JP7097201B2 - 複合体、複合体の製造方法、熱可塑性樹脂組成物及び成形体 - Google Patents
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Description
本発明によれば、以下の複合体等が提供される。
1.造核剤と、
シリカ粒子に下記式(1)で表される官能基及び下記式(2)で表される官能基が結合したシリカ粒子材料と、を含み、
前記造核剤の表面に前記シリカ粒子材料が付着した複合体。
-OSi(X1)(X2)(X3)・・・(1)
-OSi(Y1)(Y2)(Y3)・・・(2)
(式(1)中、X1は、フェニル基、ビニル基、エポキシ基、メタクリル基、アミノ基、ウレイド基、メルカプト基、イソシアネート基又はアクリル基である。X2及びX3は、それぞれ独立に、-OSi(R)3又は-OSi(Y4)(Y5)(Y6)である。
式(2)中、Y1はRである。Y2及びY3は、それぞれ独立に、R又は-OSi(Y4)(Y5)(Y6)である。
Y4はRである。Y5及びY6は、それぞれ独立に、R又は-OSi(R)3である。Rは、それぞれ独立に、炭素数1~3のアルキル基である。Y4が複数存在する場合、複数のY4は同一でも異なってもよい。Y5が複数存在する場合、複数のY5は同一でも異なってもよい。Y6が複数存在する場合、複数のY6は同一でも異なってもよい。
X2、X3、Y2、Y3、Y5及びY6のいずれかは、隣り合うX2、X3、Y2、Y3、Y5、及びY6のいずれかと-O-を介して結合してもよい。)
2.前記シリカ粒子材料の含有量が、前記造核剤100質量部に対して1~100質量部である1に記載の複合体。
3.1又は2に記載の複合体と、結晶性熱可塑性樹脂とを含む熱可塑性樹脂組成物。
4.前記複合体の含有量が、前記結晶性熱可塑性樹脂100質量部に対して0.01~400質量部である3に記載の熱可塑性樹脂組成物。
5.前記結晶性熱可塑性樹脂がポリプロピレンである3又は4に記載の熱可塑性樹脂組成物。
6.3~5のいずれかに記載の熱可塑性樹脂組成物を用いて作製した成形体。
7.水を含む液状媒体中で、シランカップリング剤及びオルガノシラザンによってシリカ粒子を表面処理してシリカ粒子材料を製造する工程、及び前記シリカ粒子材料と造核剤を混合する工程を含む、1又は2に記載の複合体の製造方法。
本発明の一態様に係る複合体は、造核剤と、シリカ粒子に式(1)で表される官能基及び式(2)で表される官能基が結合したシリカ粒子材料とを含み、当該造核剤の表面に当該シリカ粒子材料が付着した構造を有する。
式(1)及び式(2)で表される官能基については後述する。
以下、各成分について説明する。尚、本明細書において、「x~y」は「x以上、y以下」の数値範囲を表すものとする。
造核剤は、結晶性熱可塑性樹脂の結晶化過程に直接関与する添加剤である。造核剤の添加により、当該樹脂が溶融状態から高分子鎖の結晶化が促進され、材料全体としての結晶化速度が増大するため、成形加工時の生産性の改善、力学特性の改善、及び結晶組織の微細化による成形品の透明性の改善等が期待される。
有機系造核剤としては、分散型造核剤及び溶解型造核剤等が挙げられる。
リン酸エステル金属塩系造核剤は、例えば株式会社ADEKA製「アデカスタブNA-11」、同「アデカスタブNA-21」として市販されている。
カルボン酸金属塩系造核剤は、例えば、ジャパンケムテック株式会社製「AL-PTBBA」として市販されている。
ロジン金属塩系造核剤は、例えば、荒川化学工業株式会社製「パインクリスタルKM-1500」、「パインクリスタルKM-1300」、「パインクリスタルKR-50M」等として市販されている。
ソルビトール系造核剤は、例えば、新日本理化株式会社製「ゲルオールD」、「ゲルオールMD」として市販されている。
ノニトール系造核剤は、例えば、ミリケン&カンパニー社製「Millad NX8000」として市販されている。
アミド系造核剤は、例えば、BASF社製「Irgaclear XT386」として市販されている。
本発明の一態様で用いるシリカ粒子材料は、シリカ粒子に式(1)で表される官能基及び式(2)で表される官能基が結合した構造を有する。
-OSi(X1)(X2)(X3)・・・(1)
-OSi(Y1)(Y2)(Y3)・・・(2)
(式(1)中、X1は、フェニル基、ビニル基、エポキシ基、メタクリル基、アミノ基、ウレイド基、メルカプト基、イソシアネート基又はアクリル基である。X2及びX3は、それぞれ独立に、-OSi(R)3又は-OSi(Y4)(Y5)(Y6)である。
式(2)中、Y1はRである。Y2及びY3は、それぞれ独立に、R又は-OSi(Y4)(Y5)(Y6)である。
Y4はRである。Y5及びY6は、それぞれ独立に、R又は-OSi(R)3である。Rは、それぞれ独立に、炭素数1~3のアルキル基である。Y4が複数存在する場合、複数のY4は同一でも異なってもよい。Y5が複数存在する場合、複数のY5は同一でも異なってもよい。Y6が複数存在する場合、複数のY6は同一でも異なってもよい。
X2、X3、Y2、Y3、Y5及びY6のいずれかは、隣り合うX2、X3、Y2、Y3、Y5、及びY6のいずれかと-O-を介して結合してもよい。)
以下、式(1)で表される官能基を「第1の官能基」と、式(2)で表される官能基を「第2の官能基」と称する場合がある。
シリカ粒子と造核剤を気相中で高速撹拌・混合すると、衝撃力による造核剤の微細化と、造核剤表面へのシリカ粒子の付着が並行して進行する。その結果、微細化した造核剤表面がシリカ粒子で被覆された複合体が得られる。
例えば、第1の官能基のX2、X3、Y5、及びY6のいずれかが、この第1の官能基に隣り合う第1の官能基のX2、X3、Y5、及びY6のいずれかと-O-を介して結合してもよい。
同様に、第2の官能基のY2、Y3、Y5、及びY6のいずれかが、この第2の官能基に隣り合う第2の官能基のY2、Y3、Y5、及びY6のいずれかと-O-を介して結合してもよい。
さらには、第1の官能基のX2、X3、Y5、及びY6のいずれかが、この第1の官能基に隣り合う第2の官能基のY2、Y3、Y5、及びY6のいずれかと-O-を介して結合してもよい。
(ア)メチルエチルケトンに再分散できる。
(イ)シリカ粒子材料とメチルエチルケトンとを、シリカ粒子材料:メチルエチルケトン=1:1~1:4(質量比)の割合で配合し撹拌して分散試料を調製し、当該分散試料の粒度分布を粒度分布測定装置により測定すると、粒子径100nm以上の位置にピークが見られない。
(ウ)シリカ粒子材料とメチルエチルケトンとを、シリカ粒子材料:メチルエチルケトン=1:1~1:4(質量比)の割合で配合し撹拌して分散試料を調製し、当該分散試料に発振周波数39kHz、出力500Wの超音波を10分間照射したものの粒度分布を粒度分布測定装置により測定すると、粒子径100nm以上の位置にピークが見られない。
(エ)シリカ粒子材料を121℃で24時間浸漬した抽出水の電気伝導度が50μS/cm以下である。
(オ)平均粒子径が3~200nmであり、好ましくは5~50nmである。
本発明の一態様で用いるシリカ粒子材料は一定量以上のRを有するため、凝集しにくい。(ア)~(ウ)は、当該シリカ粒子材料が凝集しにくいことを示し、また、僅かに凝集した場合であっても超音波処理することによって再度分散可能であることを示す。
また、上記のシリカ粒子材料は凝集し難いため水で容易に洗浄でき、これにより電子部品用材料としての適用が可能となる。(エ)はこのことを示し、電子部品用材料とする場合には(エ)に示す電気伝導度となるまで水で洗浄することが好ましい。
同様に、(オ)もシリカ粒子材料が凝集し難いことに由来する特徴であり、当該性質により粒径の小さな材料とすることが可能となる。
シリカ粒子材料の含有量が造核剤100質量部に対して1質量部以上であれば、造核剤の性能向上効果が十分に発揮される。100質量部以下であれば、経済性に優れる。
シリカ粒子材料の含有量は、好ましくは造核剤100質量部に対して1~30質量部であり、より好ましくは1~20質量部である。
本発明の一態様で用いるシリカ粒子材料は、水を含む液状媒体中で、シランカップリング剤(第1のシランカップリング剤)及びオルガノシラザンによってシリカ粒子を表面処理する工程(表面処理工程)を含む製造方法により製造することができる。
シランカップリング剤としては、フェニル基、ビニル基、エポキシ基、メタクリル基、アミノ基、ウレイド基、メルカプト基、イソシアネート基、又はアクリル基(即ち、X1に対応する基)と、3つのアルコキシ基とがケイ素原子に結合した化合物を用いることができる。
-OSi(X1)(X4)(X5)・・・(10)
(式(10)中、X1は式(1)中のX1と同じである。X4及びX5は、それぞれ独立に、アルコキシ基である。)
いずれの方法においても、シリカ粒子の表面に存在する水酸基の全てが第2の官能基で置換されないようにオルガノシラザンの量を調整すればよい。
-OSi(Y1)(X6)(X7)・・・(11)
(式(11)中、Y1は第2の官能基におけるY1と同じ(R)である。X6及びX7は、それぞれ独立に、アルコキシ基又は水酸基である。)
オルガノシラザンの一部を第2のシランカップリング剤に置き換える場合、通常、第2のシランカップリング剤で表面処理した後に再度オルガノシラザンで表面処理する。式(11)で表される官能基に含まれるX6及びX7を最終的にはオルガノシラザンに由来する第2の官能基で置換するためである。
シリカ粒子材料の乾燥は、常法により行うことができる。例えば、加熱や、減圧(真空)下に放置する等である。
水を除去することで、混合材料中にシリカ粒子材料が混合乃至分散した状態とすることができる。
本発明の一態様による複合体は、上記の造核剤及びシリカ粒子材料を混合することにより製造することができる。混合方法に特に制限はないが、例えば、チョッパーを備える粉体ミキサー(例えば株式会社ダルトン製)により行う。
造核剤とシリカ粒子材料を混合することで、造核剤の表面の少なくとも一部がシリカ粒子材料によって被覆された複合体とすることができる。
本発明の一態様に係る複合体は、本質的に上記の造核剤及びシリカ粒子材料からなってもよい。この場合、不可避不純物を含んでもよい。
本発明の一態様による熱可塑性樹脂組成物は、上記の複合体と結晶性熱可塑性樹脂とを含む。
結晶性熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリプロピレン樹脂(PP)、ポリエチレン樹脂(PE)、ポリアミド樹脂(PA)、ポリアセタール樹脂(POM)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリトリメチレンテレフタラート(PTT)、乳酸系樹脂(PLA)、ポリフェニレンサルファイト(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、PTFE等のフッ素樹脂および液晶性ポリマー(LCP)等が挙げられ、ポリプロピレンが好ましい。ポリプロピレンは特に制限はなく、市販の各種共重合種、触媒種等のポリプロピレンを用いることができる。
複合体の含有量が0.01以上であれば、複合体添加効果が十分に発揮される。
本発明の一態様に係る熱可塑性樹脂組成物は、本質的に上記の複合体及び結晶性熱可塑性樹脂からなってもよい。この場合、不可避不純物を含んでもよい。
本発明の一態様による熱可塑性樹脂組成物を用いて成形体を作製することができる。成形体の形状は特に限定されない。成形方法も特に制限されず、押出成形、プレス、キャスト、カレンダーロール等の公知の方法を使用できる。
[複合体の製造]
1.シリカ粒子材料の調製
シリカ粒子材料を下記方法で製造した。
(1)表面処理工程
(準備工程:分散液の調製)
コロイダルシリカ(日産化学工業株式会社製「スノーテックスOS」、平均粒径10nm、シリカ粒子が水中に分散したスラリー、固形分濃度20質量%)100質量部にイソプロパノール60質量部を加え、室温(約25℃)で混合して、シリカ粒子が液状媒体に分散した分散液を得た。
得られた分散液に、フェニルトリメトキシシラン(シランカップリング剤、信越化学工業株式会社製「KBM-103」)を、コロイダルシリカ100質量部に対して1.8質量部加え、40℃で72時間混合した。これにより、シリカ粒子表面に存在する水酸基をシランカップリング剤で表面処理した。
フェニルトリメトキシシランは、後述する第2工程で必要な量の水酸基が残存するような量(コロイダルシリカ100質量部に対して1.8質量部)とした。
第1工程後の混合液に、ヘキサメチルジシラザン(信越化学工業株式会社製「HDMS-1」)を、コロイダルシリカ100質量部に対して3.7質量部加え、40℃で72時間放置した。表面処理の進行に伴い、疎水性になったシリカ粒子が水及びイソプロパノールの中で安定に存在できなくなり、凝集し、沈殿した。フェニルトリメトキシシランとヘキサメチルジシラザンのモル比は2:5とした。
第2工程後、35%塩酸5質量部を加えてシリカ粒子材料を沈殿させ、沈殿物をろ紙(アドバンテック社製「5A」)で濾過した。濾過残渣(固形分)を純水で洗浄した後に100℃で真空乾燥してシリカ粒子材料1を得た。
造核剤1(ミリケン&カンパニー社製「Millad NX8000」、ノニトール系造核剤)とシリカ粒子材料1とを10:1の割合(質量比)で、チョッパーを備える粉体ミキサー(株式会社ダルトン製)で混合して複合体1を得た。
複合体1と結晶性熱可塑性樹脂(結晶性熱可塑性樹脂1、株式会社プライムポリマー製「プライムポリプロJ137G」、ホモポリプロピレン、MFR=30g/10分)とを二軸連続押出機を用いて1:100の割合(質量比)で加熱溶融混合し、熱可塑性樹脂組成物を調製した。
得られた熱可塑性樹脂組成物を射出成形して厚さ1mmのプレート(成形体)を作成した。得られたプレートについて、分光光度計「V-650」(日本分光株式会社製)によりヘーズ(濁度)を測定した。結果を表1に示す。
シリカ粒子材料1の代わりに比較シリカ粒子1(日本アエロジル株式会社製「アエロジル(登録商標)R974」、ヒュームド疎水性サブミクロン粒径シリカ、シリカ粒子表面に官能基としてジメチルシリル基のみを有するシリカ粒子)を用いた他は、実施例1と同様にして、複合体(比較複合体1)、熱可塑性樹脂組成物及び成形体を製造し、評価した。結果を表1に示す。
複合体1の代わりに造核剤1をそのまま用いた他は実施例1と同様にして熱可塑性樹脂組成物及び成形体を製造し、評価した。結果を表1に示す。
造核剤として造核剤2(新日本理化株式会社製「ゲルオールMD」、ソルビトール系造核剤)を用いた他は、実施例1と同様にして、複合体(複合体2)、熱可塑性樹脂組成物及び成形体を製造し、評価した。結果を表2に示す。
シリカ粒子材料1の代わりに比較シリカ粒子1を用いた他は、実施例2と同様にして、複合体(比較複合体2)、熱可塑性樹脂組成物及び成形体を製造し、評価した。結果を表2に示す。
複合体2の代わりに造核剤2をそのまま用いた他は実施例2と同様にして熱可塑性樹脂組成物及び成形体を製造し、評価した。結果を表2に示す。
造核剤として造核剤3(ジャパンケムテック株式会社製「AL-PTBBA」、カルボン酸金属塩系造核剤)を用いた他は、実施例1と同様にして、複合体(複合体3)、熱可塑性樹脂組成物及び成形体を製造し、評価した。結果を表3に示す。
シリカ粒子材料1の代わりに比較シリカ粒子1を用いた他は、実施例3と同様にして、複合体(比較複合体3)、熱可塑性樹脂組成物及び成形体を製造し、評価した。結果を表3に示す。
複合体3の代わりに造核剤3をそのまま用いた他は実施例3と同様にして熱可塑性樹脂組成物及び成形体を製造し、評価した。結果を表3に示す。
造核剤として造核剤4(株式会社ADEKA製「アデカスタブNA-11」、リン酸エステル金属塩系造核剤)を用いた他は、実施例1と同様にして、複合体(複合体4)、熱可塑性樹脂組成物及び成形体を製造し、評価した。結果を表4に示す。
シリカ粒子材料1の代わりに比較用シリカ粒子1を用いた他は、実施例4と同様にして、複合体(比較複合体4)、熱可塑性樹脂組成物及び成形体を製造し、評価した。結果を表4に示す。
複合体4の代わりに造核剤4をそのまま用いた他は実施例4と同様にして熱可塑性樹脂組成物及び成形体を製造し、評価した。結果を表4に示す。
造核剤として造核剤5(株式会社ADEKA製「アデカスタブNA-21」、リン酸エステル金属塩系造核剤)を用いた他は、実施例1と同様にして、複合体(複合体5)、熱可塑性樹脂組成物及び成形体を製造し、評価した。結果を表5に示す。
シリカ粒子材料1の代わりに比較シリカ粒子1を用いた他は、実施例5と同様にして、複合体(複合体5)、熱可塑性樹脂組成物及び成形体を製造し、評価した。結果を表5に示す。
複合体5の代わりに造核剤5をそのまま用いた他は実施例5と同様にして熱可塑性樹脂組成物及び成形体を製造し、評価した。結果を表5に示す。
Claims (7)
- 有機系造核剤及び酸化マグネシウムからなる群から選択される1以上の造核剤と、
シリカ粒子に下記式(1)で表される官能基及び下記式(2)で表される官能基が結合したシリカ粒子材料と、を含み、
前記造核剤の表面に前記シリカ粒子材料が付着した複合体。
-OSi(X1)(X2)(X3)・・・(1)
-OSi(Y1)(Y2)(Y3)・・・(2)
(式(1)中、X1は、フェニル基である。X2及びX3は、それぞれ独立に、-OSi(R)3又は-OSi(Y4)(Y5)(Y6)である。
式(2)中、Y1はRである。Y2及びY3は、それぞれ独立に、R又は-OSi(Y4)(Y5)(Y6)である。
Y4はRである。Y5及びY6は、それぞれ独立に、R又は-OSi(R)3である。Rは、それぞれ独立に、炭素数1~3のアルキル基である。Y4が複数存在する場合、複数のY4は同一でも異なってもよい。Y5が複数存在する場合、複数のY5は同一でも異なってもよい。Y6が複数存在する場合、複数のY6は同一でも異なってもよい。
X2、X3、Y2、Y3、Y5及びY6のいずれかは、隣り合うX2、X3、Y2、Y3、Y5、及びY6のいずれかと-O-を介して結合してもよい。) - 前記シリカ粒子材料の含有量が、前記造核剤100質量部に対して1~100質量部である請求項1に記載の複合体。
- 請求項1又は2に記載の複合体と、結晶性熱可塑性樹脂とを含む熱可塑性樹脂組成物。
- 前記複合体の含有量が、前記結晶性熱可塑性樹脂100質量部に対して0.01~400質量部である請求項3に記載の熱可塑性樹脂組成物。
- 前記結晶性熱可塑性樹脂がポリプロピレンである請求項3又は4に記載の熱可塑性樹脂組成物。
- 請求項3~5のいずれかに記載の熱可塑性樹脂組成物を用いて作製した成形体。
- 水を含む液状媒体中で、シランカップリング剤及びオルガノシラザンによってシリカ粒子を表面処理してシリカ粒子材料を製造する工程、及び前記シリカ粒子材料と造核剤を混合する工程を含む、請求項1又は2に記載の複合体の製造方法。
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