TW202421579A

TW202421579A - 滑石粉末、樹脂物性提升劑及樹脂組成物

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Publication number: TW202421579A
Application number: TW112138636A
Authority: TW
Inventors: 池田隆男; 永田員也
Original assignee: 日商林化成股份有限公司
Priority date: 2022-11-15
Filing date: 2023-10-11
Publication date: 2024-06-01
Also published as: WO2024105929A1; JP7320802B1; JP2024071901A; JP2024072238A

Abstract

一種滑石粉末，將BET比表面積設為A（m ²/g）、將200℃～700℃下的基於熱重量示差熱分析的重量減少率設為B（質量%）時的B/A為0.10以下。

Description

滑石粉末、樹脂物性提升劑及樹脂組成物

本發明是有關於一種滑石粉末、樹脂物性提升劑、樹脂組成物。

在製作樹脂成形體時，以提升機械強度等物性為目的，在樹脂原料中調配各種填充材料。作為此種填充材料，例如通用滑石。滑石在造岩礦物中最柔軟，具有解理性，容易剝離，光滑感亦豐富，而且化學性質亦穩定，因此與各種原料混合後被廣泛使用。

滑石因其優越的通用性而被廣泛應用於塑膠（樹脂）、造紙、化妝品、醫藥、肥料、塗料、陶瓷等領域。例如，調配了滑石的樹脂組成物被廣泛用於汽車零件、家電製品零件或辦公設備零件等各種領域。

另一方面，隨著各種領域的技術的高度化，在材料設計的階段欲實現高度的物性水準的傾向提高。關於通用的滑石，為了發揮其本來具有的有效物性，亦進行了各種改良。

例如，在專利文獻1中，提出了一種滑石，其為將平均一次粒徑0.1 μm～10 μm的粉末滑石不直接壓縮而脫氣後進行壓縮而獲得的顆粒狀的滑石，且體積密度為0.6 g/cm ³～0.94 g/cm ³，並且破壞率為70重量%～100重量%。 [現有技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本專利特開2005-104794號公報

[發明所欲解決之課題] 但是，在專利文獻1中，對在添加至熱塑性樹脂中後進行熔融混合的情況下分散性是否優異進行了研究，但並未對是否可提升樹脂物性（例如彎曲彈性係數般的物性）進行研究。即，不能說在材料設計的階段欲實現高度的物性水準。

根據以上所述，本發明的目的在於提供一種在添加滑石粉末而製成樹脂組成物時與添加先前的滑石粉末的情況相比可提升其樹脂物性的滑石粉末。 [解決課題之手段]

為解決所述課題而進行了努力研究，結果本發明者等人發現藉由下述本發明可解決該課題。即，本發明為如下所述。

[1] 一種滑石粉末，將布厄特（Brunauer Emmett Teller，BET）比表面積設為A（m ²/g）、將200℃～700℃下的基於熱重量示差熱分析的重量減少率設為B（質量%）時的B/A為0.10以下。 [2] 如[1]所述的滑石粉末，其中，所述BET比表面積為3 m ²/g～20 m ²/g。 [3] 如[1]或[2]所述的滑石粉末，其中，體積密度為0.05 g/cm ³～0.35 g/cm ³。 [4] 如[1]至[3]中任一項所述的滑石粉末，其中，中值粒徑（D50）為1 μm～10 μm。 [5] 一種樹脂物性提升劑，包含如[1]至[4]中任一項所述的滑石粉末。 [6] 一種樹脂組成物，包含如[1]至[4]中任一項所述的滑石粉末以及樹脂。 [7] 一種樹脂組成物，包含如[5]所述的樹脂物性提升劑以及樹脂。 [發明的效果]

藉由本發明，可提供一種在添加滑石粉末而製成樹脂組成物時與添加先前的滑石粉末的情況相比可提升其樹脂物性的滑石粉末。

[滑石粉末] 本發明的一實施形態（本實施形態）的滑石粉末中，將BET比表面積設為A（m ²/g）、將200℃～700℃下的基於熱重量示差熱分析的重量減少率設為B（質量%）時的B/A為0.10以下。

所述B/A為0.10以下的這一情況表示先前的滑石粉末上存在的水分量非常低。即，可推測滑石粉末的表面處於疏水性提升的狀態，藉此可認為與樹脂的親和性提高，從而可使樹脂的物性（特別是彈性係數）提升。 B/A較佳為0.02～0.09，更佳為0.025～0.085。

再者，基於熱重量示差熱分析的重量減少率B例如可藉由公知的裝置並利用下述的方法進行測定而求出。將7 mg的滑石粉末試樣放入至示差熱天平（例如，理學（Rigaku）（股）公司製造，裝置名：斯羅普拉斯（Thermo Plus）2）中進行升溫（室溫～950℃），此時求出溫度200℃至700℃為止的重量減少率（質量%）。升溫速度設為10℃/min。測定氣氛較佳為設為氮氣氛。

就疏水性所致的效果顯現的觀點而言，重量減少率B（質量%）較佳為1.2質量%以下，更佳為1質量%以下，進而佳為0.7質量%以下。下限並無特別限定，但實際上為0.05質量%左右。

為了使本實施形態的B/A為0.10以下，例如，較佳為在與通常的利用噴射磨機的粉碎條件相比為更高溫、高剪切力的條件下將原料滑石粉碎。具體而言，較佳為使用後述的蒸汽噴射磨機般的在使用過熱水蒸汽（飽和水蒸汽及將飽和水蒸汽進一步加熱而得的水蒸汽）作為流體能量的高溫下可瞬間賦予高剪切力的粉碎機構，對溫度、壓力等進行調整後進行製作。

在本實施形態中，滑石粉末的體積密度（緊實）較佳為0.05 g/cm ³～0.35 g/cm ³，更佳為0.10 g/cm ³～0.30 g/cm ³，進而佳為0.13 g/cm ³～0.28 g/cm ³。藉由為0.05 g/cm ³～0.35 g/cm ³，與樹脂進行混合時更容易獲得高彈性係數。

如上所述般的體積密度表示本實施形態的滑石粉末處於體積非常大的狀態。通常，考慮到運輸等的處理性，以提高體積密度為前提，將滑石粉末的粒徑或縱橫比設計成最佳。相對於此，在本實施形態中，著眼於技術常識上容易自研究中排除的「體積密度低的狀態（=體積非常大的狀態）」，並以不受通常的技術常識限制的構思達成了本發明。

此處，體積密度可藉由使用粉體特性評價裝置（細川密克朗（Hosokawa Micron）（股）製造的粉末測試儀PT-X）進行測定而得的緊實體積密度來求出。關於測定條件，將試樣供給至網目710 μm的篩上，藉由振幅1.5 mm的振動以覆蓋於100 cm ³體積密度測定用杯上的蓋的粉面位置一定的方式追加試樣，並進行180次輕敲。

另外，就與樹脂進行混合時獲得高彈性係數的觀點而言，本實施形態的滑石粉末的中值粒徑（體積基準、D50）較佳為1 μm～10 μm，更佳為1.5 μm～9.5 μm，進而佳為1.7 μm～8.5 μm。另外，D50較佳為2.3 μm～8 μm，更佳為2.3 μm～7 μm。

此處，中值粒徑可藉由使用雷射繞射式粒度分佈測定裝置（島津製作所（股）製造的SALD-200V ER），測定粒度分佈並利用體積基準的中值粒徑（D50：自小粒徑側開始的累積體積50%中的粒徑）來求出。

本實施形態的滑石粉末的比表面積（BET比表面積）較佳為3 m ²/g～20 m ²/g，較佳為3 m ²/g～18 m ²/g，更佳為6.0 m ²/g～16.0 m ²/g，進而佳為6.5 m ²/g～15.0 m ²/g，進而更佳為6.5 m ²/g～14.0 m ²/g。藉由比表面積為3 m ²/g～20 m ²/g，可在與樹脂進行混合時獲得高彈性係數。此處，比表面積可藉由使用比表面積/細孔分佈測定裝置（麥奇克拜耳（Microtrac BEL）（股）製造的拜耳索珀迷你II（BELSORP MINI II））進行測定來求出比表面積。作為試樣製備，較佳為使用真空乾燥機在100℃下進行90分鐘乾燥。

本實施形態的滑石粉末中，與合成滑石相比，較佳為天然滑石（非合成滑石）。合成滑石是藉由化學合成而製作的滑石，例如藉由在加壓下且在高溫下對包含鎂及矽的原料進行加熱的水熱合成法而獲得。另一方面，天然滑石為天然產出的礦物。天然滑石有時含有碳酸鈣或白雲石等作為微量成分。此種微量成分在添加至樹脂中時發揮改善耐衝擊性的功能。因此，作為本實施形態的滑石粉末，較佳為天然滑石粉末。

[滑石粉末的製造方法] 本實施形態的滑石粉末的製造方法包含藉由蒸汽噴射磨機將原料滑石粉碎的粉碎步驟。如上所述，使用蒸汽噴射磨機的粉碎處理由於使用過熱水蒸汽作為粉碎用的流體能量，因此可瞬間賦予高剪切力。因此，與使用壓縮空氣作為流體能量的一般條件的噴射磨機相比，瞬間對原料滑石粉末作用大的剪切力，藉此表面的水分效率良好地進行脫離，從而表現出良好的疏水性。因此，可認為在與樹脂進行混合而製成樹脂組成物時滑石粉末本來具有的物性提升效果容易以以高水準顯現。

在利用蒸汽噴射磨機的粉碎處理中，例如，較佳為將蒸汽噴射磨粉碎的過熱水蒸汽的溫度（進入粉碎區域前的溫度）設為300℃～500℃，且較佳為以表壓力計而將過熱水蒸汽的壓力（粉碎壓力）設為3.5 MPa～15.0 MPa。藉由在所述範圍內適當調整，可使已述的B/A、體積密度、比表面積、平均粒徑（D50）等為所期望的範圍。再者，過熱水蒸汽可藉由市售的鍋爐及超級加熱器（蒸汽過熱器）等以所期望的溫度產生。

另外，原料滑石的中值粒徑D ₀較佳為11 μm～20 μm，另外，體積密度較佳為0.5 g/cm ³～2 g/cm ³。藉由處於該些的範圍內，可獲得良好的粉碎效率，從而容易獲得本實施形態的滑石粉末。

以所述方式獲得的滑石粉末（粉碎滑石粉末）可根據需要進行分級處理等而應用於各種用途。

[樹脂物性提升劑] 本實施形態的樹脂物性提升劑包含本實施形態的滑石粉末。藉由將該樹脂物性提升劑與樹脂（例如後述的熱塑性樹脂）混合，而可提升其樹脂物性（特別是彈性係數）。即，適合作為添加樹脂（包括樹脂組成物在內）用的樹脂物性提升劑。

就充分地發揮其效果的觀點而言，樹脂物性提升劑中的本實施形態的滑石粉末的含量較佳為90質量%以上，較佳為95質量%以上，更佳為100質量%。

在樹脂物性提升劑中亦可包含例如矽烷偶合劑、酸改質聚合物（例如馬來酸改質聚丙烯（Polypropylene，PP）等）等表面處理劑等。

[樹脂組成物] 本實施形態的樹脂組成物包含已述的本實施形態的滑石粉末（或已述的本實施形態的樹脂物性提升劑）以及樹脂。作為樹脂，可列舉熱塑性樹脂（方便起見，包含熱塑性彈性體在內）、熱硬化性樹脂、橡膠、纖維素系樹脂等。

作為所述熱塑性樹脂，可列舉：聚丙烯、聚乙烯、4-甲基戊烯-1樹脂、聚丁烯-1樹脂、乙烯-丙烯無規共聚物、乙烯-丙烯嵌段共聚物、丙烯-1-丁烯共聚物、丙烯-乙烯-丁烯-1共聚物、丙烯-4-甲基戊烯共聚物、乙烯-丁烯-1共聚物、乙烯-己烯共聚物、乙烯-庚烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、乙烯-4-甲基戊烯共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸酯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸共聚物、乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物等烯烴系樹脂；苯乙烯均聚物、丙烯腈-苯乙烯共聚物（丙烯腈-苯乙烯（Acrylonitrile-Styrene，AS）樹脂）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（Acrylonitrile-Butadiene-Styrene，ABS）樹脂）等苯乙烯系樹脂；聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯；聚四氟乙烯、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚氯三氟乙烯樹脂、聚偏二氟乙烯等氟樹脂；聚乙烯醇；尼龍6、尼龍6,6、尼龍6,10、尼龍11、尼龍12、尼龍6,12、聚六亞甲基二胺對苯二甲醯胺、聚六亞甲基二胺間苯二甲醯胺、含二甲苯基的聚醯胺等聚醯胺系樹脂；聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯等聚酯系樹脂；聚丙烯酸甲酯或聚甲基丙烯酸甲酯等丙烯酸系樹脂；聚甲醛均聚物、聚甲醛共聚物等聚甲醛系樹脂；聚碳酸酯；聚縮醛；聚苯醚；聚醚碸；聚醚酮；液態聚酯等。

作為所述熱塑性彈性體，可列舉：聚烯烴系熱塑性彈性體、聚苯乙烯系熱塑性彈性體、聚酯系熱塑性彈性體、聚醯胺系熱塑性彈性體、低結晶性1,2-聚丁二烯系熱塑性彈性體、氟系熱塑性彈性體、氯化聚合物系熱塑性彈性體、離子交聯熱塑性彈性體等。

作為所述熱硬化性樹脂，可列舉：酚樹脂、脲樹脂、三聚氰胺樹脂、醇酸樹脂、熱硬化性丙烯酸樹脂、不飽和聚酯樹脂、鄰苯二甲酸二烯丙酯樹脂、環氧樹脂、熱硬化性矽酮樹脂、熱硬化性聚醯亞胺、源自環戊二烯的熱硬化性樹脂、源自芳香族腈的熱硬化性樹脂；呋喃樹脂、酮樹脂、二甲苯樹脂、包含縮合多環芳香族的熱硬化性樹脂等。

作為所述橡膠，可列舉：天然橡膠、苯乙烯丁二烯橡膠、丁二烯橡膠、氯丁二烯橡膠、異戊二烯橡膠、異丁烯-異戊二烯橡膠、丁基橡膠、乙烯丙烯橡膠、丙烯腈丁二烯橡膠、腈橡膠、矽酮橡膠、氟橡膠、丙烯酸橡膠、表氯醇橡膠等。

作為所述纖維素系樹脂，可列舉：乙醯纖維素、乙醯丙醯纖維素、乙醯丁基纖維素、乙基纖維素、硝基纖維素等。

本發明的一態樣的滑石粉末的含量相對於樹脂組成物中的樹脂100質量份而較佳為0.5質量份～60質量份，更佳為1質量份～35質量份。

本發明的一態樣的樹脂組成物可根據需要含有抗氧化劑、熱穩定劑、耐候性提升劑、脫模劑、潤滑劑、顏料、染料、塑化劑、抗靜電劑、阻燃劑等中的一種或兩種以上。另外，根據需要，亦可含有本發明的一態樣的滑石粉末以外的填料。作為所述填料，可列舉：碳酸鈣、黏土、合成矽、氧化鈦、碳黑、硫酸鋇、雲母、玻璃纖維、晶鬚、碳纖維、碳酸鎂、高嶺土、石墨、二硫化鉬、氧化鋅等。進而，根據用途，亦可含有溶媒或分散介質而製成液狀的樹脂組成物。

滑石粉末向樹脂中的調配、混煉可應用公知的方法。例如，在向聚丙烯中的調配、混煉中，可利用一般使用的單軸混煉擠出機或雙軸混煉擠出機等。另外，本實施形態的樹脂組成物可用於汽車內外裝飾品、家電製品零件、辦公設備零件等各種用途。 [實施例]

接著，藉由實施例來具體地說明本發明，但本發明並不限定於該些。

[滑石粉末] 藉由蒸汽噴射磨機（以下，有時稱為「s-JET」）及噴射磨機的各者將中值粒徑（D50）為12.7 μm、體積密度為0.72 g/cm ³的原料滑石（藉由輥磨機將巴基斯坦產的滑石粗粉碎而製成所述的D50）粉碎成表1所示的各中值粒徑。

（1）利用蒸汽噴射磨機的粉碎條件 ·裝置使用了耐馳乾法研磨技術（Netzsch Trockenmahltechnik）製造的蒸汽-噴射磨機s-JET150。 ·過熱水蒸汽的溫度（進入粉碎區域前的溫度）：360℃ ·粉碎壓力（表壓力）：3.8 MPa 再者，粒度調整是藉由蒸汽噴射磨機所附帶的分級機的轉數調整而進行。

（2）利用噴射磨機的粉碎條件 ·裝置使用了細川（Hosokawa）股份有限公司製造的反噴磨機AFG710/4。粒度調整是藉由蒸汽噴射磨機所附帶的分級機的轉數調整而進行。再者，D50=2.2 μm的情況下（比較例1）是粉碎後進行分級而調整。

在s-JET中，獲得了體積大的粉碎滑石粉。另一方面，在噴射磨機中，以與s-JET相同的D50觀察時，獲得了體積小的粉碎滑石粉末。可認為其原因在於，若為通常條件下的噴射磨機，則粉碎的滯留時間長，因此不僅是剪切力，各向同性的力亦作用於滑石，因此，不僅限於面剝離，亦會進一步進行粉碎。

（樹脂組成物）如下所述般進行使用如上所述製作的滑石粉末而製作的樹脂組成物的評價。

評價：彎曲彈性係數按照日本工業標準（Japanese Industrial Standards，JIS）K7171對彎曲彈性係數進行測定。將結果示於表2。使用射出成型用模具（JIS K7171類型B1）進行樹脂組成物的射出成形，針對藉此獲得的成形品（10 mm（寬度）×4 mm（厚度）×80 mm（長度）），按照JIS K7171並藉由島津製作所股份有限公司製造的奧拓古拉夫（Autograph）AG-Xplus對彎曲彈性係數進行評價（溫度：23℃、彎曲速度：2 mm/分鐘）。再者，構成成形品的樹脂組成物的樹脂使用聚丙烯樹脂（太陽異質同晶體（SunAllomer）股份有限公司PX-600N），滑石粉末相對於聚丙烯樹脂100質量份而設為20質量份。

[表1]

	實施例	比較例
1	2	3	1	2	3	4
D50	μm	2.1	4.9	7.5	2.2	4.8	7.3	4.7
體積密度緊實	g/cm ³	0.15	0.18	0.27	0.32	0.36	0.41	0.39
比表面積A	m ²/g	13.5	8.0	7.1	14.0	9.9	8.0	9.8
重量減少率B	%	0.40	0.58	0.60	1.50	1.66	1.70	1.68
B/A	0.03	0.07	0.08	0.11	0.17	0.21	0.17
彎曲彈性係數	MPa	3770	3800	3690	3380	3470	3460	3386

根據表1，B/A為0.10以下的實施例1～實施例3與比較例1～比較例3相比可提升樹脂物性。即，可以說適合作為樹脂或者樹脂組成物添加用的樹脂物性提升劑。

無

Claims

一種滑石粉末，將布厄特比表面積設為A（m ²/g）、且將200℃～700℃下的基於熱重量示差熱分析的重量減少率設為B（質量%）時的B/A為0.10以下。
如請求項1所述的滑石粉末，其中，所述布厄特比表面積為3 m ²/g～20 m ²/g。
如請求項1所述的滑石粉末，其中，體積密度為0.05 g/cm ³～0.35 g/cm ³。
如請求項1所述的滑石粉末，其中，中值粒徑（D50）為1 μm～10 μm。
一種樹脂物性提升劑，包含如請求項1至4中任一項所述的滑石粉末。
一種樹脂組成物，包含如請求項1至4中任一項所述的滑石粉末以及樹脂。