층상 무기화합물의 농도가 0.01 중량% 미만이면, 후공정에서의 분산매의 제거에 시간이 걸릴 뿐 아니라, 분산용액을 조정하는 용기가 커져 설비면에서의 비용이 올라가기 때문에, 바람직하지 못하다. 또한, 층상 무기화합물의 첨가량이 20 중량%를 넘으면, 용액의 점도가 올라가 교반이 어려워지며, 유기화도 불충분해질 우려가 있다. 한편, 유기화제의 첨가량은 층상 무기화합물 100중량부에 대하여 통상 0.1~5000중량부, 바람직하게는 0.3~1000중량부이다. 유기화제의 첨가량이 0.1중량부 미만이면 열가소성 수지와 층상 화합물과의 친화성 향상 효과를 얻을 수 없을 우려가 있다. 또한, 5000중량부를 넘으면, 층상 무기화합물에 흡착, 결합하지 않는 것이 존재하여, 고분자 복합재료의 물성저하를 초래할 우려가 있다.

상기 유기화 층상 무기화합물 함유 분산용액은, 원심분리기나 필터 프레스에 의해 탈용매 처리하고, 중량비로 층상 무기화합물 원료:용매가 1:0.2~1:100이 되도록 조정하면, 그대로 사용할 수 있다. 또한, 운반, 보관 등 때문에 정제건조 처리를 하여 분체형상의 유기화 층상 무기화합물로 한 후, 이것에 분산매를 더하고, 마찬가지로 중량비로 층상 무기화합물 원체:용매가 1:0.2~1:100이 되도록 조정하여 사용할 수도 있다. 더욱이, 시판되는 분체형상 유기화 층상 무기화합물도 마찬가지의 분산매 첨가처리·조정을 하여 적절하게 사용할 수 있다. 이와 같은 분체형상의 유기화 층상 무기화합물의 시판품을 예로 들면, 몬모릴로나이트를 제 4 급 암모늄이온으로 변성한 가부시키가이샤 호쥰 제품의 'S-BEN', 'ORGANITE'(상품명), 마찬가지로 합성 스멕타이트(smectite)를 제 4 급 암모늄 이온으로 변성시킨 코프 케미컬 가부시키가이샤 제품의 'lucent'(상품명) 등이 있다.

층상 무기화합물의 열가소성 수지와의 친화성 향상을 도모하는 수단으로서는 상술한 바와 같이, 층상 무기화합물측을 유기화제로 화학수식할 뿐만 아니라, 역으로 열가소성 수지측을 화학수식하는 방법이어도 상관없다. 층상 무기화합물의 팽윤조정에 사용한 분산매의 종류에 따라서, 상기 분산매와 친화성이 있는 관능기를 열가소성 수지에 도입함으로써 층상 무기화합물과의 친화성 향상을 도모할 수 있다. 혹은, 열가소성 수지에, 이것과 같은 종류 또는 이것과 상용성이 있는 다른 종류의 열가소성 수지에 팽윤 층상 무기화합물의 분산매와 친화성이 있는 관능기를 도입한 관능기 변성 열가소성 수지를 일부 첨가하는 방법이어도 좋다. 예를 들어, 유기화 처리되지 않은 수팽윤 층상 무기화합물을 사용한 경우, 그리고 그 대상으로 하는 열가소성 수지가 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스틸렌, 에틸렌-프로필렌고무, 스틸렌-에틸렌-프로필렌-스틸렌 공중합체 등의 글라스 전이점 온도가 100℃ 이하인 소수성 열가소성 수지인 경우, 이러한 열가소성 수지에 수산기, 카르복시기(carboxyl group), 아미노기, 카르보닐기, 술포기, 에폭시기, 이미노기, 산무수물기 등의 각종 친수기로부터 선택된 적어도 하나의 관능기를 도입함으로써, 혹은 소수성 열가소성 수지에, 이것과 같은 종류의 또는 이것과 상용성이 있는 다른 종류의 열가소성 수지에 이러한 친수기로부터 선택된 적어도 하나의 관능기를 도입한 관능기 변성 열가소성 수지를 일부 첨가함으로써, 수팽윤층 무기화합물과의 친화성을 도모할 수 있다.

층상 무기화합물의 열가소성 수지로의 배합량은, 열가소성 수지 100중량부에 대하여 층상 무기화합물이 원체로서 0.01~300중량부, 바람직하게는 0.05~100중량부, 보다 바람직하게는 0.1~50중량부가 되도록 선택하는 것이 좋다. 배합량이 0.01중량부보다 적으면, 고분자 복합재료의 기계적 물성 및 내열성 등의 향상효과가 충분하지 않고, 배합량이 300중량부보다 많아지면, 고분자 복합재료의 유동성이 현저히 떨어져 성형가공성이 손상될 뿐만 아니라, 혼련시의 장치에 걸리는 부하가 과대해져 장치가 정지해버릴 우려가 있어 바람직하지 못하다.

이어서, 본 발명에 따른 고분자 복합재료의 제조방법을 설명한다. 본 발명에서 사용되는 혼련장치는, 상기 원재료를 전단혼련할 수 있는 것으로서, 가열 및 냉각의 온도조절 수단을 가지는 것이면 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 일축압출기, 이축압출기, 반바리 믹서(Banbury mixer), 반죽기(kneader), 브라벤더(Brabender), 롤러식 혼련기, 돌절구식 혼련기 등을 들 수 있다. 이것들은 한 종류의 장치를 단독으로 사용하여도 좋고, 2종류 이상의 장치를 조합하여 사용할 수도 있는데, 어느 혼련장치를 사용할지는 열가소성 수지의 종류·성질·조합·형상 등에 따라 적절히 선택하면 되고, 그 중에서도 공업적으로 널리 사용되고 있는 이축압출기, 반바리 믹서, 반죽기, 롤러식 혼련기를 적절히 사용할 수 있다. 통상, 이축압출기나 반바리 믹서와 같은 외각부가 있는 혼련장치의 온도조절은 실리더나 챔버 등의 외곽부에서만 제어되는데, 본 발명에서는 전단발열에 의한 수지의 온도상 승을 제어할 목적으로, 스크류나 로터(rotor) 등 내부의 회전축 쪽에도 냉각수단을 가지는 혼련장치도 사용할 수 있다. 또한 혼련중에 배출되는 분산매를 배기 및/또는 배액할 목적으로, 벤트(vent), 슬릿 배럴(slit barrel), 배액구, 배액펌프 등의 배기·배액수단을 가지는 것을 바람직하게 사용할 수 있다.

본 발명은, 이러한 혼련장치를 사용하여, 먼저 제 1 혼련공정으로서, 열가소성 수지와 물 및/또는 유기용매로 이루어지는 분산매로 팽윤시킨 층상 무기화합물(이하, 분산매를 함유한 팽윤 층상 무기화합물이라는 것이 있다)을, 그 열가소성 수지의 용융온도 미만으로서, 그 분산매의 비점을 넘지 않는 온도범위에서 혼련한다. 즉, 열가소성 수지와 분산매를 함유한 팽윤 층상 무기화합물을 그 분산매의 비점미만의 온도에서 접촉시키고, 상기 층상 무기화합물이 분산매를 보유한 상태에서 열가소성 수지의 용융온도 미만의 저온에서 혼련하는 것을 특징으로 한다. 바꿔 말하면, 제 1 혼련공정은 열가소성 수지와 층상 무기화합물 및 분산매(용매)가 공존하는 상태를 보유하면서 전단혼련하는 공정이다. 이 공정에서는 매트릭스가 되는 열가소성 수지의 상(相)이 고체에서 반용융 상태로 혼련되기 때문에, 용융혼련 상태보다 높은 전단력이 작용하며, 게다가 층상 무기화합물은 분산매에 의해 유연하면서 박리하기 쉬운 상태로 되어 있기 때문에, 층상 무기화합물의 층내 파괴가 완화되면서 층간 박리가 효율적으로 이루어져, 층상 무기화합물의 수지안으로의 박리분산이 촉진된다(층간박리·분산 공정). 이 때, 동시에 착출효과 및 전단발열에 의해 분산매가 층상 무기화합물로부터 제거되어 간다. 이 층간박리·분산 공정에서의 혼련온도의 하한(下限)은 특별히 제한되지 않지만, 통상은 실온 이상, 바람직하게는 열가소성 수지의 글라스 전이온도 이상이다. 열가소성 수지의 상이 글라스 전이온도 이상의 고무형상 점탄성 영역에 있는 것이, 혼련장치로의 부하가 적고 분산매도 착출하기 쉽다. 또한, 열가소성 수지와 분산매를 함유한 팽윤 층상 무기화합물의 접촉방법으로서는, 양자가 분산매의 비점 미만의 온도에서 접촉할 수 있으면 좋고, 열가소성 수지와 분산매를 함유한 팽윤 층상 무기화합물을 실온에서 미리 일괄 혼합하여도 좋으며, 별도의 공급으로, 미리 열가소성 수지를 분산매의 비점 미만의 온도에서 선반죽하고, 거기에 분산매를 함유한 팽윤 층상 무기화합물을 더하여도 좋다. 또한 열가소성 수지와 층상 무기화합물의 팽윤 조정에 사용한 분산매와의 친화성이 양호한 경우, 열가소성 수지에도 이 분산매와 동일한 용매를 미리 함유시켜도 좋다. 열가소성 수지에 이러한 용매를 함유시키는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 열가소성 수지를 상기 열가소성 수지의 글라스 전이온도 이상, 그리고 용매의 비점미만의 온도에서 상기 용매 안에 침지시키는 방법, 열가소성 수지를 용매의 증기를 함유하는 분위기에 방치하는 방법 등을 들 수 있다. 열가소성 수지측에도 팽윤 층상 무기화합물과 동일한 분산매를 보유시켜 혼련함으로써, 층상 무기화합물의 열가소성 수지로의 분산효율의 향상을 도모할 수 있다. 이어서, 본 발명에 따른 발명에서는 제 2 혼련공정으로서, 제 1 혼련공정을 거친 혼련물을 상기 분산매의 비점이상의 온도까지 온도를 올리면서 혼련한다. 즉, 층상 무기화합물의 박리 및 열가소성 수지 안으로의 확산이 진행된 상태에서, 분산매의 비점 이상의 고온으로 온도 구배를 걸어 혼련하는 것을 특징으로 한다. 이 공정에서는 분산매가 착출작용 및 온도상승에 의한 증산작용에 의해 혼련계 안에서 점차 제거되어 가기 때문에, 박리한 층상 무기화합물이 매트릭스 내에 잔존하여, 분산성의 균일화가 촉진된다(탈분산매·분산균일화 공정). 온도구배를 거는 방법에는 특별한 제한이 없고, 연속적이어도 불연속적이어도 좋으며, 그 구배는 사용하는 분산매의 종류나 함유량, 혼련시간 등을 가미하여 임의로 설정할 수 있다. 단, 분산매가 급격히 증발하는 온도구배는 층상 무기화합물의 응집을 초래할 우려가 있기 때문에 피하는 것이 좋다. 여기서, 도달 혼련온도는 분산매의 비점 이상의 온도로서, 열가소성 수지의 열분해 온도 미만의 온도범위이면 좋고, 열가소성 수지의 융점온도 미만이어도 용융온도 이상이어도 좋다. 또한, 제 1 혼련공정 및 제 2 혼련공정에 따른 혼련장치는 동일한 혼련장치이거나, 각각 다른 혼련장치이어도 좋고, 또한 2종류 이상의 혼련장치를 조합하여 사용하여도 좋다. 한편, 저온혼련에 있어서는, 상기 혼련조건을 적절히 조작함으로써, 열가소성 수지가 미용융에서 반용융의 상태로 혼련할 수 있는데, 전단발열을 이용함으로써 혼련물을 일시적으로 용융상태로 하는 것도 가능하며, 또한 그 용융상태로 되어 있는 시간을 제어하는 것도 가능하다. 이와 같은 저온혼련에 의해 매트릭스가 되는 열가소성 수지의 가수분해나 열분해 등의 열화·변질을 억제할 수 있다는 이점도 있다.

본 발명에 따르면, 예를 들어 일축압출기, 이축압출기 등의 연속식 혼련장치를 사용하는 경우, 실린더의 온도설정, 스크류의 디자인 설계 및 회전수, 그것에 벤트나 폐액구 등의 위치관계를 적절히 배치함으로써, 상기 층간 박리·분산 공정으로부터 탈분산매·분산균일화 공정까지를 압출기의 상류에서 하류방향을 따라 연속적이면서 효과적으로 행할 수 있다. 예를 들어, 열가소성 수지와 분산매를 함유 한 팽윤 층상 무기화합물로 이루어지는 원재료를 상류 호퍼(hopper)로부터의 일괄 공급으로 하고, 상류부와 하류부 각각에 니딩 존(kneading zone; 혼련영역)을 마련하고, 또한 상류부와 하류부의 사이, 및 하류 니딩 존과 다이헤드(die head) 사이의 두 군데에 탈분산매용 벤트를 설치하며, 온도설정에 있어서는 상류 니딩 존을 열가소성 수지의 용융온도 미만이면서 분산매의 비점미만의 온도로 온도 구배를 걸어 설정하고, 그리고 다이헤드부를 열가소성 수지의 용융 온도 이상의 온도로 설정하여 압출혼련함으로써, 상류부에서 상기 층간박리·분산 공정이, 하류부에서 상기 탈분산매·분산균일화 공정이 연속적으로 이루어지며, 게다가 혼련물을 용융 끈으로하여 다이헤드로부터 끌어내, 공지의 방법으로 펠리타이즈할 수 있다. 탈분산매의 양이 많은 경우에는, 압출기 실린더부에 적절하게 배수홈이나 슬릿 배럴 등의 배액용 구멍을 설치함으로써 배액효율을 높일 수 있다. 경우에 따라서는, 진공 펌프에 의한 감압을 병용하여, 강제배기하여도 좋다.

반바리 믹서, 반죽기, 브라벤더 등의 밀폐형 일괄식 혼련장치를 사용하여 혼련하는 경우에는, 예를 들어, 혼련장치의 온도를 사용하는 열가소성 수지의 용융온도 미만이면서 분산매의 비점미만의 온도로 설정한 후, 열가소성 수지와 분산매를 함유한 팽윤 층상 무기화합물을 일괄 또는 별도로 투입하여 혼련하고, 계속하여 상기 분산매의 비점이상의 온도까지 적절히 승온하면서 혼련함으로써, 상기 분산매를 원재료 투입구 등으로부터 증산시키면서 층상 무기화합물을 매트릭스 안에 균일 미분산시킬 수 있다. 한편, 각 공정의 혼련시간이나 온도구배를 거는 방법은 사용하는 열가소성 수지의 종류, 분산매의 종류 및 함유량, 사용하는 혼련장치의 용량, 회전수, 온도조절능력 등이 따라 적절히 설정된다.

또한, 열가소성 수지가 폴리에틸렌, 폴리염화비닐, 폴리초산비닐, 에틸렌-초산비닐 공중합체, 각종 고무류나 열가소성 엘라스토머 등의 연질계 열가소성 수지인 경우, 롤러식 혼련장치도 적절하게 사용할 수 있다. 예를 들어, 일반적인 전후 2롤로 이루어지는 오픈롤러를 사용한 경우, 먼저 롤러의 온도를 사용하는 열가소성 수지의 글라스 전이온도 이상으로, 용융온도 미만이면서 분산매의 비점미만의 온도로 설정한 후, 열가소성 수지와 분산매를 함유한 팽윤 층상 무기화합물을 일괄 또는 별도로 투입하여 롤 믹싱을 하고, 그런 다음 롤의 온도를 사용한 분산매의 비점 이상의 온도까지 적절히 승온시키면서 혼련을 계속함으로써, 상기 분산매를 증산 제거하면서 층상 무기화합물을 매트릭스 안에 균일 미분산시킬 수 있다. 또한, 롤러식 혼련장치를 사용한 경우에도, 각 공정의 혼련시간이나 온도 구배를 거는 방법은 사용하는 열가소성 수지의 종류, 분산매의 종류 및 함유량, 사용하는 혼련장치의 용량, 회전수, 온도조절능력 등에 의해 적절히 설정되는데, 오픈롤러에서는 혼련상태를 육안으로 확인할 수 있기 때문에, 혼련조건의 조정이 쉽다는 이점이 있다. 한편, 롤러식 혼련장치를 사용하는 경우, 특히 사용하는 열가소성 수지의 형상은 롤러 사이에 들어가기 쉬운 형상 즉, 플레이크 형상, 스트립형상, 시트형상, 필름형상 등의 어스팩트비가 높은 형상이나 또는 분체인 것이 바람직하지만, 고무류나 열가소성 엘라스토머와 같은 상온에서도 유연성을 가지는 열가소성 수지인 경우에는 그렇지만은 않다.

본 발명은 또한, 상기 열가소성 수지와, 그 100중량부당 층상 무기화합물 원 체로서 0.01~100중량부를 함유하며, 또한 그 층상 무기화합물이 평균 두께가 약 0.5μ 이하, 최대 두께가 약 1μ 이하로 미분산되어 있는 고분자 복합재료를 제공한다. 이와 같이, 층상 무기화합물이 서브미크론 오더 이하로 분산되어 이루어지는 고분자 복합재료는 상술한 본 발명의 방법에 의해 생산적으로 간단히 제조할 수 있다.

본 발명에서의 고분자 복합재료에는, 그 목적에 따라 원재료의 혼합시 또는 혼련시에, 또는 성형시에, 종래공지의 가소제, 열안정제, 광안정제, 자외선 흡수제, 노화방지제, 안료, 착색제, 천연섬유, 각종 무기입자, 각종 필러, 대전방지제, 이형제, 가소제, 향료, 윤활제, 가교(가황)제, 가교(가황) 촉진제, 결정핵제, 결정화 촉진제, 난연제, 발포제, 연화제, 방부제, 항균항진제 등의 각종 첨가제를 배합하여도 좋다.

(실시예)

이하, 본 발명의 이해를 쉽게하기 위하여 실시예 및 비교예를 개시하는데, 본 발명의 정신과 기술범위를 넘지않는 한, 이 실시예들에 의해 그 기술적 범위가 한정되지 않는다.

먼저, 사용한 혼련장치 및 원재료는 다음과 같다.

[Ⅰ] 혼련장치

(a) 이축압출기: 가부시키가이샤 니혼 세이테츠죠 제품, TEX 30α

이 장치의 실린더부는 온조 블록마다 C1~C12의 12개의 블록으로 이루어지며, C1부에 원재료 공급구를, C6 및 C11부에 벤트를 설치하고, C11의 벤트에는 진공펌 프를 접속하였다. 또한, 스크류의 니딩 존을 C4~C5 및 C9~C10의 위치에 오도록 배치하였다.

(b) 밀폐형 일괄식 혼련장치: 도요 세이키 가부시키가이샤 제품, 라보플라스토밀(laboplastomill)

(c) 롤식 혼련장치: 간사이 롤 가부시키가이샤 제품, 6인치 롤

[Ⅱ] 원재료

(1) 열가소성 수지

폴리아미드 6(PA6) : 우베고산 가부시키가이샤 제품, 1015B

폴리프로필렌(PP) : 이데미쓰 세끼유 가가꾸 가부시끼가이샤 제품, J-700GP

리사이클 PET 플레이크(R-PET): 시판되는 음료용 PET병을 분쇄, 세정처리한 크기 2~5mm의 클리어 플레이크

폴리유산(PLA) : 미쓰이카가쿠 가부시키가이샤 제품, LACEA H-100

천연고무(NR) : 태국산 리브드 스모크드 시트(Ribbed Smoked Sheet: RSS #4)

스틸렌-부타디엔고무(SBR) : 니혼제온 가부시키가이샤 제품, Nipol 1502

수소첨가 니트릴 고무(H-NBR): 니혼제온 가부시키가이샤 제품, Zetpol 2020

에틸렌-초산비닐 공중합체(EVA): 니혼폴리쳄 가부시키가이샤 제품, 노바텍 LV 540

염소화 폴리에틸렌(CPE) : 다이소 가부시키가이샤 제품, MR-104

(2) 층상 무기화합물

몬모릴로나이트(분체): 쿠니미네 고교 가부시키가이샤 제품, 쿠니피아 F

수팽윤 몬모릴로나이트 : 몬모릴로나이트와 물을 중량비 1:1의 비율로 혼합한 것

유기화 수팽윤 몬모릴로나이트: 몬모릴로나이트 3중량부를 물 97중량부에 교반분산시킨 후, 디메틸옥타데실암모늄클로라이드 3중량부를 더하여 유기화한 것을 탈수 처리하여, 수분 함유량을 약 50중량%로 조정한 것.

유기화 몬모릴로나이트(분체) : 상기 유기화 수팽윤 몬모릴로나이트를 건조·분쇄처리한 것.

표면처리 수팽윤 몬모릴로나이트 : 몬모릴로나이트 4중량부를 물 96중량부에 교반분산시킨 후, γ-폴리옥시에틸렌프로필트리메톡시실란 0.4중량부를 더하여 교반·혼합한 것을 탈수처리하여, 수분함유량을 약 50중량%로 조정한 것.

표면처리 몬모릴로나이트(분체): 상기 표면처리 수팽윤 몬모릴로나이트를 여과한 후, 건조·분쇄 처리한 것.

한편, 각 예에서 얻어진 고분자 복합재료의 층상 무기화합물의 함유율 측정 및 분산성의 평가를 다음에 나타내는 방법으로 행하였다.

(1) 층상 무기화합물의 함유율

얻어진 고분자 복합재료의 층상 무기화합물에 유래하는 무기회분율을 JIS-K7052에 준거하여 측정하고, 이것을 층상 무기화합물의 함유율로 하였다.

(2) 층상 무기화합물의 분산성

얻어진 고분자 복합재료의 시험조각의 표면 및 할단(割斷)면(액체질소중에서 할단)의 육안관찰 및 전계방출형 조사형 전자현미경(가부시키가이샤 히타치 세이사 쿠쇼 제품 S-4500) 관찰로, 하기 판단기준에 의해 평가하였다.

◎ : 전자현미경을 사용하여도 적층응집물의 존재를 거의 확인할 수 없다.

○ : 평균적인 층 두께가 0.5㎛ 이하인 응집물을 약간 확인할 수 있다.

× : 100㎛이상의 육안 레벨로 확인할 수 있는 응집물이 산재해 있다.

실시예 1

먼저, 폴리아미드 6(PA6) 펠리트를 구멍 형상이 슬릿 모양인 다이헤드를 사용한 이축압출기로 용융압출(240℃)하여 띠모양의 끈으로 한 후, 이것을 롤링, 수조냉각하여 커팅함으로써 크기 약 0.5mm×6mm×8mm의 플레이크 모양의 PA6(어스팩트비 약 16)을 얻었다. 이 플레이크 모양 PA 6을 대기중에서 실내방지한 후(수분율로 약 3%였다), 상기 플레이크 모양 PA6 100중량부(수분제외)와 PA6 100중량부에 대하여 몬모릴로나이트 원체로 3중량부가 되도록 계량한 수팽윤 몬모릴로나이트를 혼합하고, 이것들을 실린더 온도 C2~C5/C6~C8/C9/C10/C11~C12/DH=60/80/100/150 /220/240℃, 스크류 회전수 200min^-1로 설정한 이축압출기에 투입하여, 하류 벤트(C11) 진공감압하에서 압출혼련하였다. 토출한 용융 끈을 수조냉각한 후, 펠리타이즈하여 PA6/몬모릴로나이트의 펠리트를 제작하였다. 이 펠리트를 사용하여 사출성형 시험조각(10×120×4mm)을 제작하고, JIS K7171에 준거하여 휨 탄성율 및 휨 강도를, JIS K7191에 준거하여 하중변형온도(HDT)를 측정하였다. 결과를 표 1에 나타낸다. 한편, 한창 혼련중일 때는, 상류 벤트(C6)에서 수증기가 발생하는 것이 관찰되었다.

실시예 2

폴리프로필렌(PP) 펠리트를 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 용융압출(180℃)하여 플레이크화한 후, 이 플레이크 모양 PP 100중량부와 PP 100중량부에 대하여 몬모릴로나이트 원체로 5중량부가 되도록 계량한 유기화 수팽윤 몬모릴로나이트를 혼합하고, 이것들을 실린더 온도 C2~C5/C6~C8/C9/C10/C11~C12/DH=60/80/90/ 100/150/180℃, 스크류 회전수 160min^-1로 설정한 이축압출기에 투입하여, 하류 벤트(C11) 진공감압하에서 압출혼련하여, 실시예 1과 마찬가지로 하여 PP/몬모릴로나이트의 펠리트를 제작하였다. 얻어진 펠리트를 사용하여 사출성형 시험조각을 제작하고, 실시예 1과 마찬가지의 시험방법으로 휨 특성 및 하중변형온도를 측정하였다. 결과를 표 1에 나타낸다. 이 경우에도, 실시예 1과 마찬가지로 한창 혼련중일 때, 상류 벤트(C6)로부터 수증기가 발생하는 것이 관찰되었다.

실시예 3

리사이클 PET 플레이크(R-PET) 100중량부와, R-PET 100중량부에 대하여 몬모릴로나이트 원체로 5중량부가 되도록 계량한 표면처리 수팽윤 몬모릴로나이트를 혼합하여, 이것들을 다이헤드를 개방 상태로 하고, 실린더 온도 C2~C5/C6~C7/ C8~C12=60/80/100℃, 스크류 회전수 200min^-1로 설정한 이축압출기에 투입하여 압출혼련하여, R-PET/몬모릴로나이트의 혼련물을 제작하였다. 혼련토출물은 크기 10~30mm정도의 부정형 고형물로, 이것을 부쇄기에 걸어 크기 2~3mm 정도의 가는 조각으로 한 후, 사출성형 시험편을 제작하여, 실시예 1과 같은 시험방법으로 휨 특 성 및 하중변형온도를 측정하였다. 결과를 표 1에 나타낸다. 한편, 이 경우에서는 한창 혼련중일 때, 상류 벤트(C6), 하류 벤트(C11) 및 토출구로부터의 수증기 발생이 관찰되었다.

실시예 4

폴리유산(PLA) 펠리트를 프레스기로 용융가압, 급냉처리하여 두께 약 0.5mm의 투명 시트로 한 후, 이것을 10mm×100mm 정도의 스트립 모양으로 나누어 자르고, 혼련전의 수지원료로 하였다. 이 스트립 모양 PLA 100중량부와, PLA 100중량부에 대하여 몬모릴로나이트 원체로 5중량부가 되도록 계량한 유기화 처리 수팽윤 몬모릴로나이트를 혼합하고, 챔버 온도 70℃, 로터 회전수 80min^-1로 설정한 라보플라스토밀에 투입하여, 토크(torque)가 안정영역에서 상승영역에 달할 때까지 혼련을 계속하였다. 그 후, 토크의 상승에 맞추어 80℃로 승온하면서 2분간, 다시 90℃로 승온하면서 1분간 혼련하고, 마지막에 원재료 공급구로부터 증기가 발생하지 않을 때까지, 100℃로 승온하면서 1분간 혼련하였다. 이와 같이 하여 얻어진 PLA/몬모릴로나이트의 혼련물을 열 프레스(200℃)에 걸어 10×120×4mm의 시험조각을 제작하고, 실시예 1과 동일한 시험방법으로 휨 특성 및 하중변형온도를 측정하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.

비교예 1

폴리아미드 6(PA6) 100중량부와 몬모릴로나이트 분체 3중량부를 이축압출기에 투입하고, 실린더 온도 240℃, 스크류 회전수 200min^-1의 설정으로 용융혼련하 여, PA6/몬모릴로나이트의 펠리트를 얻었다. 혼련물의 시험조각 제작 및 물성측정은 실시예 1과 마찬가지로 하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.

비교예 2

폴리프로필렌(PP) 100중량부와, PP 100중량부에 대하여 몬모릴로나이트 원체로 5중량부가 되도록 계량한 유기화 몬모릴로나이트 분체 5중량부를 이축압출기에 투입하고, 실린더 온도 180℃, 스크류 회전수 160min^-1의 설정으로 용융혼련하여, PP/몬모릴로나이트의 펠리트를 얻었다. 혼련물의 시험조각 제작 및 물성측정은 실시예 2와 마찬가지로 하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.

비교예 3

리사이클 PET 플레이크(R-PET) 100중량부와, R-PET 100중량부에 대하여 몬모릴로나이트 원체로 5중량부가 되도록 계량한 표면처리 몬모릴로나이트 분체 5중량부를 이축압출기에 투입하고, 실린더 온도 280℃, 스크류 회전수 200min^-1의 설정으로 용융혼련하여, R-PET/몬모릴로나이트의 펠리트를 얻었다. 혼련물의 시험조각 제작 및 물성측정은 실시예 3과 마찬가지로 하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.

비교예 4

폴리유산(PLA) 100중량부와 몬모릴로나이트 분체 5중량부를 라보플라스토밀에 투입하고, 챔버 온도 200℃, 로터 회전수 80min^-1의 설정으로 5분간 용융혼련하여, PLA/몬모릴로나이트의 혼련물을 얻었다. 혼련물의 시험조각 제작 및 물성측정은 실시예 4와 마찬가지로 하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.

실시예 5

천연고무(NR) 100중량부와, NR 100중량부에 대하여 몬모릴로나이트 원체로 5중량부가 되도록 계량한 수팽윤 몬모릴로나이트를, 챔버 온도 50℃, 로터 회전수 60min^-1 로 설정한 라보플라스토밀에 투입하고, 토크가 안정영역에서 상승영역에 도달할 때까지 혼련을 계속하였다. 그 후, 토크의 상승에 맞추어 70℃로 승온하면서 2분간, 다시 80℃로 승온하면서 1분간 혼련하고, 마지막에 원재료 공급구에서 증기가 발생하지 않을 때까지, 100℃로 승온하면서 1분간 혼련하였다. 이와 같이 하여 얻어진 NR/몬모릴로나이트의 혼련물은 몬모릴로나이트의 응집물이 보이지 않고 투명감을 가지게 되었다. 이 혼련물을 6인치롤을 통하여 시트모양으로 한 후, 프레스기로 두께 2mm의 시트를 조정하고, 이 시트에 대하여 아령모양 3호형 시험조각을 본떠, 인장시험을 하였다. 한편, 인장시험은 JIS K6251에 준거하여 연신율 100%, 200% 및 300%에서의 응력값을 구하였다. 또한, 응력-변형곡선의 상승접선의 기울기로부터 인장탄성율도 구하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.

실시예 6

열가소성 수지로서 스틸렌-부타디엔고무(SBR)를, 층상 무기화합물로서 유기화 수팽윤 몬모릴로나이트를 사용한 것 이외에는, 실시예 5와 마찬가지로 하여 혼련 및 인장시험을 하였다. 결과를 표 2에 나타낸다. 한편, 여기서 얻어진 SBR/몬모릴로나이트 혼련물의 외관도 몬모릴로나이트의 응집물이 보이지 않는 투명감이 있는 것이었다.

비교예 5

천연고무(NR)만을 챔버온도 60℃, 로터회전수 60min^-1으로 설정한 라보플라스토밀에 투입하여 5분간 저작(mastication)한 후, 6인치롤을 사용하여 시트모양으로 하였다. 이 시트로부터 실시예 5와 동일한 방법으로 인장시험 조각을 조정하여 인장시험을 하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.

비교예 6

열가소성 수지로서 스틸렌-부타디엔고무(SBR)를 사용한 것 이외에는, 비교예 5와 동일하다. 결과를 표 2에 나타낸다.

실시예 7

실시예 5에서 얻어진 NR/몬모릴로나이트 혼련물에, NR 100중량부에 대하여 가황제로서 유황을 3중량부, 가황촉진제(오우치신코카가쿠고교 가부시키가이샤 제품 녹셀러 엔에스 피(Nocceler NS-P))를 1중량부 첨가하고, 6인치롤(롤온도 60℃)로 혼련한 후, 시트모양으로 분출하여 150℃에서 40분간 프레스하여 두께 2mm의 시트를 조정하고, 이 가황시트에 대하여 실시예 5와 마찬가지의 인장시험을 하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.

실시예 8

실시예 6으로 얻어진 SBR/몬모릴로나이트 혼련물에, SBR 100중량부에 대하여 유황 2중량부, 가황촉진제(오우치신코카가쿠고교 가부시키가이샤 제품 녹셀러 엔에스 피(Nocceler NS-P)) 1.5중량부의 비율로 더하여, 6인치롤(롤온도 60℃)로 혼 련한 후, 시트모양으로 분출하여 160℃에서 40분간 프레스하여 두께 2mm의 시트를 조정하고, 이 가황시트에 대하여 실시예 6과 마찬가지의 인장시험을 하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.

실시예 9

열가소성 수지로서 수소첨가 니트릴고무(H-NBR)를 사용한 것 이외에, 실시예 5와 마찬가지 조건에서 혼련하여 H-NBR/몬모릴로나이트 혼련물을 얻었다. 이 혼련물에 H-NBR 100중량부에 대하여 가황제로서 유기과산화물(니혼유시 가부시키가이샤 제품 페록시몬 F-40)을 8중량부 첨가하여, 6인치롤(롤온도 60℃)로 혼련한 후, 시트모양으로 분출하여 170℃에서 15분간 프레스하여 두께 2mm 시트를 조정하고, 이 가황시트에 대하여 실시예 5와 마찬가지의 인장시험을 하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.

비교예 7

천연고무(NR) 100중량부와 몬모릴로나이트 분체 5중량부를 챔버 온도 60℃, 로터 회전수 60min^-1로 설정한 라보플라스토밀에서 5분간 혼련한 후, 이 NR/몬모릴로나이트 혼련물에 대하여 실시예 7과 마찬가지의 가황처리 및 인장시험을 하였다. 결과를 표 2에 나타낸다. 한편, 여기서 얻어진 NR/몬모릴로나이트 혼련물은 투명감이 없고, 육안 레벨로 확인할 수 있는 몬모릴로나이트의 응집물이 다수 보였다.

비교예 8

가황전의 혼련물로서 비교예 5의 NR 저작물을 사용한 것 이외에는, 실시예 7 과 같다. 결과를 표 2에 나타낸다.

비교예 9

가황전의 혼련물로서 비교예 6의 SBR 저작물을 사용한 것 이외에는, 실시예 8과 같다. 결과를 표 2에 나타낸다.

비교예 10

수소첨가 니트릴고무(H-NBR)만을 챔버 온도 60℃, 로터 회전수 60min^-1로 설정한 라보플라스토밀에서 5분간 혼련한 후, 이 H-NBR 저작물에 대하여 실시예 9와 마찬가지의 가황처리 및 인장시험을 하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.

실시예 10

에틸렌-초산비닐 공중합체(EVA) 펠리트를 프레스기로 용융가압하여 두께 약 1mm의 투명 시트로 한 후, 이것을 10mm×100mm 정도의 스트립 모양으로 나누어 자르고, 혼련전의 수지원료로 하였다. 이 스트립 모양의 EVA 100중량부와 EVA 100중량부에 대하여 몬모릴로나이트 원체로 5중량부가 되도록 계량한 수팽윤 몬모릴로나이트를 준비하고, 먼저 모든 스트립형 EVA의 반절 정도의 양을 롤 온도 90℃, 전/후방 롤회전수 30/25min^-1로 설정한 롤러에 투입하여, EVA를 전방 롤에 감은 후, 일단 롤 온도를 70℃로 낮추고, 수팽윤 몬모릴로나이트와 나머지 스트립형 PLA를 투입하면서 2분간 혼련하였다. 이어서, 전방 롤에 감은 혼련물이 차례로 투명감을 띄어가는 것을 육안으로 확인하면서, 증기가 발생하지 않을 때까지 약 2분 간격으로 10℃씩 100℃까지 승온시키면서 혼련하였다. 이 혼련물을 시트모양으로 분출한 후, 프레스기로 용융가압하여 두께 1mm의 시트를 제작하고, 이 시트로부터 JIS K7113에 준한 아령모양 2호형 시험편을 본떠, 시험속도 50mm/min로 인장시험하였다. 한편, 여기서 인장시험은 인장탄성율과 연신율 100%, 300% 및 500%에서의 응력값을 구하였다. 결과를 표 3에 나타낸다.

실시예 11

혼련전의 수지원료로서 염소화 폴리에틸렌(CPE) 분체를 사용한 것 이외에, 실시예 10과 같다. 결과를 표 3에 나타낸다.

비교예 11

층상 무기화합물로서 몬모릴로나이트 분체를 사용한 것 이외에는, 실시예 10과 같다. 결과를 표 3에 나타낸다. 한편, 여기서 얻어진 혼련물에서는 육안으로 확인할 수 있는 몬모릴로나이트의 응집물이 다수 보였다.

비교예 12

층상 무기화합물로서 몬모릴로나이트 분체를 사용한 것 이외에는, 실시예 11과 같다. 결과를 표 3에 나타낸다. 한편, 여기서 얻어진 혼련물에서도 육안으로 확인할 수 있는 몬모릴로나이트의 응집물이 다수 보였다.

참고예 1

에틸렌-초산 비닐 공중합체(EVA) 펠리트를 프레스기로 용융가압하여 두께 1mm의 시트를 제작하고, 이 시트에 대하여 실시예 10과 같은 인장시험을 한 결과를 표 3에 나타낸다.

참고예 2

염소화 폴리에틸렌(CPE) 분체를 프레스기로 용융가압하여 두께 1mm의 시트를 제작하고, 이 시트에 대하여 실시예 11과 같은 인장시험을 한 결과를 표 3에 나타낸다.

	열가소성 수지의 종류	층상 무기화합물의 종류	회분 (%)	휨 탄성율 (GPa)	휨강도 (MPa)	HDT 1.8MPa (℃)	분산성
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4	PA6 PP R-PET PLA PA6 PP R-PET PLA	수팽윤 유기화수팽윤 표면처리수팽윤 유기화수팽윤 건조(분체) 유기화분체 표면처리분체 건조(분체)	2.7 4.8 4.8 4.9 2.9 4.7 4.9 4.8	3.5 2.6 5.1 6.2 2.6 1.8 2.7 3.5	123 89 132 115 109 51 91 98	131 83 133 76 67 62 65 57	○ ○ ◎ ◎ × × × ×

	열가소성 수지의 종류	층상 무기화합물의 종류	회분 (%)	인장 탄성율 (MPa)	인장강도(MPa)			인장 연신율 (%)	분산성
					M₁₀₀	M₂₀₀	M₃₀₀
실시예5 실시예6 비교예5 비교예6 실시예7 실시예8 실시예9 비교예7 비교예8 비교예9 비교예10	NR SBR NR SBR NR가황 SBR가황 H-NBR가황 NR가황 NR가황 SBR가황 H-NBR가황	수팽윤 유기화수팽윤 없음 없음 수팽윤 유기화수팽윤 수팽윤 건조(분체) 없음 없음 없음	5.1 4.8 - - 5.1 4.8 4.9 5.0 - - -	1.4 2.4 0.7 1.0 1.9 4.1 4.7 1.1 1.0 1.8 3.7	0.23 0.34 0.16 0.22 0.72 1.52 2.6 0.50 0.43 0.83 1.8	0.21 0.32 - 0.23 1.25 2.81 5.9 0.78 0.62 1.33 -	0.24 0.25 - 0.20 1.93 4.14 - 1.02 0.86 - -	305 320 160 310 500이상 380 260 500이상 500이상 295 170	◎ ◎ - - ◎ ◎ ◎ × - - -

	열가소성수지의 종류	층상 무기화합물의 종류	회분 (%)	인장 탄성율 (MPa)	인장강도(MPa)			분산성
					M₁₀₀	M₃₀₀	M₅₀₀
실시예10 실시예11 비교예10 비교예11 참고예1 참고예2	EVA CPE EVA CPE EVA CPE	수팽윤 수팽윤 건조(분체) 건조(분체) 없음 없음	4.6 4.7 4.7 4.8 - -	81.4 11.2 54.1 5.3 53.7 4.5	5.7 1.2 5.1 0.8 4.9 0.7	11.7 2.9 10.5 2.0 10.1 1.8	19.8 4.9 17.5 3.6 17.4 3.3	○ ◎ × × - -

표 1은 탄성율 1GPa 이상을 가지는 열가소성 수지를 매트릭스로 한 고분자 복합재료에 관한 실시예이다. 또한, 표 2 및 표 3은 탄성율이 낮은 열가소성 수지나 고무·엘라스토머류를 매트릭스로 한 경우의 고분자 복합재료에 관한 실시예이다. 표 1에서 실시예 1~4는 본 발명에 따른 제조방법에 의해 제작된 층상 무기화합물을 함유하는 고분자 복합재료이고, 비교예 1~4는 통상의 용융혼련법에 의해 열가소성 수지와 층상 무기화합물을 단순 혼련하여 제작한 고분자 복합재료이다. 이 표 1에서 알 수 있듯이, 통상의 용융혼련법에서는 열가소성 수지 안으로의 층상 무기화합물의 박리·분산이 진행되지 않아, 층상 무기화합물이 미분산한 고분자 복합재료를 얻을 수 없었다. 이에 대하여, 실시예 1~4의 시료는 층상 무기화합물의 분산성이 뛰어나고, 기계적 강도 및 내열성이 현저히 향상된 것이 인정된다. 표 2에서 실시예 5,6은 본 발명에 따른 제조방법에 의해 제작된 층상 무기화합물을 함유하는 미가황 고무시료로, 층상 무기화합물을 포함하지 않는 시료(비교예 5,6)와 비교하여, 그린강도(미가황고무의 강도)가 현저히 향상되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 가황고무에 대해서도, 본 발명에 따른 제조방법에 의해 제작된 시료(실시예 7~9)는 그 탄성율 및 강도가 브랭크 시료(비교예 8~10)에 대하여 크게 향상되어 있는 것을 알 수 있다. 비교예 7은 실시예 5와 마찬가지의 혼련순서로 혼련한 시료이지만, 분산매로 팽윤시키지 않은 층상 무기화합물을 사용하였기 때문에, 층상 무기화합물의 분산성이 떨어지고, 물성향상 효과가 낮다. 표 3에서 실시예 10,11은 본 발명에 따른 제조방법에 의해 제작된 층상 무기화합물을 함유하는 연질 고분자 복합재료로서, 분산매를 포함하지 않는 층상 무기화합물을 사용한 시료(비교예 11,12)와 비교하여, 층상 무기화합물의 분산성이 뛰어나고 탄성율 및 강도가 높은 것을 알 수 있다. 참고예 1,2는 매트릭스 단체의 인장물성을 참고로 나타낸 것이다. 이상, 표 1~3에서 분명해지듯이, 본 발명에 따른 제조방법으로 제작된 고분자 복합재료는 층상 무기화합물의 분산성이 뛰어나고, 기계적 강도 및 내열성도 뛰어나다.

본 발명에 따르면, 열가소성 수지 안으로 층상 무기화합물이 서브미크론에서 나노메터 오더로 분산되어 이루어지는, 기계적 성질이나 내열성 등이 뛰어난 고분자 복합재료를, 특별한 혼련장치 없이도 종래의 혼련장치를 이용하여 생산성 좋게 공업적으로 유리하게 제조할 수 있다. 게다가, 본 발명에 따른 제조방법은, 종래기술과 비교하여 광범위한 열가소성 수지에 적용할 수 있다.

Claims

열가소성 수지와, 물 및/또는 유기용매로 이루어지는 분산매로 팽윤시킨 층상 무기화합물을, 전단 혼련장치를 사용하여 상기 열가소성 수지의 용융온도 미만이면서 상기 분산매의 비점을 넘지 않는 온도범위에서 혼련한 후, 상기 분산매의 비점 이상의 온도까지 승온하면서 혼련하는 것을 특징으로 하는 고분자 복합재료의 제조방법.
제 1 항에 있어서,

상기 분산매로 팽윤시킨 층상 무기화합물의 층상 무기화합물과 분산매의 중량비가 1:0.2~1:100의 비율인 것을 특징으로 하는 고분자 복합재료의 제조방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 층상 무기화합물이 유기화제를 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 고분자 복합재료의 제조방법.
제 1 항에 있어서,

상기 분산매의 비점이 상기 열가소성 수지의 글라스 전이온도 이상인 것을 특징으로 하는 고분자 복합재료의 제조방법.
제 1 항에 있어서,

상기 열가소성 수지의 형상이 플레이크 모양, 칩모양, 시트모양, 필름모양, 섬유모양 또는 스트립 모양인, 그 가장 긴 축과 가장 짧은 축의 비(어스팩트비)가 3 이상인 것을 특징으로 하는 고분자 복합재료의 제조방법.
제 1 항에 있어서,

상기 전단혼련 장치가 적어도 1개 이상의 벤트 또는 슬릿 배럴을 포함하는 배기 및/또는 배액수단을 가지는 것을 특징으로 하는 고분자 복합재료의 제조방법.
제 1 항에 있어서,

상기 열가소성 수지가, 층상 무기화합물의 팽윤 조정에 사용한 분산매와 동일한 종류의 용매를 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 고분자 복합재료의 제조방법.
제 1 항에 있어서,

상기 열가소성 수지가, 층상 무기화합물의 팽윤 조정에 사용한 분산매와 친화성이 있는 관능기를 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 고분자 복합재료의 제조방법.
제 1 항에 있어서,

상기 열가소성 수지가 그것과 상용성이 있는 다른 종류의 열가소성 수지를 함유하고, 또한 상기 다른 종류의 열가소성 수지가 층상 무기화합물의 팽윤조정에 사용한 분산매와 친화성이 있는 관능기를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 고분자 복합재료의 제조방법.
열가소성 수지와, 물 및/또는 유기용매로 이루어지는 분산매로 팽윤시킨 층상 무기화합물을, 전단혼련장치를 사용하여, 상기 열가소성 수지의 용융온도 미만이면서, 상기 분산매의 비점을 넘지 않는 온도범위에서 혼련한 후, 상기 분산매의 비점 이상의 온도까지 승온하면서 혼련한 고분자 복합재료로서, 그 층상 무기화합물의 함유비율이 열가소성 수지 100중량부당 0.01~100중량부이며, 그 층상 무기화합물이 평균 두께 0.5μ이하, 최대 두께 1μ이하로 미분산되어 있는 것을 특징으로 하는 고분자 복합재료.
제 10 항에 있어서,

상기 층상 무기화합물이 유기화제를 함유한 층상 무기화합물인 것을 특징으로 하는 고분자 복합재료.
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,

상기 열가소성 수지가, 층상 무기화합물의 팽윤 조정에 사용한 분산매와 동일한 종류의 용매를 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 고분자 복합재료.
제 10 항에 있어서,

상기 열가소성 수지가, 층상 무기화합물의 팽윤 조정에 사용한 분산매와 친화성이 있는 관능기를 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 고분자 복합재료.
제 10 항에 있어서,

상기 열가소성 수지가 이것과 상용성이 있는 다른 종류의 열가소성 수지를 함유하고, 상기 다른 종류의 열가소성 수지가 층상 무기화합물의 팽윤조정에 사용한 분산매와 친화성이 있는 관능기를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 고분자 복합재료.