WO2013021831A1 - 高誘電率な樹脂複合材料、及びその製造方法 - Google Patents

高誘電率な樹脂複合材料、及びその製造方法 Download PDF

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WO2013021831A1
WO2013021831A1 PCT/JP2012/069018 JP2012069018W WO2013021831A1 WO 2013021831 A1 WO2013021831 A1 WO 2013021831A1 JP 2012069018 W JP2012069018 W JP 2012069018W WO 2013021831 A1 WO2013021831 A1 WO 2013021831A1
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fine powder
resin
composite material
resin composite
insulated
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Inventor
安達 高広
浩隆 鶴谷
松本 隆宏
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三菱瓦斯化学株式会社
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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K9/00Use of pretreated ingredients
    • C08K9/02Ingredients treated with inorganic substances
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00Specific properties of additives
    • C08K2201/001Conductive additives
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00Specific properties of additives
    • C08K2201/011Nanostructured additives

Definitions

  • the present invention relates to a resin composite material having a high dielectric constant and a method for producing the same.
  • a high-capacitance capacitor is provided on the wiring board to remove high-frequency noise.
  • Such a large-capacitance capacitor is realized by forming a high dielectric constant layer on a wiring board.
  • the high dielectric constant material is useful for reducing the size and thickness of these members. In particular, it is required to impart such characteristics to a resin material having excellent processability and moldability.
  • a resin composite material in which a ferroelectric material typified by barium titanate or the like is used as a high dielectric constant filler is filled in an amount of 65 vol% or more, that is, 80 wt% or more (for example, see Patent Document 1).
  • a high dielectric constant composition in which an electrically conductive powder is insulated with a thermosetting resin has been proposed (see, for example, Patent Document 2).
  • Patent Document 2 since a stable performance cannot be obtained, it is commercially produced. Absent.
  • An insulated ultrafine powder obtained by coating a specific conductive ultrafine powder with a specific metal oxide, and a high dielectric constant resin composite material using the same are disclosed (for example, see Patent Documents 6 and 7).
  • the metal oxide that forms the insulating coating of the above-mentioned insulated ultrafine powder is formed by depositing metal alkoxide as a metal hydroxide by sol-gel reaction in an organic solvent in which conductive ultrafine powder is dispersed, and then dehydrating and condensing the surface. It is obtained by applying a treatment to make it hydrophobic.
  • Insulated ultrafine powder obtained in this way has a porous coating film obtained by the sol-gel method, so that a high dielectric constant resin composite material filled with highly insulated ultrafine powder has a high dielectric constant.
  • tan ⁇ indicating a loss of electric energy tends to increase.
  • a liquid metal alkoxide is added to a methanol-containing organic solvent in which a specific conductive ultrafine powder is dispersed to form a solid metal alkoxide by an alcohol substitution reaction.
  • Insulated ultrafine powder having an insulating coating obtained by consolidating this into conductive ultrafine powder to form a precursor of an insulating coating, and then subjecting the precursor to hydrolysis and dehydration polycondensation reaction, and using the same
  • a high dielectric constant resin composite material is disclosed (for example, see Patent Document 8).
  • Si / C ratio a scanning electron micrograph of carbon black (spherical particle diameter of 5 to 100 nm, average particle diameter of 40 nm), which is a raw material used in Synthesis Example 3 of insulating fine powder.
  • the ratio of Si count to C count by energy dispersive X-ray spectrometry in the portion 1 in the photograph is shown as the Si / C ratio.
  • the insulating fine powder having the conventional insulating coating is manufactured using a metal alkoxide such as a titanium alkoxide that has high reaction activity in the sol-gel reaction and is relatively easy to form a coating
  • the insulating fine powder and the resin When melt kneaded, there may be a problem that resin decomposition occurs. Therefore, there also arises a problem that a molded product cannot be obtained by heat melt molding.
  • the present invention uses an insulating fine powder that can reduce the dielectric loss tan ⁇ while maintaining a high dielectric constant of the resin composite material and that does not cause resin decomposition even when heated and kneaded with the resin. It is an object of the present invention to provide a resin composite material having a high dielectric constant and a method for producing the same.
  • the present inventors obtain an insulated fine powder in which the sol-gel reaction is completed by a simple method by performing the sol-gel reaction of the alkoxy metal composition under the optimal reaction conditions.
  • the present inventors have found a resin composite material having a high dielectric constant in which resin decomposition does not occur even when melt kneaded with a resin, and a method for producing the same. That is, the present invention is as follows.
  • Conductive fine powder made of carbon material, acid, alkoxy metal composition, and insulating fine powder obtained by stirring a mixture containing water and distilling off the solvent containing water, and resin containing resin
  • the composition comprises a tetraalkoxysilane content in the alkoxy metal composition of 15% by mass or more, and an alkoxytitanium content of 10% by mass or less.
  • a mixture of conductive fine powder made of carbon material, acid, alkoxy metal composition, and water is stirred, the solvent is distilled off, and the content of tetraalkoxysilane in the alkoxy metal composition is 15
  • the insulating fine powder obtained by the production method according to the above [2] is blended in the resin at a volume ratio of 5/95 to 50/50 (insulated fine powder / resin) with respect to the resin.
  • a method for producing a resin composite material is described in the above [3]
  • the dielectric loss tan ⁇ can be reduced while maintaining a high dielectric constant of the resin composite material, and the sol-gel reaction proceeds under specific reaction conditions. It is possible to provide a high dielectric constant resin composite material using an insulating fine powder that does not cause resin decomposition, and a method for producing the same. Moreover, since the resin composite material of the present invention uses a carbon material as a raw material for the insulating fine powder, the specific gravity can be reduced to 2 or less.
  • the resin composite material of the present invention is an insulated fine powder obtained by stirring a mixture containing a conductive fine powder made of a carbon material, an acid, an alkoxy metal composition, and water, and distilling off the solvent containing water. And the content of tetraalkoxysilane in the alkoxy metal composition is 15% by mass or more, and the content of alkoxytitanium is 10% by mass or less.
  • the volume ratio of the resin is 5/95 to 50/50 (insulated fine powder / resin).
  • the insulating fine powder used for the resin composite material of the present invention will be described.
  • the insulating fine powder used in the resin composite material of the present invention for example, a specific insulating fine powder obtained by the production method of the present invention can be adopted. That is, the insulating fine powder used in the resin composite material of the present invention is a mixture of a conductive fine powder made of a carbon material, an acid, an alkoxy metal composition, and water, and the solvent is distilled off. Fine powder obtained by the method for producing insulated fine powder, wherein the content of tetraalkoxysilane in the alkoxy metal composition is 15% by mass or more and the content of alkoxytitanium is 10% by mass or less Can be adopted.
  • the conductive fine powder made of the carbon material used in the present invention for example, as described in JP-A No. 2003-171562, when added alone to the resin material, the volume resistance of the resin composite material is reduced. That is, what has the effect which provides electroconductivity can be used preferably.
  • fine powders of conductive carbon materials such as natural graphite, artificial graphite, furnace carbon black, graphitized carbon black, carbon nanotube, and carbon nanofiber are preferably used.
  • Metal fine powder which is typical as a conductive material, is susceptible to oxidation except for some precious metals, and thus has a drawback that its conductivity tends to decrease. In addition, metal atoms may diffuse from the fine powder into the resin, reducing the insulating properties of the resin composite material.
  • the conductive carbon material preferably used as the conductive fine powder in the present invention does not have such a problem, and the carbon material has a specific gravity as small as 2.2. Therefore, the conductive carbon material can be used as another conductive material or a conventional high dielectric constant filler. This has the advantage of reducing the weight of the high dielectric constant composite material.
  • the conductive fine powder used in the present invention preferably includes a spherical carbon material having a particle diameter of 1 nm to 500 nm, more preferably 5 nm to 300 nm, and still more preferably 10 nm to 100 nm.
  • a spherical carbon material for example, carbon black is obtained by thermally decomposing a hydrocarbon raw material in a gas phase.
  • Graphitized carbon black vaporizes a carbon material by arc discharge and cools and solidifies the vaporized carbon vapor in a decompression vessel maintained at an internal pressure of 2 to 19 Torr by an atmosphere system of He, CO, or a mixed gas thereof. Can be obtained.
  • the “spherical shape” does not necessarily have to be an exact spherical shape, and may be an isotropic shape. For example, it may be a polyhedron with corners. “Particle diameter” in the case of non-spherical means the minimum diameter.
  • the above conductive fine powder can be obtained as the following commercial product.
  • Seest S or Talker Black # 7100F manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd. conductive carbon black # 5500, # 4500, # 4400, # 4300, graphitized carbon black # 3855, # 3845, # 3800, or Mitsubishi Chemical Corporation
  • Commercially available products such as company-made # 3050B, # 3030B, # 3230B, # 3350B, MA7, MA8, MA11 or Lion Corporation's Ketjen Black EC, Ketjen Black EC600JD are preferred.
  • the conductive fine powder used in the present invention preferably includes a fibrous carbon material having a cross-sectional diameter of 1 nm to 500 nm, more preferably 5 nm to 300 nm, and still more preferably 10 nm to 200 nm.
  • the length is preferably 3 to 300 times the cross-sectional diameter.
  • Such fibrous carbon materials such as carbon nanofibers and carbon nanotubes can be obtained by mixing cobalt and iron organometallic compounds as a catalyst and a hydrocarbon raw material in a gas phase and heating. Some carbon nanofibers are obtained by melt spinning a phenolic resin and heating in a non-active atmosphere.
  • fibrous means a shape extending in one direction, and may be, for example, a square bar shape, a round bar shape, or an oval shape. Further, the “cross-sectional diameter” in the case of a square bar shape means the minimum diameter.
  • the fibrous conductive fine powder as described above can be obtained as the following commercially available product.
  • commercially available products such as VGCF and VGNF manufactured by Showa Denko KK, Carvale manufactured by GSI Creos Co., Ltd., and carbon nanofiber manufactured by Gunei Chemical Industry Co., Ltd. are preferable.
  • the conductive fine powder used in the present invention preferably includes a plate-like carbon material having a thickness of 1 nm to 500 nm, more preferably 5 nm to 300 nm, and still more preferably 10 nm to 200 nm.
  • the length and width are preferably 3 to 300 times the thickness.
  • a plate-like carbon material can be obtained, for example, by purifying, pulverizing, and classifying natural graphite or artificial graphite.
  • the plate-like conductive fine powder as described above can be obtained as the following commercially available product.
  • the “plate shape” means a shape in which one direction is contracted, and may be, for example, a flat spherical shape or a scale shape.
  • the conductive fine powder used in the present invention can be selected from the above-mentioned preferable shape, particle diameter, cross-sectional diameter, and thickness, thereby preventing a decrease in conductivity due to the quantum size effect. Moreover, it becomes easy to manufacture and can be used industrially, and a reduction in handleability due to aggregation or the like can be suppressed. Furthermore, the continuous layer can be sufficiently formed within the range of 50 vol% or more, that is, the addition rate that does not deteriorate the resin characteristics.
  • the aspect ratio is preferably 3 to 300.
  • a fibrous shape is preferable to a spherical shape or a plate shape. This is because the amount of addition necessary for forming a continuous layer as a resin composite material having a relative dielectric constant of 20 or more is less, for example, 30 vol% or less in the fibrous form.
  • the particle diameter, cross-sectional diameter, thickness, and aspect ratio can be obtained with a scanning electron microscope.
  • the alkoxy metal composition used in the present invention is used as a means for forming an insulating film on the surface of the conductive fine powder and blocking the conductivity, and contains 15% by mass or more of tetraalkoxysilane and alkoxy titanium. Is contained in an amount of 10% by mass or less. It is essential to contain tetraalkoxysilane, and the case of not containing alkoxytitanium is also included. That is, in the present invention, the alkoxy metal composition is a composition that essentially contains tetraalkoxysilane as an alkoxy metal and may contain at least one of the alkoxy metals described later.
  • alkoxy metal used in the present invention include alkoxysilane, alkoxyzirconium, and alkoxyaluminum, and among these, alkoxysilane and alkoxyzirconium are preferable.
  • alkoxysilane a tetraalkoxysilane having four alkoxy groups in one molecule is an essential component in the present invention.
  • alkoxysilane other than tetraalkoxysilane one or more alkoxy groups in one molecule are present. There is no particular limitation as long as it is a compound, but those having two or more alkoxy groups in one molecule are preferable, and trialkoxysilane having three alkoxy groups in one molecule is more preferable.
  • the alkoxyzirconium is not particularly limited as long as it has one or more alkoxy groups in one molecule, but preferably has two or more alkoxy groups in one molecule, more preferably an alkoxy group in one molecule. And tetraalkoxyzirconium having four alkoxy groups, more preferably tetraalkoxyzirconium. These alkoxy metals include dimers, trimers, oligomers, and the like.
  • the combined use of tetraalkoxysilane and tetraalkoxyzirconium can improve the overall dielectric properties and dielectric loss of the insulating coating, as well as physical properties such as melt viscosity and specific gravity. It is.
  • tetraalkoxysilane examples include alkoxysilanes such as tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetrapropoxysilane, tetraisopropoxysilane, tetranormalbutoxysilane, and dimers, trimers, and oligomers thereof. In the present invention, these may be used alone or in combination.
  • the content of tetraalkoxysilane in the alkoxy metal composition needs to be 15% by mass or more, preferably 15 to 100% by mass, more preferably 15 to 90% by mass, and further preferably 20 to 85% by mass. It is.
  • the content of tetraalkoxysilane is within the above range, the balance between the relative dielectric constant and dielectric loss of the resin composite material becomes good, and excellent dielectric properties can be obtained.
  • the amount of tetraalkoxysilane used is preferably 0.01 to 200 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the conductive fine powder, although it varies depending on the degree of the surface hydroxyl group amount of the conductive fine powder.
  • the obtained insulated fine powder can be sufficiently dispersed in the resin, and the adhesion between the insulated fine powder and the resin can be ensured. More preferred is 0.1 to 150 parts by mass, and particularly preferred is 1 to 130 parts by mass. In addition, when using together with the tetraalkoxy zirconium mentioned later, the total usage-amount of tetraalkoxysilane and tetraalkoxy zirconium should just be in said range.
  • tetraalkoxyzirconium examples include alkoxypropoxyzirconium, tetraisopropoxyzirconium, tetranormalbutoxyzirconium, alkoxyzirconium such as tetrasecondary butoxyzirconium, tetratertiary butoxyzirconium, and dimers, trimers, and oligomers thereof. .
  • alkoxyzirconium such as tetrasecondary butoxyzirconium, tetratertiary butoxyzirconium, and dimers, trimers, and oligomers thereof.
  • tetraethoxysilane, tetrapropoxysilane, tetraisopropoxysilane, tetrapropoxyzirconium, and tetraisopropoxyzirconium are particularly preferable. In the present invention, these may be used alone or in combination.
  • a trialkoxysilane has three alkoxy groups in one molecule, these alkoxy groups are bonded to silicon atoms, and organic groups other than alkoxy groups are bonded to one silicon atom. It preferably contains one or more groups selected from the group consisting of a methyl group, a phenyl group, a vinyl group, an isobutyl group, a decyl group, a glycidoxy group, an amino group, a mercapto group, and a methacryloxy group.
  • known silane coupling agents containing these groups in the structure of the organic group are preferably exemplified as trialkoxysilanes.
  • trialkoxysilane include methyltriethoxysilane, phenyltriethoxysilane, methyltrimethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, isobutyltrimethoxysilane, decyltrimethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, ⁇ -Aminopropyltriethoxysilane, ⁇ -glycidoxypropyltrimethoxysilane, ⁇ -mercaptopropyltrimethoxysilane, ⁇ -methacryloxypropyltrimethoxysilane, N- ⁇ (aminoethyl) - ⁇ -aminopropyltrimethoxysilane, And dimers, trimers, oligomers, and the like thereof.
  • oligomers of methyltrimethoxysilane oligomers of phenyltrimethoxysilane, oligomers of ⁇ -glycidoxypropyltrimethoxysilane, oligomers of ⁇ -aminopropyltriethoxysilane, methyltrimethoxysilane and phenyltrimethoxy are preferred.
  • An oligomer composed of silane an oligomer composed of methyltrimethoxysilane and ⁇ -glycidoxypropyltrimethoxysilane.
  • Trialkoxysilane when used in combination with tetraalkoxysilane, forms an insulating film to block the conductivity of the conductive fine powder, and imparts flexibility and affinity to the resin to the insulating film.
  • Composite with resin material that gives strong stress to insulated fine powder by giving flexibility and affinity with resin for example, thermoplastic resin under mass production conditions using a twin screw extruder etc. In the heat melting and kneading), it is possible to suppress the breakdown of the insulating film and maintain the dielectric characteristics.
  • the amount of trialkoxysilane used varies depending on the amount of surface hydroxyl groups, but is preferably 100 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the conductive fine powder.
  • the insulated fine powder can be sufficiently dispersed in the resin, and the adhesion between the insulated fine powder and the resin can be ensured. More preferred is 0.1 to 70 parts by mass, and particularly preferred is 1 to 50 parts by mass.
  • the alkoxy metal composition may contain alkoxy titanium.
  • the alkoxy titanium is not particularly limited as long as it has one or more alkoxy groups in one molecule, and more specific examples of the alkoxy titanium include those obtained by replacing the silicon atom of the above alkoxysilane with a titanium atom. Is done.
  • the content of alkoxy titanium in the alkoxy metal composition needs to be 10% by mass or less, and preferably does not contain alkoxy titanium.
  • alkoxytitanium having a high reaction activity and capable of forming a film relatively easily has been preferably used.
  • such an alkoxytitanium can be used without using such an alkoxytitanium.
  • the acid used in the present invention may be either an inorganic acid or an organic acid.
  • Preferred inorganic acids include hydrochloric acid, phosphoric acid, sulfuric acid, nitric acid, nitrous acid, perchloric acid, sulfamic acid, and the like.
  • Preferred are formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, oxalic acid, succinic acid, maleic acid, lactic acid, p-toluenesulfonic acid and the like. From the viewpoints of catalytic effect, persistence after film formation, etc., phosphoric acid, hydrochloric acid, and acetic acid are more preferable.
  • the water used in the present invention is water that does not substantially contain impurities, and preferred examples include ion-exchanged water, distilled water, pure water, and ultrapure water.
  • the alkoxy metal composition generates alcohol in the system by reaction with acid and water, so there is no need to intentionally add alcohol, but the dispersibility of the mixed solution and conductive fine powder is improved.
  • the sol-gel reaction proceeds in a more uniform system, it is preferable to further mix alcohol in addition to the generated alcohol.
  • the alcohol to be mixed is not particularly limited as long as it dissolves uniformly in water, and preferable examples include methanol, ethanol, propanol, isopropyl alcohol, 1-butanol, 2-butanol, and tertiary butyl alcohol.
  • Organic solvents can also be used together with alcohols, and examples of such organic solvents include acetone, 2-butanone, tetrahydrafuran, dimethylformamide, dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, hexane, toluene, xylene and the like. Preferably mentioned.
  • the alcohol, acid and water are mixed in advance and used as a dissolved alcohol-containing acidic aqueous solution.
  • the mass ratio of alcohol in the alcohol-containing acidic aqueous solution is preferably in the range of (water / alcohol) 3/97 to 100/0, more preferably in the range of 5/95 to 99/1, particularly preferably 10/90 to 97/3.
  • the alcohol-containing acidic aqueous solution is preferably weakly acidic at pH 3 or more and less than pH 7.
  • the concentration of the acid is 0.0001 to 2 N, preferably 0.001 to 1 N for inorganic acids, and 0.0001 to 10 N, preferably 0.001 to 5 N for organic acids.
  • the method of mixing the conductive fine powder made of the carbon material, the acid, the alkoxy metal composition, and water is not particularly limited. These may be mixed individually, or a part of them may be premixed in advance, and the remaining components may be added, and the addition rate may be added all at once, sequentially, or continuously. The same applies when alcohol is further used.
  • the alkoxy metal composition such as tetraalkoxysilane reacts with the functional groups on the conductive fine powder while condensing by a sol-gel reaction.
  • heating or decompression may be performed, and simultaneous heating and decompression may be performed.
  • the insulated fine particles obtained by distilling off the solvent may be further pulverized, and the pulverization method may be either dry pulverization or wet pulverization.
  • a hammer mill, a roll crusher, a ball mill, a pin-type mill, a jet mill, a homogenizer, an ultrasonic pulverizer, a disperser, a colloid mill, and the like are preferable, and any of them may be used.
  • the insulating fine particles obtained by distilling off the solvent may be subjected to a firing treatment.
  • the calcination treatment is preferably carried out by holding in the temperature range of 200 ° C. to 1000 ° C. for 30 minutes to 24 hours.
  • the firing atmosphere is preferably non-oxidizing. That is, it is preferable to perform nitrogen substitution or argon substitution to block oxygen.
  • the resin composite material of the present invention is characterized in that the above-mentioned insulated fine powder and resin have a volume ratio (insulated fine powder / resin) of 5/95 to 50/50. That is, the resin composite material of the present invention is obtained by blending the above insulating fine powder into a resin in the range of 5 to 50 vol%.
  • a high dielectric constant resin composite material having a relative dielectric constant of preferably 7 or more or a dielectric loss tan ⁇ of less than 0.1 is obtained, More preferably, a high dielectric constant resin composite material having a relative dielectric constant of 7 or more and less than 45, a dielectric loss tan ⁇ of 0.003 or more and less than 0.1, and a specific gravity of 0.9 or more and 2 or less can be obtained. it can.
  • the blending amount of the insulating fine powder is less than 5 vol%, a continuous layer is not formed in the resin composition, a sufficient relative dielectric constant cannot be obtained, and the relative dielectric constant becomes less than 7.
  • the blended amount of insulated fine powder is 5-30 vol% (volume ratio (insulated fine powder / resin ) Is preferably 5/95 to 30/70).
  • a resin composite material having a relative dielectric constant of 7 or more and less than 45 and a dielectric loss tan ⁇ of 0.003 or more and less than 0.1 when a conventional high dielectric constant filler is used, the filler
  • a resin composite material having a high dielectric constant can be obtained by setting the amount of the insulating fine powder to 5 to 50 vol%. Obtainable. Therefore, the resin composite material in which the insulating fine powder of the present invention is blended can exhibit a high dielectric constant without impairing the moldability and lightness that are the original characteristics of the resin material.
  • the resin to which the above-mentioned insulating fine powder is added preferably includes a thermoplastic resin, an elastomer, and a thermosetting resin, and more preferably a thermoplastic resin.
  • Thermoplastic resins include general-purpose plastics such as polyethylene, polyvinyl chloride, polypropylene, polystyrene, polyvinyl acetate, ABS resin, AS resin, and acrylic resin; engineering such as polyacetal, polyamide, polycarbonate, modified polyphenylene ether, and polybutylene terephthalate.
  • plastics include plastics; super engineering plastics such as polyarylate, polysulfone, polyphenylene sulfide, polyethersulfone, polyetheretherketone, polyimide resin, fluororesin, and polyamideimide.
  • super engineering plastics such as polyarylate, polysulfone, polyphenylene sulfide, polyethersulfone, polyetheretherketone, polyimide resin, fluororesin, and polyamideimide.
  • any of polycarbonate, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, modified polyphenylene ether, polyphenylene sulfide, and polypropylene is preferable. .
  • polycarbonate, polyethylene terephthalate, and polybutylene terephthalate having properties that are easily decomposed by the resin can also be used.
  • thermoplastic elastomer such as isobutylene-isoprene rubber, styrene-butadiene rubber, ethylene-propylene rubber, acrylic elastomer, polyester elastomer, polyamide elastomer, and core shell type MBS, MAS are also used. be able to.
  • Thermosetting resins include phenolic resins; amino resins such as urea resins, melamine resins, and benzoguanamine resins; unsaturated polyester resins; diallyl phthalate resins; alkyd resins; epoxy resins; urethane resins such as polyurethane; Are preferred.
  • the resin composite material having a high dielectric constant of the present invention is preferably used by further adding a filler for the purpose other than increasing the dielectric constant.
  • a filler examples include talc, mica, clay, wollastonite, calcium carbonate, glass fiber, glass bead, glass balloon, milled fiber, glass flake, carbon fiber, carbon flake, carbon bead, carbon milled fiber, and metal flake.
  • Metal fibers, metal coated glass fibers, metal coated carbon fibers, metal coated glass flakes, silica, ceramic particles, ceramic fibers, aramid particles, aramid fibers, polyarylate fibers, graphite, conductive carbon black, various whiskers, etc. are preferred.
  • fillers include halogen-based, phosphate ester-based, metal salt-based, red phosphorus, metal hydrate-based flame retardants; thermal stabilizers; ultraviolet absorbers; light stabilizers; mold release agents; Lubricants; sliding agents such as PTFE particles; colorants such as pigments and dyes such as titanium oxide; light diffusing agents such as acrylic crosslinked particles, silicone crosslinked particles, ultrathin glass flakes, calcium carbonate particles; fluorescent whitening agents; Pigment; fluorescent dye; antistatic agent; flow modifier; crystal nucleating agent; inorganic and organic antibacterial agent; photocatalytic antifouling agent such as fine particle titanium oxide and fine particle zinc oxide; impact modifier represented by graft rubber An infrared absorber; a photochromic agent and the like can be preferably blended.
  • the method for producing the resin composite material of the present invention is not particularly limited, but preferably, the method for producing the resin composite material of the present invention, that is, the insulated fine powder obtained by the above production method is applied to the above resin. A volume ratio of 5/95 to 50/50 (insulated fine powder / resin) is blended into the resin. More specifically, the resin composite material of the present invention is manufactured by a known method of blending and kneading the above-mentioned predetermined amount of insulated fine powder, resin, and various additive components preferably used as necessary. Can do.
  • thermoplastic resin is used as the resin, and a melt-kneading method in which an insulating fine powder is blended and kneaded with a melt of the thermoplastic resin, or an insulating fine powder is dissolved in a solution in which the thermoplastic resin is dissolved in a solvent.
  • a method of suitably removing the solvent after dispersing the powder is suitably employed as the production method.
  • blending and kneading commonly used methods such as ribbon blender, Henschel mixer, Banbury mixer, drum tumbler, single screw extruder, twin screw extruder, conida, multi screw extruder, etc. It can be preferably carried out by a method using.
  • the heating temperature at the time of kneading is usually selected in the range of 220 to 350 ° C.
  • the resin composite material thus obtained is applied to various known molding methods such as injection molding, hollow molding, extrusion molding, compression molding, calender molding, rotational molding, etc., and has a high dielectric constant in the electric field or electronic field.
  • Various molded products can be used for production, including molded products having
  • the resin composite material of the present invention When the resin composite material of the present invention is used as a radio wave absorber, ferrite powder, magnetic metal body powder mainly composed of iron, or carbon-based or oxide used in the prior art for adjusting radio wave absorption characteristics.
  • Tin-based conductive powder, expanded graphite powder that is also conductive powder having an effect as a flame retardant, and the like can be further added as a filler.
  • the resin composite material of the present invention When the resin composite material of the present invention is used for an antenna substrate, the resin composite material preferably has a relative dielectric constant of 7 or more and less than 45 and a dielectric loss tan ⁇ of 0.003 or more and less than 0.1. Then, such a high dielectric constant resin composite material is formed as a layer having a thickness of 1 ⁇ m or more and 3 mm or less, more specifically, a film formed to a thickness of 1 ⁇ m to 300 ⁇ m or a thickness of 300 ⁇ m to 3 mm.
  • An antenna substrate can be formed by providing a wiring pattern on at least one surface of the sheet. Moreover, it is also possible to provide a through hole in the film or sheet of the resin composite material as necessary.
  • the IC When the resin composite material of the present invention is used for a non-contact IC card / tag, the IC may be directly wired to the wiring pattern of the antenna substrate, or the card / tag containing the IC and the antenna substrate are brought into contact with each other to increase the booster It may be used as an antenna. Moreover, when using the film or sheet
  • a radio wave absorber having a relative dielectric constant of 7 or more can be obtained.
  • the filler needs to be blended by about 50 vol% or more.
  • the insulated fine powder obtained by the present invention it is realized by blending the insulated fine powder at 50 vol% or less, that is, an amount smaller than the blended amount of the conventional high dielectric constant filler with respect to the resin. Can be realized. Therefore, the resin composite material blended with the insulating fine powder obtained by the present invention exhibits a high dielectric constant without impairing the moldability and lightness that are the original characteristics of the resin material.
  • the radio wave absorber using the resin composite material of the present invention has a high dielectric constant, the thickness with respect to the wavelength of the radio wave to be absorbed can be reduced to 1/20 or less when formed into a sheet. Moreover, the radio wave absorber using the resin composite material of the present invention can be used inside the housing, and exhibits excellent performance as an electronic device. Furthermore, since a carbon material is used as the raw material for the insulating fine powder, the specific gravity of the radio wave absorber can be lowered to 2 or less, and further weight reduction can be achieved.
  • the melt viscosity, specific dielectric constant ( ⁇ r), dielectric loss (tan ⁇ ), and specific gravity of the resin composite materials obtained in each Example and Comparative Example were measured by the following methods.
  • the melt viscosity was measured as MVR (mass volume rate) with a melt indexer (F-F01, manufactured by Toyo Seiki Seisakusho Co., Ltd.).
  • F-F01 melt indexer
  • ⁇ r relative permittivity
  • tan ⁇ dielectric loss
  • a resin composite material was molded into a disk having a diameter of 30 mm ⁇ and a thickness of 3 mm, and 1 MHz at room temperature using an impedance analyzer (manufactured by Agilent, 4294A). It was measured.
  • the specific gravity was determined by measuring the weight of the molding disk and measuring the volume in water at 23 ° C.
  • the mixture was stirred at room temperature for an hour. Thereafter, steam of 0.5 MPa was introduced into the jacket, the temperature was raised to 100 ° C. while stirring for 30 minutes under a slightly reduced pressure, and the solvent was distilled off to synthesize insulated fine powder.
  • the insulating fine powder was observed with a scanning transmission electron microscope (JEM-2100F, manufactured by JEOL Ltd.), it was confirmed that a SiO 2 film was formed on the carbon black surface.
  • An alcohol-containing acidic aqueous solution (pH 4) was prepared by mixing 50 g of methanol, 130 g of ion-exchanged water, and 5 g of 0.5 mol / l phosphoric acid reagent. Using a jacketed 5 L stainless steel container, 100 g of carbon black (spherical particle diameter 5 to 100 nm, average particle size 40 nm), the total amount of the alcohol-containing acidic aqueous solution, and tetraethoxysilane (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., KBE-04) ) 70 g of the mixed solution was added and stirred and mixed at room temperature for 1 hour.
  • Synthesis Example 4 of Insulating Fine Powder In place of 40 g of tetraethoxysilane and 20 g of alkoxy metal (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., KR-510) in Synthesis Example 3 of insulating fine powder, 110 g of tetraethoxysilane and alkoxy metal (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) Insulated fine powder was synthesized in the same manner as in Synthesis Example 3 of insulated fine powder using 30 g of KR-510). When observed with a scanning transmission electron microscope in the same manner as in Synthesis Example 3 of insulating fine powder, it was confirmed that a SiO 2 film was formed.
  • Synthesis Example 10 of Insulating Fine Powder Synthesis of insulated fine powder using natural graphite (thickness 100 to 200 nm, average thickness 150 nm, 1 to 3 ⁇ m square, average 2 ⁇ m square plate shape) instead of carbon black in Synthesis Example 3 of insulating fine powder Insulated natural graphite particles (insulated fine powder) were synthesized in the same manner as in Example 3. When observed with a scanning transmission electron microscope in the same manner as in Synthesis Example 3 of the insulated fine powder, it was confirmed that a SiO 2 film was formed. Further, as in Synthesis Example 3 of insulating fine powder, a volume resistivity of 3.0 mm thickness was measured under a pressure of 38.2 MPa, and it was 0.09 ⁇ ⁇ cm.
  • Insulating fine powder was synthesized in the same manner as in Synthesis fine powder synthesis example 3 using 140 g of methanol and 20 g of ion exchange water instead of 50 g of methanol and 130 g of ion exchanged water in Synthesis example 3 of insulated fine powder. Synthesized. When observed with a scanning transmission electron microscope in the same manner as in Synthesis Example 3 of insulating fine powder, it was confirmed that a SiO 2 film was formed.
  • Insulating fine powder was synthesized in the same manner as Insulating fine powder synthesis example 3 using 50 g of isopropyl alcohol instead of 50 g of methanol in Synthetic example 3 of insulating fine powder.
  • a scanning transmission electron microscope in the same manner as in Synthesis Example 3 of insulating fine powder, it was confirmed that a SiO 2 film was formed.
  • Insulating fine powder was synthesized in the same manner as in the insulating fine powder synthesis example 3 except that 40 g of tetraethoxysilane was not used. When observed with a scanning transmission electron microscope in the same manner as in Synthesis Example 3 of insulating fine powder, it was confirmed that a SiO 2 film was formed.
  • Insulating fine powder Synthesis Example 2 Insulated fine powder was synthesized in the same manner as Insulating fine powder synthesis example 2 using 150 g of a 1-propanol solution of tetrapropoxyzirconium instead of 70 g of tetraethoxysilane. . When observed with a scanning transmission electron microscope in the same manner as in Synthesis Example 2 of insulating fine powder, it was confirmed that a ZrO 2 film was formed.
  • Insulating fine powder was synthesized in the same manner as in the insulating fine powder synthesis example 2 using 110 g of tetraisopropoxy titanium as the mixed solution of the insulating fine powder synthesis example 2.
  • a scanning transmission electron microscope in the same manner as in Synthesis Example 2 of insulating fine powder, it was confirmed that a coating of SiO 2 and TiO 2 was formed.
  • Insulated fine powder was synthesized in the same manner as in the insulated fine powder synthesis example 3, using 110 g of tetraisopropoxy titanium as the mixed solution of the insulated fine powder synthesis example 3.
  • a scanning transmission electron microscope in the same manner as in Synthesis Example 3 of insulating fine powder, it was confirmed that a coating of SiO 2 and TiO 2 was formed.
  • Table 1 summarizes the raw materials used and the production conditions for the above insulated fine powder synthesis examples 1 to 22.
  • Alkoxy metal A alkoxy metal having four alkoxy groups in one molecule
  • B alkoxy metal having three alkoxy groups in one molecule
  • CB carbon black
  • CNF carbon nanofiber
  • CBG natural graphite
  • TPT tetraisopropoxytitanium
  • KR-510 oligomer composed of methyltrimethoxysilane and phenyltrimethoxysilane
  • KC-89S oligomer of methyltrimethoxysilane
  • X-41-1056 oligomer consisting of methyltrimethoxysilane and ⁇ -glycidoxypropyltrimethoxysilane
  • KBM-103 phenyltrimethoxysilane MeOH: methanol IPA: isopropyl alcohol
  • DMC N, N-dimethylacetamide
  • PC polycarbonate resin
  • Insulated fine powder / PC volume ratio 25/75
  • the mixture was melt-kneaded at 300 ° C. in a kneader and pelletized to obtain a resin composite material.
  • MVR measured in the same manner as in Example 1, was 12cm 3/10 minutes.
  • a molded piece was obtained in the same manner as in Example 1, and the dielectric constant at 1 MHz was measured. As a result, the relative dielectric constant was 7 and the dielectric loss was 0.012.
  • the specific gravity of the resin composite material was 1.32.
  • MVR measured in the same manner as in Example 1 was 6 cm 3/10 min.
  • the relative dielectric constant was 17 and the dielectric loss was 0.018.
  • the specific gravity of the resin composite material was 1.38.
  • the mixture was melt-kneaded at 300 ° C. in a kneader and pelletized to obtain a resin composite material.
  • MVR measured in the same manner as in Example 1, was 10 cm 3/10 min.
  • the relative dielectric constant was 12 and the dielectric loss was 0.015.
  • the specific gravity of the resin composite material was 1.35.
  • the mixture was melt-kneaded at 300 ° C. in a kneader and pelletized to obtain a resin composite material.
  • MVR measured in the same manner as in Example 1, was 10 cm 3/10 min.
  • the relative dielectric constant was 13 and the dielectric loss was 0.016.
  • the specific gravity of the resin composite material was 1.35.
  • the mixture was melt-kneaded at 300 ° C. in a kneader and pelletized to obtain a resin composite material.
  • MVR measured in the same manner as in Example 1, was 10 cm 3/10 min.
  • the relative dielectric constant was 12 and the dielectric loss was 0.015.
  • the specific gravity of the resin composite material was 1.35.
  • the mixture was melt-kneaded at 300 ° C. in a kneader and pelletized to obtain a resin composite material.
  • MVR measured in the same manner as in Example 1, was 9cm 3/10 min.
  • the relative dielectric constant was 12 and the dielectric loss was 0.015.
  • the specific gravity of the resin composite material was 1.35.
  • the mixture was melt-kneaded at 300 ° C. in a kneader and pelletized to obtain a resin composite material.
  • MVR measured in the same manner as in Example 1, was 10 cm 3/10 min.
  • the relative dielectric constant was 14 and the dielectric loss was 0.012.
  • the specific gravity of the resin composite material was 1.36.
  • the mixture was melt-kneaded at 300 ° C. in a kneader and pelletized to obtain a resin composite material.
  • MVR measured in the same manner as in Example 1, was 10 cm 3/10 min.
  • the relative dielectric constant was 13 and the dielectric loss was 0.013.
  • the specific gravity of the resin composite material was 1.37.
  • the mixture was melt-kneaded at 300 ° C. in a kneader and pelletized to obtain a resin composite material.
  • MVR measurement was carried out similarly to Example 1, it was 11 cm ⁇ 3 > / 10 minutes.
  • the relative dielectric constant was 12 and the dielectric loss was 0.015.
  • the specific gravity of the resin composite material was 1.35.
  • the relative dielectric constant was 12 and the dielectric loss was 0.015.
  • the specific gravity of the resin composite material was 1.35.
  • the mixture was melt-kneaded at 300 ° C. in a kneader and pelletized to obtain a resin composite material.
  • MVR measured in the same manner as in Example 1, was 9cm 3/10 min.
  • the relative dielectric constant was 12 and the dielectric loss was 0.015.
  • the specific gravity of the resin composite material was 1.35.
  • the mixture was melt-kneaded at 300 ° C. in a kneader and pelletized to obtain a resin composite material.
  • MVR measured in the same manner as in Example 1, was 10 cm 3/10 min.
  • the relative dielectric constant was 12 and the dielectric loss was 0.015.
  • the specific gravity of the resin composite material was 1.35.
  • the mixture was melt-kneaded at 300 ° C. in a kneader and pelletized to obtain a resin composite material.
  • MVR measured in the same manner as in Example 1, was 9cm 3/10 min.
  • the relative dielectric constant was 12 and the dielectric loss was 0.015.
  • the specific gravity of the resin composite material was 1.35.
  • the mixture was melt-kneaded at 300 ° C. in a kneader and pelletized to obtain a resin composite material.
  • MVR measured in the same manner as in Example 1, was 9cm 3/10 min.
  • the relative dielectric constant was 12 and the dielectric loss was 0.015.
  • the specific gravity of the resin composite material was 1.35.
  • PC polycarbonate resin
  • the resin when melt-kneaded at 300 ° C. in a melt-kneader and pelletized, the resin was decomposed and could not be pelletized, and injection molding could not be performed. Further, MVR could not be measured.
  • the mixture was melt kneaded at 270 ° C. in a melt kneader and pelletized to obtain a resin composite material. It was 12 cm ⁇ 3 > / 10 minutes when MVR (mass volume rate) measurement was carried out on the conditions of 270 degreeC and 1.2 kg load of the obtained pellet.
  • MVR mass volume rate
  • Example 21 Insulating the insulating fine powder obtained in Synthesis Example 5, polyphenylene ether resin (manufactured by Mitsubishi Chemical Co., Ltd., Iupiace PX100L, PPE), and polystyrene resin (PSJ Co., Ltd., PSJ-polystyrene GPPS HF77, PS)
  • a volume ratio of fine powder / PPE / PS 25 / 37.5 / 37.5 was melt-kneaded at 270 ° C. in a melt-kneader and pelletized to obtain a resin composite material. It was 14 cm ⁇ 3 > / 10 minutes when MVR (mass volume rate) measurement was carried out on conditions of 270 degreeC and 1.2 kg load of the obtained pellet.
  • MVR mass volume rate
  • the mixture was melt-kneaded at 290 ° C. and pelletized to obtain a resin composite material. It was 15 cm ⁇ 3 > / 10 minutes when the MVR (mass volume rate) measurement was carried out on condition of 290 degreeC and 1.2 kg load of the obtained pellet.
  • MVR mass volume rate
  • the relative dielectric constant was 25 and the dielectric loss was 0.013.
  • the specific gravity of the resin composite material was 1.49.
  • the relative dielectric constant at 1 MHz was measured, the relative dielectric constant was 14 and the dielectric loss was 0.013.
  • the specific gravity of the resin composite material was 1.12.
  • PC polycarbonate resin PET: polyethylene terephthalate resin
  • PBT polybutylene terephthalate resin
  • PPE polyphenylene ether resin
  • PS polystyrene resin
  • PPS polyphenylene sulfide resin
  • PP polypropylene resin
  • the dielectric loss tan ⁇ can be reduced while maintaining a high dielectric constant of the resin composite material, and the sol-gel reaction proceeds under specific reaction conditions. It is possible to provide a high dielectric constant resin composite material using an insulating fine powder that does not cause resin decomposition, and a method for producing the same. Moreover, since the resin composite material of the present invention uses a carbon material as a raw material for the insulating fine powder, the specific gravity can be reduced to 2 or less. Therefore, the resin composite material of the present invention can be used for the production of molded articles and various molded articles having a high dielectric constant, such as radio wave absorbers, antenna substrates, non-contact IC cards / tags, in the electrical field or the electronic field. it can.

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Abstract

 本発明の樹脂複合材料は、炭素材料からなる導電性微粉末、酸、所定のアルコキシ金属組成物、及び水を含む混合物を撹拌して、水を含む溶媒を留去して得られる絶縁化微粉末、ならびに樹脂を含む樹脂組成物からなり、樹脂複合材料の誘電率を高い状態に維持しながら誘電損失tanδを小さくすることができ、かつ特定の反応条件によりゾルゲル反応を進めることから、樹脂とともに加熱溶融混練しても樹脂分解が発生しない。また、本発明の樹脂複合材料は、絶縁化微粉末の原料に炭素材料を用いるので、その比重を2以下に軽量化できる。

Description

高誘電率な樹脂複合材料、及びその製造方法
 本発明は、誘電率が高いことを特徴とする樹脂複合材料、及びその製造方法に関する。
 IC(集積回路)のデータエラーの原因の一つとして、高周波雑音の影響がある。これを抑制するために、配線基板に容量の大きなキャパシタを設けて、高周波雑音を取り除く方法が知られている。このような容量の大きなキャパシタは、配線基板に高誘電率層を形成することで実現される。また、内蔵アンテナのサイズや電波吸収体の厚さが誘電率の平方根にほぼ反比例するため、高誘電率材料はこれら部材の小型化、薄型化に有用である。特に加工性や成形性に優れた樹脂材料にこのような特性を付与することが求められている。
 高誘電率な樹脂複合材料の従来の技術としては、チタン酸バリウムなどに代表される強誘電体を高誘電率フィラーとして65vol%以上、つまり80wt%以上充填した樹脂複合材料が提案されている(例えば、特許文献1参照)。一方、導電性粉末に、熱硬化性樹脂で絶縁被膜する高誘電率組成物が提案されているが(例えば、特許文献2参照)、安定な性能が得られないため、商業的に製造されていない。また、近年、金属粉に金属酸化物を被膜する方法(例えば、特許文献3参照)、金属粉に無機塩、及びカップリング剤を被膜する方法(例えば、特許文献4参照)が提案されているが、従来の高誘電率フィラーと同様に高充填が必要であることに加え、金属粉が金属酸化物よりも一般にさらに高比重であるため、高誘電率樹脂複合材料の比重が3以上とさらに重くなる。
 また、単層カーボンナノチューブに高分子を巻きつけて絶縁化したものを樹脂材料の高誘電率化に利用する方法(例えば、特許文献5参照)も提案されている。しかし、この方法は、絶縁被膜にあたる、巻きつけ高分子を、可逆的にはがすことが可能であるため、安定的な性能が得られないといった問題を含んでいた。
 そこで、実際には先に述べたフィラーを大量添加する方法が用いられているのが現状である。このため、高誘電率化と引き換えに樹脂材料本来の特長である加工性、成形性、軽量性が損なわれることになる。
 特定の導電性超微粉末を特定の金属酸化物で被覆した絶縁化超微粉末、及びこれを用いる高誘電率樹脂複合材料が開示されている(例えば、特許文献6,7参照)。上記絶縁化超微粉末の絶縁被膜を形成する金属酸化物は、導電性超微粉末の分散した有機溶媒中で金属アルコキシドをゾルゲル反応により金属水酸化物として析出させたのち脱水縮合し、さらに表面処理を施し疎水化することによって得られる。
 このようにして得られた絶縁化超微粉末は、ゾルゲル法によって得られる被膜が多孔質であるため、特に絶縁化超微粉末を高充填した高誘電率樹脂複合材料は誘電率が高くなる一方で、電気エネルギーの損失を示すtanδが大きくなりやすいといった課題がある。
 また、上述のような問題を解決すべく、(1)特定の導電性超微粉末を分散したメタノール含有有機溶媒に液状金属アルコキシドを添加し、アルコール置換反応で固体状金属アルコキシドとし、(2)これを導電性超微粉末に纏着させて絶縁被膜の前駆体とした後に、該前駆体を加水分解及び脱水重縮合反応させて得られる絶縁被膜を有する絶縁化超微粉末、及びこれを用いる高誘電率樹脂複合材料が開示されている(例えば、特許文献8参照)。
特開2001-237507号公報 特開昭54-115800号公報 特開2002-334612号公報 特許4019725号公報 特表2004-506530号公報 国際公開パンフレットWO2006/013947 特開2008-94962号公報 特開2011-49141号公報
絶縁化微粉末の合成例3により得られた絶縁化微粉末の走査型電子顕微鏡写真である。写真中1~3の部分における、エネルギー分散型X線分光測定によるSiカウントとCカウントの比をSi/C比として示した。 絶縁化微粉末の合成例3で用いた原料であるカーボンブラック(球状体粒子直径5~100nm、平均粒径40nm)の走査型電子顕微鏡写真である。写真中1の部分における、エネルギー分散型X線分光測定によるSiカウントとCカウントの比をSi/C比として示した。
 しかしながら、従来の絶縁被膜を有する絶縁化微粉末では、ゾルゲル反応において反応活性の高く、比較的容易に被膜形成しやすいチタンアルコキシドのような金属アルコキシドを用いて製造すると、絶縁化微粉末と樹脂とを溶融混練する際に樹脂分解が発生するという問題が生じる場合がある。そのため、加熱溶融成形により成形物が得られないという問題も生じてしまう。
 そこで、本発明は、樹脂複合材料の誘電率を高い状態に維持しながら誘電損失tanδを小さくすることができ、かつ樹脂とともに加熱溶融混練しても、樹脂分解が発生しない絶縁化微粉末を用いた高誘電率な樹脂複合材料、及びその製造方法を提供することを目的とする。
 本発明者らは、上記問題を解決すべく鋭意検討した結果、最適な反応条件下でアルコキシ金属組成物のゾルゲル反応を行うことにより、簡便な方法でゾルゲル反応が完結した絶縁化微粉末を得ることが可能となり、これを用いることで樹脂と溶融混練しても樹脂分解が発生しない高誘電率な樹脂複合材料、及びその製造方法を見出した。すなわち、本発明は次の通りである。
[1]炭素材料からなる導電性微粉末、酸、アルコキシ金属組成物、及び水を含む混合物を撹拌して、水を含む溶媒を留去して得られる絶縁化微粉末、ならびに樹脂を含む樹脂組成物からなり、該アルコキシ金属組成物中のテトラアルコキシシランの含有量が15質量%以上であり、かつアルコキシチタンの含有量が10質量%以下であり、絶縁化微粉末と樹脂の体積比で5/95~50/50(絶縁化微粉末/樹脂)であることを特徴とする樹脂複合材料。
[2]炭素材料からなる導電性微粉末、酸、アルコキシ金属組成物、及び水を混合した混合物を撹拌し、溶媒を留去し、該アルコキシ金属組成物中のテトラアルコキシシランの含有量が15質量%以上であり、かつアルコキシチタンの含有量が10質量%以下であることを特徴とする絶縁化微粉末の製造方法。
[3]上記[2]に記載の製造方法で得た絶縁化微粉末を、樹脂に対する体積比で5/95~50/50(絶縁化微粉末/樹脂)として樹脂に配合することを特徴とする樹脂複合材料の製造方法。
 本発明によれば、樹脂複合材料の誘電率を高い状態に維持しながら誘電損失tanδを小さくすることができ、かつ特定の反応条件によりゾルゲル反応を進めることから、樹脂とともに加熱溶融混練しても樹脂分解が発生しない絶縁化微粉末を用いた高誘電率な樹脂複合材料、及びその製造方法を提供することができる。
 また、本発明の樹脂複合材料は、絶縁化微粉末の原料に炭素材料を用いるので、その比重を2以下に軽量化できる。
[絶縁化微粉末]
 本発明の樹脂複合材料は、炭素材料からなる導電性微粉末、酸、アルコキシ金属組成物、及び水を含む混合物を撹拌して、水を含む溶媒を留去して得られる絶縁化微粉末、ならびに樹脂を含む樹脂組成物からなり、該アルコキシ金属組成物中のテトラアルコキシシランの含有量が15質量%以上であり、かつアルコキシチタンの含有量が10質量%以下であり、絶縁化微粉末と樹脂の体積比で5/95~50/50(絶縁化微粉末/樹脂)であることを特徴とするものである。
 まず、本発明の樹脂複合材料に用いられる絶縁化微粉末について説明する。
 本発明の樹脂複合材料に用いられる絶縁化微粉末は、例えば、本発明の製造方法によって得られる特定の絶縁化微粉末を採用することができる。すなわち、本発明の樹脂複合材料に用いられる絶縁化微粉末は、炭素材料からなる導電性微粉末、酸、アルコキシ金属組成物、及び水を混合した混合物を撹拌し、溶媒を留去し、該アルコキシ金属組成物中のテトラアルコキシシランの含有量が15質量%以上であり、かつアルコキシチタンの含有量が10質量%以下であることを特徴とする絶縁化微粉末の製造方法により得られる微粉末を採用することができる。
 本発明で用いられる炭素材料からなる導電性微粉末としては、例えば特開2003-171562号公報に記載されるような、単独で樹脂材料に添加した場合に樹脂複合材料の体積抵抗を低下させる、すなわち、導電性を付与する効果を有するものを好ましく使用することができる。具体的には、天然黒鉛、人造黒鉛、ファーネスカーボンブラック、黒鉛化カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバーなどの導電性炭素材料の微粉末が好ましく用いられる。
 導電性材料として代表的である金属の微粉末は、一部の貴金属を除いて酸化されやすいため、導電性が低下しやすい欠点がある。また、金属原子が微粉末から樹脂中に拡散し、樹脂複合材料の絶縁性を低下させることがある。これに対し、本発明で導電性微粉末として好ましく用いられる導電性炭素材料は、こうした問題がなく、さらに炭素材料が比重2.2と小さく、他の導電性物質や従来の高誘電率フィラーにはない特長を有しており、高誘電率複合材料の軽量化という効果もある。
 本発明で用いられる導電性微粉末としては、好ましくは、粒子直径が1nm以上500nm以下、より好ましくは5nm以上300nm以下、さらに好ましくは10nm以上100nm以下の球状の炭素材料が挙げられる。このような球状の炭素材料、例えば、カーボンブラックは、炭化水素原料を気相で熱分解することによって得られる。また、黒鉛化カーボンブラックは、He、CO、またはこれら混合ガスの雰囲気系により内圧2~19Torrに保持された減圧容器内において、炭素材料をアーク放電によって気化させ、気化した炭素蒸気を冷却凝固することによって得られる。
 本発明において、「球状」とは必ずしも厳密な球状である必要はなく、等方的な形状であればよい。例えば、角が発生した多面体状であってもよい。球状でない場合の「粒子直径」とは最小径を意味する。
 上記の導電性微粉末は、以下のような市販品として入手することができる。例えば、東海カーボン株式会社製のシーストSやトーカブラック#7100F、導電性カーボンブラック#5500、#4500、#4400、#4300や黒鉛化カーボンブラック#3855、#3845、#3800、あるいは、三菱化学株式会社製の#3050B、#3030B、#3230B、#3350B、MA7、MA8、MA11、あるいは、ライオン株式会社製のケッチェンブラックEC、ケッチェンブラックEC600JDなどの市販品が好ましく挙げられる。
 また、本発明で用いられる導電性微粉末としては、好ましくは、断面直径が1nm以上500nm以下、より好ましくは5nm以上300nm以下、さらに好ましくは10nm以上200nm以下の繊維状の炭素材料も挙げられる。その長さは断面直径の3倍以上300倍以下であることが好ましい。このような繊維状の炭素材料、例えばカーボンナノファイバーや、カーボンナノチューブは触媒となるコバルトや鉄の有機金属化合物と炭化水素原料を気相で混合し、加熱することによって得られる。また、カーボンナノファイバーはフェノール系樹脂を溶融紡糸し、非活性雰囲気下で加熱することによって得られるものもある。
 ここで「繊維状」とは一方向に伸びた形状を意味し、例えば角材状、丸棒状や長球状であってもよい。また、角材状のような場合の「断面直径」とは最小径を意味する。
 上記のような繊維状の導電性微粉末は、以下のような市販品として入手することができる。例えば、昭和電工株式会社製のVGCF、及びVGNFや、株式会社GSIクレオス製のカルベール、群栄化学工業株式会社製のカーボンナノファイバーなどの市販品が好ましく挙げられる。
 さらに、本発明で用いられる導電性微粉末としては、好ましくは、厚さが1nm以上500nm以下、より好ましくは5nm以上300nm以下、さらに好ましくは10nm以上200nm以下の板状の炭素材料も挙げられる。その長さ、及び幅は、厚さの3倍以上300倍以下であることが好ましい。このような板状の炭素材料は、例えば、天然黒鉛や人造黒鉛を精製・粉砕・分級することによって得られる。
 上記のような板状の導電性微粉末は、以下のような市販品として入手することができる。例えば、SECカーボン株式会社製のSGPシリーズ、SNOシリーズなどや日本黒鉛工業株式会社製、鱗状黒鉛粉末、薄片化黒鉛粉末などが好ましく挙げられる。また、これらをさらに粉砕し、精密分級してもよい。なお、ここで「板状」とは、一方向が縮んだ形状を意味し、例えば扁平球状や鱗片状であってもよい。
 本発明で用いられる導電性微粉末は、上記の好ましい形状や、粒子直径、断面直径、厚さから選定することにより、量子サイズ効果による導電性の低下を防ぐことができる。また、製造が容易となって工業的に用いることが可能となり、凝集などによる取扱い性の低下を抑えることができる。さらに、連続層の形成を50vol%以上、すなわち樹脂特性を悪化させない添加率の範囲で連続層を十分に形成させることができる。
 また、導電性微粉末の形状が繊維状もしくは板状の場合、アスペクト比は3~300であることが好ましい。本発明で用いられる導電性微粉末の形状としては、繊維状が球状や板状よりも好ましい。これは繊維状のほうが、比誘電率が20以上である樹脂複合材料として連続層を形成するために必要な添加量が例えば30vol%以下と少なくてすむためである。なお、粒子直径、断面直径、厚さ、及びアスペクト比は、走査型電子顕微鏡により求めることできる。
 本発明で用いられるアルコキシ金属組成物は、導電性微粉末表面に絶縁被膜を形成し、導電性を遮断する手段として用いられるものであり、テトラアルコキシシランを15質量%以上含有し、かつアルコキシチタンを10質量%以下含有するものである。テトラアルコキシシランを含有することを必須とし、アルコキシチタンを含有しない場合も含む。すなわち、本発明においては、アルコキシ金属組成物は、アルコキシ金属としてテトラアルコキシシランを含有することを必須とし、後述するアルコキシ金属の少なくとも一種を含んでもよい組成物である。
 本発明で用いられるアルコキシ金属としては、アルコキシシラン、アルコキシジルコニウム、アルコキシアルミニウムなどが好ましく挙げられ、なかでもアルコキシシラン、アルコキシジルコニウムが好ましい。
 アルコキシシランとしては、一分子中のアルコキシ基が四つであるテトラアルコキシシランが本発明において必須の成分であり、テトラアルコキシシラン以外のアルコキシシランとしては、一分子中のアルコキシ基が一つ以上のものであれば特に制限はないが、一分子中のアルコキシ基が二つ以上のものが好ましく、より好ましくは一分子中にアルコキシ基を三つ有するトリアルコキシシランが挙げられる。
 アルコキシジルコニウムとしては、一分子中のアルコキシ基が一つ以上のものであれば特に制限はないが、一分子中のアルコキシ基が二つ以上のものが好ましく、より好ましくは一分子中にアルコキシ基を三つ有するトリアルコキシジルコニウム、及びアルコキシ基を四つ有するテトラアルコキシジルコニウムが挙げられ、さらに好ましくはテトラアルコキシジルコニウムである。
 これらのアルコキシ金属は、そのダイマー、トリマー、オリゴマーなども含まれる。
 本発明においては、テトラアルコキシシランとテトラアルコキシジルコニウムとの併用することで絶縁被膜の比誘電率及び誘電損失、さらには融解粘度や比重といった物性の面で総合的に良好なものとすることが可能である。
 テトラアルコキシシランの好ましい例としては、テトラメトキシシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトライソプロポキシシラン、テトラノルマルブトキシシランなどのアルコキシシラン、及びそのダイマー、トリマー、オリゴマーが挙げられる。本発明において、これらを単独で、又は複数種を組み合わせて用いてもよい。
 アルコキシ金属組成物中のテトラアルコキシシランの含有量は、15質量%以上であることを要し、好ましくは15~100質量%、より好ましくは15~90質量%、さらに好ましくは20~85質量%である。テトラアルコキシシランの含有量が上記の範囲内であると、樹脂複合材料の比誘電率と誘電損失とのバランスが良好となり、優れた誘電特性を得ることができる。
 また、テトラアルコキシシランの使用量としては、導電性微粉末の表面水酸基量の程度により異なるが、導電性微粉末100質量部に対して0.01~200質量部が好ましい。この範囲内であれば、得られた絶縁化微粉末を十分に樹脂中に分散させることができ、また、絶縁化微粉末と樹脂との密着性も確保できる。より好ましくは0.1~150質量部、特に好ましくは1~130質量部である。なお、後述するテトラアルコキシジルコニウムと併用する場合は、テトラアルコキシシランとテトラアルコキシジルコニウムとの合計の使用量は上記の範囲内とすればよい。
 また、テトラアルコキシジルコニウムの好ましい例としては、テトラプロポキシジルコニウム、テトライソプロポキシジルコニウム、テトラノルマルブトキシジルコニウム、テトラセカンダリーブトキシジルコニウム、テトラターシャリーブトキシジルコニウムなどのアルコキシジルコニウム、及びそのダイマー、トリマー、オリゴマーが挙げられる。これらの中で特に好ましいものとしては、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトライソプロポキシシラン、テトラプロポキシジルコニウム、テトライソプロポキシジルコニウムが挙げられる。本発明において、これらを単独で、又は複数種を組み合わせて用いてもよい。
 トリアルコキシシランは、一分子中にアルコキシ基を三つ有し、これらのアルコキシ基がケイ素原子に結合し、かつアルコキシ基以外の有機基が一つケイ素原子に結合しているものであり、分子内にメチル基、フェニル基、ビニル基、イソブチル基、デシル基、グリシドキシ基、アミノ基、メルカプト基、及びメタクリロキシ基からなる群から選ばれる一種類以上の基を含むことが好ましい。具体的には有機基の構造中にこれらの基を含む公知のシランカップリング剤などがトリアルコキシシランとして好ましく挙げられる。
 トリアルコキシシランの好ましい例としては、メチルトリエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、イソブチルトリメトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、γ-アミノプロピルトリエトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、N-β(アミノエチル)-γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、及びそのダイマー、トリマー、オリゴマーなどが挙げられる。なかでも好ましいのは、メチルトリメトキシシランのオリゴマー、フェニルトリメトキシシランのオリゴマー、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシランのオリゴマー、γ-アミノプロピルトリエトキシシランのオリゴマー、メチルトリメトキシシランとフェニルトリメトキシシランからなるオリゴマー、メチルトリメトキシシランとγ―グリシドキシプロピルトリメトキシシランからなるオリゴマーである。
 トリアルコキシシランは、テトラアルコキシシランと併用することにより、絶縁化被膜を形成して導電性微粉末の導電性を遮断し、かつ絶縁被膜に柔軟性、及び樹脂との親和性を付与することを可能とする。柔軟性、及び樹脂との親和性を付与することにより、絶縁化微粉末に強い応力がかかる樹脂材料との複合化(例えば、二軸押出機などを用いる量産的な条件下での熱可塑性樹脂との加熱溶融混練)において絶縁被膜の破壊を抑制し、誘電特性を維持することができる。
 また、トリアルコキシシランの使用量としては、表面水酸基量の程度により異なるが、導電性微粉末100質量部に対して100質量部以下が好ましい。この範囲内であれば、絶縁化微粉末を十分に樹脂中に分散させることができ、また、絶縁化微粉末と樹脂との密着性も確保できる。より好ましくは0.1~70質量部、特に好ましくは1~50質量部である。なお、上記のように、一分子中のアルコキシ基が一つのアルコキシ金属や、一分子中のアルコキシ基が二つのアルコキシ金属も併用することが可能である。
 本発明において、アルコキシ金属組成物は、アルコキシチタンを含んでいてもよい。アルコキシチタンとしては、一分子中のアルコキシ基が一つ以上のものであれば特に制限はなく、より具体的なアルコキシチタンとしては、上記のアルコキシシランのケイ素原子をチタン原子にかえたものが例示される。
 アルコキシ金属組成物中のアルコキシチタンの含有量は、10質量%以下であることを要し、アルコキシチタンを含有しないことが好ましい。従来のゾルゲル反応では、反応活性が高く、比較的容易に被膜を形成しやすいアルコキシチタンが好ましく用いられてきたが、本発明によれば、そのようなアルコキシチタンを使用しなくても、すなわちアルコキシチタンよりも反応活性に劣るテトラアルコキシシランなどのアルコキシシランやアルコキシジルコニウムなどを用いても、良好な絶縁被膜を形成しうるため、本発明の特徴的な効果といえるからである。また、本発明においては、反応活性が高いアルコキシチタンを用いても、ゾルゲル反応が完結した絶縁化微粉末が得られるので、樹脂、とりわけ耐薬品性が低い、すなわち加水分解しやすい樹脂とともに加熱溶融混練しても、樹脂分解が発生することがない。これも、本発明な特徴的な効果といえる。
 本発明で用いられる酸は、無機酸あるいは有機酸のいずれでもよく、無機酸としては、塩酸、リン酸、硫酸、硝酸、亜硝酸、過塩素酸、スルファミン酸などが好ましく挙げられ、有機酸としてはギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、シュウ酸、コハク酸、マレイン酸、乳酸、p-トルエンスルホン酸などが好ましく挙げられる。触媒効果、被膜形成後の残留性などの観点から、より好ましくは、リン酸、塩酸、酢酸である。
 本発明で用いられる水は、実質的に不純物を含まない水であり、好ましくはイオン交換水、蒸留水、純水、超純水などが挙げられる。
 本発明では、アルコキシ金属組成物が、酸及び水との反応により系内にアルコールを生じるため、あえて意図してアルコールを添加する必要はないが、混合溶液と導電性微粉末の分散性が向上し、より均一な系でゾルゲル反応が進むことから、生成するアルコールに加えて、さらにアルコールを混合することが好ましい。さらに混合するアルコールとしては、水と均一に溶解するものであれば特に限定されず、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロピルアルコール、1-ブタノール、2-ブタノール、ターシャリーブチルアルコールなどが好ましく挙げられる。またアルコールとともに有機溶媒を用いることもでき、そのような有機溶媒としては、アセトン、2-ブタノン、テトラヒドラフラン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N-メチル-2-ピロリドン、ヘキサン、トルエン、キシレンなどが好ましく挙げられる。
 アルコールを用いる場合、アルコールと酸及び水とを予め混合し、溶解したアルコール含有酸性水溶液として用いることは好ましい態様である。アルコール含有酸性水溶液中のアルコールの質量比は、好ましくは(水/アルコール)3/97~100/0の範囲であって、さらに好ましくは、5/95~99/1の範囲、特に好ましくは、10/90~97/3である。
 アルコール含有酸性水溶液はpH3以上、pH7未満である弱酸性であることが好ましい。pH3以上、pH7未満であると、アルコキシ金属組成物として用いられるテトラアルコキシシランの一部がシラノールとなった状態でシラノール同士の縮合反応が起こりにくく、安定に存在しやすくなり、導電性微粉末上の官能基と反応しやすくなる。
 酸の濃度は、無機酸では0.0001~2規定、好ましくは0.001~1規定であり、有機酸では0.0001~10規定、好ましくは0.001~5規定で用いられる。
 本発明において、炭素材料からなる導電性微粉末、酸、アルコキシ金属組成物、及び水を混合する方法は特に限定されない。これらを個別に混合しても、一部を予め予備混合してから残りの成分を添加してもよく、添加速度も一括でも、逐次でも、連続的に滴下してもよい。アルコールをさらに用いる場合も同様である。
 本発明では絶縁化微粉末を得るために、混合物から溶媒を留去することが重要である。留去することにより、テトラアルコキシシランなどのアルコキシ金属組成物がゾルゲル反応により縮合しつつ導電性微粉末上の官能基とも反応する。溶媒を留去する方法として、加熱、あるいは減圧してもよく、同時に加熱減圧してもよい。
 溶媒を留去することにより得られる絶縁化微粒子は、さらに粉砕を行ってもよく、粉砕の方法としては、乾式粉砕、湿式粉砕のいずれの方法であってもよい。工業的な粉砕装置としてはハンマーミル、ロールクラッシャー、ボールミル、ピン型ミル、ジェットミル、ホモジナイザー、超音波粉砕機、ディスパーザー、コロイドミルなどが好ましく挙げられ、どれを用いてもかまわない。
 さらに溶媒を留去することにより得られる絶縁化微粒子は、焼成処理を行ってもよい。焼成処理は200℃~1000℃の温度範囲で、30分間~24時間保持することにより行なうことが好ましい。ただし、本発明の導電性微粉末は炭素材料であるため、焼成雰囲気を非酸化性とすることが好ましい。すなわち、窒素置換やアルゴン置換を施し、酸素を遮断することが好ましい。
[樹脂複合材料]
 本発明の樹脂複合材料は、上記の絶縁化微粉末と樹脂とを、体積比(絶縁化微粉末/樹脂)5/95~50/50とすることを特徴とするものである。すなわち、本発明の樹脂複合材料は、樹脂に上記の絶縁化微粉末を5~50vol%の範囲で配合して得られるものである。
 絶縁化微粉末を樹脂に5~50vol%の量を配合することにより、好ましくは比誘電率が7以上、あるいは誘電損失tanδが0.1未満である高誘電率な樹脂複合材料が得られ、より好ましくは比誘電率が7以上45未満であって、誘電損失tanδが0.003以上0.1未満であり、比重が0.9以上2以下の高誘電率な樹脂複合材料を得ることができる。絶縁化微粉末の配合量が5vol%より少ないと、樹脂組成物中で連続層が形成されず充分な比誘電率が得られず、比誘電率が7未満となってしまう。一方、50vol%より多いと、樹脂組成物本来の加工性などが損なわれてしまう。樹脂材料本来の特長である成型加工性や軽量性が損なわれることなく、高い誘電率を発現することから、絶縁化微粉末の配合量は5~30vol%(体積比(絶縁化微粉末/樹脂)として5/95~30/70)とすることが好ましい。
 比誘電率7以上45未満であって、誘電損失tanδが0.003以上0.1未満の高誘電率の樹脂複合材料を実現するには、従来の高誘電率フィラーを使用した場合は該フィラーを50vol%程度以上という多量の高誘電率フィラーを配合する必要があるが、本発明においては、絶縁化微粉末の配合量を5~50vol%とすることで、高誘電率の樹脂複合材料を得ることができる。したがって、本発明の絶縁化微粉末を配合した樹脂複合材料は、樹脂材料本来の特長である成型加工性や軽量性が損なわれることなく、高い誘電率を発現することができる。
 本発明において、上記の絶縁化微粉末を添加する樹脂としては、熱可塑性樹脂、エラストマー、及び熱硬化性樹脂が好ましく挙げられ、より好ましくは熱可塑性樹脂である。
 熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、ABS樹脂、AS樹脂、アクリル樹脂などの汎用プラスチック;ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレートなどのエンジニアリング・プラスチック;ポリアリレート、ポリスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、ポリアミドイミドなどのスーパー・エンジニアリング・プラスチックなどが好ましく挙げられる。これらの中で、機械的強度、低誘電正接、及び良好な射出成形性を得る観点から、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルフィド、及びポリプロピレンのいずれかであることが好ましい。さらに、本発明の樹脂とともに加熱溶融混練しても樹脂分解が発生しないという、本発明の効果を有効に活用する観点からは、樹脂分解しやすい性状を有するポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートとの組み合わせでも使用することができる。
 エラストマーとしては、例えば、イソブチレン-イソプレンゴム、スチレン-ブタジエンゴム、エチレン-プロピレンゴム、アクリル系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、ポリアミド系エラストマー、コアシエル型のエラストマーであるMBS、MASなどの熱可塑性エラストマーも使用することができる。
 熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂;ユリア樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂などのアミノ樹脂;不飽和ポリエステル樹脂;ジアリルフタレート樹脂;アルキド樹脂;エポキシ樹脂;ポリウレタンなどのウレタン樹脂;シリコーンなどのケイ素樹脂などが好ましく挙げられる。
 本発明の高誘電率な樹脂複合材料は、高誘電率化を図る以外の目的で、充填剤をさらに添加して用いることが好ましい。充填剤としては、例えば、タルク、マイカ、クレー、ワラストナイト、炭酸カルシウム、ガラス繊維、ガラスビーズ、ガラスバルーン、ミルドファイバー、ガラスフレーク、炭素繊維、炭素フレーク、カーボンビーズ、カーボンミルドファイバー、金属フレーク、金属繊維、金属コートガラス繊維、金属コート炭素繊維、金属コートガラスフレーク、シリカ、セラミック粒子、セラミック繊維、アラミド粒子、アラミド繊維、ポリアリレート繊維、グラファイト、導電性カーボンブラック、各種ウイスカーなどの補強剤が好ましく挙げられる。
 また、その他の充填剤としては、ハロゲン系、リン酸エステル系、金属塩系、赤リン、金属水和物系などの難燃剤;熱安定剤;紫外線吸収剤;光安定剤;離型剤;滑剤;PTFE粒子などの摺動剤;酸化チタンなどの顔料や染料などの着色剤;アクリル架橋粒子、シリコーン架橋粒子、極薄ガラスフレーク、炭酸カルシウム粒子などの光拡散剤;蛍光増白剤;蓄光顔料;蛍光染料;帯電防止剤;流動改質剤;結晶核剤;無機及び有機の抗菌剤;微粒子酸化チタン、微粒子酸化亜鉛などの光触媒系防汚剤;グラフトゴムに代表される衝撃改質剤;赤外線吸収剤;フォトクロミック剤などを好ましく配合することができる。
 本発明の樹脂複合材料は、その製造方法は特に限定されないが、好ましくは、本発明の樹脂複合材料の製造方法、すなわち、上記の製造方法により得られた絶縁化微粉末を、上記の樹脂に対する体積比で5/95~50/50(絶縁化微粉末/樹脂)として樹脂に配合することを特徴とする製造方法により製造することができる。
 より具体的には、本発明の樹脂複合材料は、上記の所定量の絶縁化微粉末、樹脂、及び必要に応じて好ましく用いられる各種添加成分を配合し、混練する公知の方法によって製造することができる。なかでも、樹脂として熱可塑性樹脂を採用し、該熱可塑性樹脂の溶融物に絶縁化微粉末を配合して混練する溶融混練法、あるいは、熱可塑性樹脂を溶媒に溶解させた溶液に絶縁化微粉末を分散させた後、適宜溶媒を除去する方法などが、製造方法として好適に採用される。
 ここで、配合や混練には、通常用いられている方法、例えば、リボンブレンダー、ヘンシェルミキサー、バンバリーミキサー,ドラムタンブラー,単軸スクリュー押出機,二軸スクリュー押出機、コニーダ、多軸スクリュー押出機などを用いる方法により好ましく行うことができる。
 混練に際しての加熱温度は、通常220~350℃の範囲で選ばれる。
 かくして得られる樹脂複合材料は、既知の種々の成形方法、例えば、射出成形、中空成形、押出成形、圧縮成形、カレンダー成形、回転成形などを適用して、電気分野あるいは電子分野における、高誘電率を有する成形品をはじめとして、各種成形品を製造に供することができる。
 本発明の樹脂複合材料を電波吸収材として用いる場合には、電波吸収特性を調整するために従来技術で用いられているフェライト粉末や鉄を主成分とした磁性金属体粉末、あるいはカーボン系や酸化スズ系の導電性粉末や難燃剤としての効果も有する導電性粉末である膨張黒鉛粉末などを充填剤として、さらに添加することができる。
 本発明の樹脂複合材料をアンテナ基板に用いる場合には、該樹脂複合材料は比誘電率が7以上45未満であって、誘電損失tanδが0.003以上0.1未満あることが好ましい。そして、このような高誘電率の樹脂複合材料を1μm以上3mm以下の厚さの層として、より具体的には、1μm~300μmの厚さに成形したフィルムまたは300μm~3mmの厚さに成形したシートの少なくとも一方の表面に配線パターンを設けることで、アンテナ基板を形成することができる。
 また、必要に応じて、樹脂複合材料のフィルム、又はシートにスルーホールを設けることも可能である。
 本発明の樹脂複合材料を非接触ICカード/タグに用いる場合には、アンテナ基板の配線パターンにICを直接配線してもよいし、ICを内蔵したカード/タグとアンテナ基板を接触させ、ブースターアンテナとして利用してもよい。また、樹脂複合材料のフィルム、又はシートをアンテナ基板や非接触ICカードとして用いる場合、必要に応じて保護フィルムなどを貼り付けてもよい。
 本発明の樹脂複合材料を上記の電波吸収材に用いると、比誘電率が7以上の電波吸収材が得られる。比誘電率7以上の電波吸収材を実現するには、従来の高誘電率フィラーを使用した場合は、該フィラーを50vol%程度以上配合する必要がある。しかし、本発明で得られる絶縁化微粉末を使用した場合、該絶縁化微粉末を50vol%以下で配合することで実現する、すなわち、従来の高誘電率フィラーの樹脂に対する配合量よりも少ない量で実現することができる。したがって、本発明で得られる絶縁化微粉末を配合した樹脂複合材料は、樹脂材料本来の特長である成型加工性や軽量性が損なわれることなく、高い誘電率を発現する。
 このような本発明の樹脂複合材料を用いた電波吸収材は、高い誘電率を有するため、シート化した場合に、吸収する電波の波長に対する厚さを1/20以下とすることができる。また、本発明の樹脂複合材料を用いた電波吸収材は、筐体内部に用いることができ、電子機器として優れた性能を示す。さらに、絶縁化微粉末の原料に炭素材料を用いるため、電波吸収材の比重を2以下に下げることができ、一層の軽量化を図ることができる。
 次に、本発明を実施例により、さらに詳しく説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。
 各実施例及び比較例で得られた樹脂複合材料の溶融粘度、比誘電率(εr)、誘電損失(tanδ)、及び比重の測定は以下の方法により行った。
 溶融粘度は、メルトインデクサ(株式会社東洋精機製作所製、F-F01)により、MVR(マスボリュームレート)として測定した。
 比誘電率(εr)、及び誘電損失(tanδ)の測定については、樹脂複合材料を30mmφ、厚さ3mmのディスクに成形し、インピーダンスアナライザー(アジレント社製、4294A)を用いて室温で1MHzにて測定した。
 また、比重の測定については、上記成形ディスクの重量を測定し、23℃での水中で体積を測定することにより求めた。
(絶縁化微粉末の合成例1)
 ジャケット付5Lステンレス容器を使用し、カーボンブラック(球状体粒子直径5~100nm、平均粒径40nm)100gに、イオン交換水180g、0.5mol/lリン酸試薬5g、テトラエトキシシラン(信越化学工業株式会社製、KBE-04)40g、及びアルコキシ金属(信越化学工業株式会社製、KR-510(メチルトリメトキシシランとフェニルトリメトキシシランとからなるオリゴマー))20gの混合溶液を一括投入し、1時間常温にて撹拌混合した。その後、ジャケットに0.5MPaのスチームを導入し、微減圧下30分間さらに撹拌しながら温度を100℃まで上昇して溶媒を留去し、絶縁化微粉末を合成した。当該絶縁化微粉末について、走査型透過電子顕微鏡(日本電子株式会社製、JEM-2100F)により観察したところ、カーボンブラック表面に、SiO2被膜が形成されていることが確認された。
(絶縁化微粉末の合成例2)
 メタノール50g、イオン交換水130g、0.5mol/lのリン酸試薬5gを混合したアルコール含有酸性水溶液(pH4)を調製した。ジャケット付5Lステンレス容器を使用し、カーボンブラック(球状体粒子直径5~100nm、平均粒径40nm)100gに、該アルコール含有酸性水溶液全量、及びテトラエトキシシラン(信越化学工業株式会社製、KBE-04)70gの混合溶液を投入し、1時間常温にて撹拌混合した。その後、ジャケットに0.5MPaのスチームを導入し、微減圧下30分間さらに撹拌しながら温度を100℃まで上昇して溶媒を留去し、絶縁化微粉末を合成した。当該絶縁化微粉末について、走査型透過電子顕微鏡(日本電子株式会社製、JEM-2100F)により観察したところ、カーボンブラック表面に、SiO2被膜が形成されていることが確認された。
(絶縁化微粉末の合成例3)
 ジャケット付5Lステンレス容器を使用し、カーボンブラック(球状体粒子直径5~100nm、平均粒径40nm)100gに、絶縁化微粉末の合成例2で用いたのと同じアルコール含有酸性水溶液、テトラエトキシシラン(信越化学工業株式会社製、KBE-04)40g、及びアルコキシ金属(信越化学工業株式会社製、KR-510(メチルトリメトキシシランとフェニルトリメトキシシランとからなるオリゴマー))20gの混合溶液を一括投入し、1時間常温にて撹拌混合した。その後、ジャケットに0.5MPaのスチームを導入し、微減圧下30分間さらに撹拌しながら温度を100℃まで上昇して溶媒を留去し、絶縁化微粉末を合成した。
 まず、原料として用いたカーボンブラックについて、走査型透過電子顕微鏡(日本電子株式会社製、JEM-2100F)により倍率300万倍で観察し、その表面をエネルギー分散型X線分光分析測定(日本電子株式会社製UTW型Si(Li)半導体検出器)を行った。その結果、写真中1の部分におけるSi/Cは0であり、Siが存在しないことから、SiO2被膜が存在しないことが確認された(図2参照)。
 次に、得られた絶縁化微粉末について、走査型透過電子顕微鏡(日本電子株式会社製、JEM-2100F)により倍率300万倍で観察したところ、カーボンブラック表面にSiO2被膜が形成されていることが確認された。また、その絶縁化微粉末の表面上のSiO2被膜の組成を調べるために、エネルギー分散型X線分光分析測定(日本電子株式会社製UTW型Si(Li)半導体検出器)を行ったところ、表面の1、及び3の部分の方が、中心部の2よりSi/C比が高く、表面にSiが局在化していることが確認された。ここで、表面の1~3は、本合成例3により得られた絶縁化微粉末の走査型電子顕微鏡写真の図1に示される部分である。
 さらにその絶縁化微粉末の粉体抵抗を測定するために、粉体抵抗測定システム(株式会社三菱化学アナリテック製 MCP-PD51 ロレスタPAシステム 四端子四探針方法 JISK7194準拠)にて、38.2MPa加圧下での2.9mm厚の体積抵抗率を測定したところ、0.10Ω・cmであった。なお、前記原料カーボンブラックの38.2MPa加圧下での3.0mm厚の体積抵抗率は、0.031Ω・cmであり、本発明により粉体自体の抵抗値が増加していることから、絶縁化被膜が形成していることが判る。
(絶縁化微粉末の合成例4)
 絶縁化微粉末の合成例3のテトラエトキシシラン40g、及びアルコキシ金属(信越化学工業株式会社製、KR-510)20gに代えて、テトラエトキシシラン110g、及びアルコキシ金属(信越化学工業株式会社製、KR-510)30gを用いて、絶縁化微粉末の合成例3と同様にして絶縁化微粉末を合成した。絶縁化微粉末の合成例3と同様に走査型透過電子顕微鏡により観察したところ、SiO2被膜が形成されていることが確認された。
(絶縁化微粉末の合成例5)
 絶縁化微粉末の合成例3のアルコキシ金属(信越化学工業株式会社製、KR-510)20gに代えて、アルコキシ金属(信越化学工業株式会社製、KC-89S(メチルトリメトキシシランのオリゴマー))20gを用いて、絶縁化微粉末の合成例3と同様にして絶縁化微粉末を合成した。絶縁化微粉末の合成例3と同様に走査型透過電子顕微鏡により観察したところ、SiO2被膜が形成されていることが確認された。
(絶縁化微粉末の合成例6)
 絶縁化微粉末の合成例3のアルコキシ金属(信越化学工業株式会社製、KR-510)20gに代えて、アルコキシ金属(信越化学工業株式会社製、X-41-1056(メチルトリメトキシシランとγ―グリシドキシプロピルトリメトキシシランとからなるオリゴマー))20gを用いて、絶縁化微粉末の合成例3と同様にして絶縁化微粉末を合成した。絶縁化微粉末の合成例3と同様に走査型透過電子顕微鏡により観察したところ、SiO2被膜が形成されていることが確認された。
(絶縁化微粉末の合成例7)
 絶縁化微粉末の合成例2のテトラエトキシシラン70gの他に、テトラプロポキシジルコニウムの1-プロパノール溶液(マツモトファインケミカル株式会社製、オルガチックスZA-45、テトラプロポキシジルコニウム75質量%溶液)150gを用いて、絶縁化微粉末の合成例2と同様にして絶縁化微粉末を合成した。絶縁化微粉末の合成例2と同様に走査型透過電子顕微鏡により観察したところ、SiO2とZrO2の被膜が形成されていることが確認された。さらに絶縁化微粉末の合成例3と同様に、38.2MPa加圧下で3.1mm厚の体積抵抗率を測定したところ、0.41Ω・cmであった。
(絶縁化微粉末の合成例8)
 絶縁化微粉末の合成例3の混合溶液として、さらにテトラプロポキシジルコニウムの1-プロパノール溶液150g加えた以外は合成例3と同様にして絶縁化微粉末を合成した。絶縁化微粉末の合成例3と同様に走査型透過電子顕微鏡により観察したところ、SiO2とZrO2の被膜が形成されていることが確認された。
(絶縁化微粉末の合成例9)
 絶縁化微粉末の合成例3のカーボンブラックに代えて、カーボンナノファイバー(断面直径150nm、長さ5~6μmの繊維状)を用いて、絶縁化微粒子の合成例3と同様にして絶縁化カーボンナノファイバー(絶縁化微粉末)を合成した。絶縁化微粉末の合成例3と同様に走査型透過電子顕微鏡により観察したところ、SiO2の被膜が形成されていることが確認された。
(絶縁化微粉末の合成例10)
 絶縁化微粉末の合成例3のカーボンブラックに代えて、天然黒鉛(厚さ100~200nm、平均厚さ150nm、1~3μm角、平均2μm角の板状)を用いて、絶縁化微粒子の合成例3と同様にして絶縁化天然黒鉛粒子(絶縁化微粉末)を合成した。絶縁化微粉末の合成例3と同様に走査型透過電子顕微鏡により観察したところ、SiO2の被膜が形成されていることが確認された。さらに絶縁化微粉末の合成例3と同様に、38.2MPa加圧下で3.0mm厚の体積抵抗率を測定したところ、0.09Ω・cmであった。
(絶縁化微粉末の合成例11)
 絶縁化微粉末の合成例3のメタノール50g、及びイオン交換水130gに代えて、メタノール140g、及びイオン交換水20gを用いて、絶縁化微粉末の合成例3と同様にして絶縁化微粉末を合成した。絶縁化微粉末の合成例3と同様に走査型透過電子顕微鏡により観察したところ、SiO2被膜が形成されていることが確認された。
(絶縁化微粉末の合成例12)
 絶縁化微粉末の合成例3のメタノール50gに代えて、イソプロピルアルコール50gを用いて、絶縁化微粉末の合成例3と同様にして絶縁化微粉末を合成した。絶縁化微粉末の合成例3と同様に走査型透過電子顕微鏡により観察したところ、SiO2被膜が形成されていることが確認された。
(絶縁化微粉末の合成例13)
 絶縁化微粉末の合成例3の0.5mol/lのリン酸試薬5gに代えて、0.5mol/lの酢酸試薬10gを用いて、絶縁化微粉末の合成例3と同様にして絶縁化微粉末を合成した。絶縁化微粉末の合成例3と同様に走査型透過電子顕微鏡により観察したところ、SiO2被膜が形成されていることが確認された。
(絶縁化微粉末の合成例14)
 絶縁化微粉末の合成例3の0.5mol/lのリン酸試薬5gに代えて、0.5mol/lの塩酸試薬1gを用いて、絶縁化微粉末の合成例3と同様にして絶縁化微粉末を合成した。絶縁化微粉末の合成例3と同様に走査型透過電子顕微鏡により観察したところ、SiO2被膜が形成されていることが確認された。
(絶縁化微粉末の合成例15)
 絶縁化微粉末の合成例3において、テトラエトキシシラン40gを用いなかった以外は、絶縁化微粉末の合成例3と同様にして絶縁化微粉末を合成した。絶縁化微粉末の合成例3と同様に走査型透過電子顕微鏡により観察したところ、SiO2被膜が形成されていることが確認された。
(絶縁化微粉末の合成例16)
 絶縁化微粉末の合成例2において、テトラエトキシシラン70gの代わりに、テトラプロポキシジルコニウムの1-プロパノール溶液150gを用いて、絶縁化微粉末の合成例2と同様にして絶縁化微粉末を合成した。絶縁化微粉末の合成例2と同様に走査型透過電子顕微鏡により観察したところ、ZrO2被膜が形成されていることが確認された。
(絶縁化微粉末の合成例17)
 絶縁化微粉末の合成例2において、テトラエトキシシラン70gの代わりに、テトライソプロポキシチタン(三菱ガス化学株式会社製、TPT)110gを用いて、絶縁化微粉末の合成例2と同様にして絶縁化微粉末を合成した。絶縁化微粉末の合成例2と同様に走査型透過電子顕微鏡により観察したところ、TiO2被膜が形成されていることが確認された。
(絶縁化微粉末の合成例18)
 絶縁化微粉末の合成例2の混合溶液として、さらにテトライソプロポキシチタン110gを用いて、絶縁化微粉末の合成例2と同様にして絶縁化微粉末を合成した。絶縁化微粉末の合成例2と同様に走査型透過電子顕微鏡により観察したところ、SiO2とTiO2の被膜が形成されていることが確認された。
(絶縁化微粉末の合成例19)
 絶縁化微粉末の合成例3の混合溶液として、さらにテトライソプロポキシチタン110gを用いて、絶縁化微粉末の合成例3と同様にして絶縁化微粉末を合成した。絶縁化微粉末の合成例3と同様に走査型透過電子顕微鏡により観察したところ、SiO2とTiO2の被膜が形成されていることが確認された。
(絶縁化微粉末の合成例20)
 絶縁化微粉末の合成例3の混合溶液として、0.5mol/lのリン酸試薬5gを用いなかった以外は、絶縁化微粉末の合成例3と同様にして絶縁化微粉末を合成した。絶縁化微粉末の合成例3と同様に走査型透過電子顕微鏡により観察したところ、SiO2被膜は形成されていることが確認された。
(絶縁化微粉末の合成例21)特開2011-49141号公報の絶縁化超微粉末の合成方法1の追試
 5Lガラス製反応容器を使用し、メタノール800gにカーボンブラック(球状体粒子直径5~100nm、平均粒径40nm)100gとテトライソプロポキシチタン100gを添加し、30℃にて1時間攪拌混合した。次に、アルコキシ金属(信越化学工業株式会社製、KBM-103(フェニルトリメトキシシラン))10gを添加し、30分間混合した。さらに、蒸留水30gを30分間かけて滴下し、2時間撹拌し、カーボンブラック粒子/メタノール分散液を得た。
 次に減圧濾過瓶を使用し固液分離し、ウエットケーキは減圧乾燥器で乾燥した。得られたカーボンブラック粒子について、合成方法2と同様に走査型透過電子顕微鏡により観察したところ、カーボンブラック表面には、TiO2に由来すると思われる被膜が形成されていることが確認された。
 固液分離後のろ液について溶媒留去したところ、砂ガラス状の固形分が得られた。得られた砂ガラス状の固形分をさらに乾燥し、エネルギー分散型X線分析装置付走査電子顕微鏡(日本電子株式会社製、JSM-6460LA)にて元素分析したところ、メイン元素ピークとしてSiを検出した。さらに絶縁化微粉末の合成例3と同様に、38.2MPa加圧下で3.2mm厚の体積抵抗率を測定したところ、0.48Ω・cmであった。
(絶縁化微粉末の合成例22)
 イソプロパノール40L中にカーボンブラック(球状体粒子直径50~100nm、平均粒径70nm、東海カーボン株式会社製シーストS)2kgとテトラエトキシシラン2.1kgを添加し、室温にて1時間攪拌混合した。この分散溶液に蒸留水2kgを2時間かけて滴下し、さらに2時間撹拌した。17kPaの真空度で含水イソプロパノールを蒸留しつつ、45LのN,N-ジメチルアセトアミドを滴下し溶媒置換した。さらにフェニルトリメトキシランを0.31kg添加して、100℃にて4時間加熱し疎水化した後、ろ過し12時間自然乾燥し、窒素雰囲気下350℃で30分間焼成した。この結果、2.8kgの表面処理を施した絶縁化微粉末を得た。当該絶縁化微粉末について、走査型透過電子顕微鏡(日本電子株式会社製、JEM-2100F)により観察したところ、カーボンブラック表面に、SiO2被膜が形成されていることが確認された。
 以上の絶縁化微粉末の合成例1~22について、その使用原料と製造条件とを表1にまとめて示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
アルコキシ金属A:一分子中に4つのアルコキシ基を有するアルコキシ金属
アルコキシ金属B:一分子中に3つのアルコキシ基を有するアルコキシ金属
CB:カーボンブラック
CNF:カーボンナノファイバー
CBG:天然黒鉛
CBS:カーボンブラック、シーストS
KBE-04:テトラエトキシシラン
ZA-45:テトラプロポキシジルコニウム75質量%溶液
TPT:テトライソプロポキシチタン
KR-510:メチルトリメトキシシランとフェニルトリメトキシシランからなるオリゴマー
KC-89S:メチルトリメトキシシランのオリゴマー
X-41-1056:メチルトリメトキシシランとγーグリシドキシプロピルトリメトキシシランからなるオリゴマー
KBM-103:フェニルトリメトキシシラン
MeOH:メタノール
IPA:イソプロピルアルコール
DMC:N,N-ジメチルアセトアミド
(実施例1)
 合成例1で得られた絶縁化微粉末とポリカーボネート樹脂(三菱エンジニアリングプラスチックス株式会社製、ユーピロンS-3000FN、PCと称する。)とを、絶縁化微粉末/PCの体積比=25/75となるように溶融混練機にて300℃で溶融混練し、ペレット化して樹脂複合材料を得た。
 得られたペレットの300℃、1.2kg荷重の条件でMVR(マスボリュームレート)測定したところ、9cm3/10分であった。
 また、得られたペレットを用いて射出成形機にてディスク状成形片に成形し、成形片の1MHzにおける誘電率を測定したところ、比誘電率12、誘電損失0.028であった。さらに、樹脂複合材料の比重は1.35であった。
(実施例2)
 合成例2で得られた絶縁化微粉末と実施例1で用いたポリカーボネート樹脂(PC)とを、絶縁化微粉末/PCの体積比=25/75となるように溶融混練機にて300℃で溶融混練し、ペレット化して樹脂複合材料を得た。
 得られたペレットの300℃、1.2kg荷重の条件でMVR(マスボリュームレート)測定したところ、9cm3/10分であった。
 また、得られたペレットを用いて射出成形機にてディスク状成形片に成形し、成形片の1MHzにおける誘電率を測定したところ、比誘電率12、誘電損失0.015であった。さらに、樹脂複合材料の比重は1.35であった。
(実施例3)
 合成例2で得られた絶縁化微粉末と実施例1で用いたポリカーボネート樹脂(PC)とを、絶縁化微粉末/PCの体積比=20/80となるように実施例1と同様に溶融混練機にて300℃で溶融混練し、ペレット化して樹脂複合材料を得た。
 実施例1と同様にMVR測定したところ、12cm3/10分であった。
 実施例1と同様に成形片を得て、1MHzにおける誘電率を測定したところ、比誘電率7、誘電損失0.012であった。また、樹脂複合材料の比重は1.32であった。
(実施例4)
 合成例2で得られた絶縁化微粉末と実施例1で用いたポリカーボネート樹脂(PC)とを、絶縁化微粉末/PCの体積比=30/70となるように実施例1と同様に溶融混練機にて300℃で溶融混練し、ペレット化して樹脂複合材料を得た。
 実施例1と同様にMVR測定したところ、6cm3/10分であった。
 実施例1と同様に成形片を得て、1MHzにおける誘電率を測定したところ、比誘電率17、誘電損失0.018であった。また、樹脂複合材料の比重は1.38であった。
(実施例5)
 合成例3で得られた絶縁化微粉末と実施例1で用いたポリカーボネート樹脂(PC)とを、絶縁化微粉末/PCの体積比=25/75となるように実施例1と同様に溶融混練機にて300℃で溶融混練し、ペレット化して樹脂複合材料を得た。
 実施例1と同様にMVR測定したところ、10cm3/10分であった。
 実施例1と同様に成形片を得て、1MHzにおける誘電率を測定したところ、比誘電率12、誘電損失0.015であった。また、樹脂複合材料の比重は1.35であった。
 前記樹脂複合材料の成形片を粉砕して得られた粉砕品25gを、水酸化カリウム10質量%メタノール溶液500ml中に添加し、24時間還流し加水分解処理を行った。加水分解後の溶液をろ過して、配合されていた絶縁化微粉末を回収した後、洗浄液が中性になるまで純水で洗浄し、120℃で24時間乾燥した。このようにして得られた絶縁化微粉末を、絶縁化微粉末の合成例3と同様に、38.2MPa加圧下で2.8mm厚の体積抵抗率を測定したところ、0.09Ω・cmであった。溶融混練前の原料状態とほぼ同じ体積抵抗値であり、絶縁被膜が実質的に破壊されにくいことが確認できた。
(実施例6)
 合成例4で得られた絶縁化微粉末と実施例1で用いたポリカーボネート樹脂(PC)とを、絶縁化微粉末/PCの体積比=25/75となるように実施例1と同様に溶融混練機にて300℃で溶融混練し、ペレット化して樹脂複合材料を得た。
 実施例1と同様にMVR測定したところ、10cm3/10分であった。
 実施例1と同様に成形片を得て、1MHzにおける誘電率を測定したところ、比誘電率13、誘電損失0.016であった。また、樹脂複合材料の比重は1.35であった。
(実施例7)
 合成例5で得られた絶縁化微粉末と実施例1で用いたポリカーボネート樹脂(PC)とを、絶縁化微粉末/PCの体積比=25/75となるように実施例1と同様に溶融混練機にて300℃で溶融混練し、ペレット化して樹脂複合材料を得た。
 実施例1と同様にMVR測定したところ、10cm3/10分であった。
 実施例1と同様に成形片を得て、1MHzにおける誘電率を測定したところ、比誘電率12、誘電損失0.015であった。また、樹脂複合材料の比重は1.35であった。
(実施例8)
 合成例6で得られた絶縁化微粉末と実施例1で用いたポリカーボネート樹脂(PC)とを、絶縁化微粉末/PCの体積比=25/75となるように実施例1と同様に溶融混練機にて300℃で溶融混練し、ペレット化して樹脂複合材料を得た。
 実施例1と同様にMVR測定したところ、9cm3/10分であった。
 実施例1と同様に成形片を得て、1MHzにおける誘電率を測定したところ、比誘電率12、誘電損失0.015であった。また、樹脂複合材料の比重は1.35であった。
(実施例9)
 合成例7で得られた絶縁化微粉末と実施例1で用いたポリカーボネート樹脂(PC)とを、絶縁化微粉末/PCの体積比=25/75となるように実施例1と同様に溶融混練機にて300℃で溶融混練し、ペレット化して樹脂複合材料を得た。
 実施例1と同様にMVR測定したところ、10cm3/10分であった。
 実施例1と同様に成形片を得て、1MHzにおける誘電率を測定したところ、比誘電率14、誘電損失0.012であった。また、樹脂複合材料の比重は1.36であった。
(実施例10)
 合成例8で得られた絶縁化微粉末と実施例1で用いたポリカーボネート樹脂(PC)とを、絶縁化微粉末/PCの体積比=25/75となるように実施例1と同様に溶融混練機にて300℃で溶融混練し、ペレット化して樹脂複合材料を得た。
 実施例1と同様にMVR測定したところ、10cm3/10分であった。
 実施例1と同様に成形片を得て、1MHzにおける誘電率を測定したところ、比誘電率13、誘電損失0.013であった。また、樹脂複合材料の比重は1.37であった。
(実施例11)
 合成例9で得られた絶縁化微粉末と実施例1で用いたポリカーボネート樹脂(PC)とを、絶縁化微粉末/PCの体積比=25/75となるように実施例1と同様に溶融混練機にて300℃で溶融混練し、ペレット化して樹脂複合材料を得た。
 実施例1と同様にMVR測定したところ、11cm3/10分であった。
 実施例1と同様に成形片を得て、1MHzにおける誘電率を測定したところ、比誘電率12、誘電損失0.015であった。また、樹脂複合材料の比重は1.35であった。
(実施例12)
 合成例10で得られた絶縁化微粉末と実施例1で用いたポリカーボネート樹脂(PC)とを、絶縁化微粉末/PCの体積比=25/75となるように実施例1と同様に溶融混練機にて300℃で溶融混練し、ペレット化して樹脂複合材料を得た。
 実施例1と同様にMVR測定したところ、10cm3/10分であった。
 実施例1と同様に成形片を得て、1MHzにおける誘電率を測定したところ、比誘電率12、誘電損失0.015であった。また、樹脂複合材料の比重は1.35であった。
(実施例13)
 合成例11で得られた絶縁化微粉末と実施例1で用いたポリカーボネート樹脂(PC)とを、絶縁化微粉末/PCの体積比=25/75となるように実施例1と同様に溶融混練機にて300℃で溶融混練し、ペレット化して樹脂複合材料を得た。
 実施例1と同様にMVR測定したところ、9cm3/10分であった。
 実施例1と同様に成形片を得て、1MHzにおける誘電率を測定したところ、比誘電率12、誘電損失0.015であった。また、樹脂複合材料の比重は1.35であった。
(実施例14)
 合成例12で得られた絶縁化微粉末と実施例1で用いたポリカーボネート樹脂(PC)とを、絶縁化微粉末/PCの体積比=25/75となるように実施例1と同様に溶融混練機にて300℃で溶融混練し、ペレット化して樹脂複合材料を得た。
 実施例1と同様にMVR測定したところ、10cm3/10分であった。
 実施例1と同様に成形片を得て、1MHzにおける誘電率を測定したところ、比誘電率12、誘電損失0.015であった。また、樹脂複合材料の比重は1.35であった。
(実施例15)
 合成例13で得られた絶縁化微粉末と実施例1で用いたポリカーボネート樹脂(PC)とを、絶縁化微粉末/PCの体積比=25/75となるように実施例1と同様に溶融混練機にて300℃で溶融混練し、ペレット化して樹脂複合材料を得た。
 実施例1と同様にMVR測定したところ、9cm3/10分であった。
 実施例1と同様に成形片を得て、1MHzにおける誘電率を測定したところ、比誘電率12、誘電損失0.015であった。また、樹脂複合材料の比重は1.35であった。
(実施例16)
 合成例14で得られた絶縁化微粉末と実施例1で用いたポリカーボネート樹脂(PC)とを、絶縁化微粉末/PCの体積比=25/75となるように実施例1と同様に溶融混練機にて300℃で溶融混練し、ペレット化して樹脂複合材料を得た。
 実施例1と同様にMVR測定したところ、9cm3/10分であった。
 実施例1と同様に成形片を得て、1MHzにおける誘電率を測定したところ、比誘電率12、誘電損失0.015であった。また、樹脂複合材料の比重は1.35であった。
(比較例1)
 合成例15で得られた絶縁化微粉末と実施例1で用いたポリカーボネート樹脂(PC)とを、絶縁化微粉末/PCの体積比=25/75となるように実施例1と同様に溶融混練機にて300℃で溶融混練し、ペレット化して樹脂複合材料を得た。
 実施例1と同様にMVR測定したところ、10cm3/10分であった。
 実施例1と同様に成形片を得て、1MHzにおける誘電率を測定したところ、比誘電率>100、誘電損失>0.2であった。また、樹脂複合材料の比重は1.35であった。
(比較例2)
 合成例16で得られた絶縁化微粉末と実施例1で用いたポリカーボネート樹脂(PC)とを、絶縁化微粉末/PCの体積比=25/75となるように実施例1と同様に溶融混練機にて300℃で溶融混練し、ペレット化したところ、樹脂が分解してしまいペレット化できず、射出成形も実施できなかった。また、MVRは測定不可であった。
(比較例3)
 合成例17で得られた絶縁化微粉末と実施例1で用いたポリカーボネート樹脂(PC)とを、絶縁化微粉末/PCの体積比=25/75となるように実施例1と同様に溶融混練機にて300℃で溶融混練し、ペレット化したところ、樹脂が分解してしまいペレット化できず、射出成形も実施できなかった。また、MVRは測定不可であった。
(比較例4)
 合成例18で得られた絶縁化微粉末と実施例1で用いたポリカーボネート樹脂(PC)とを、絶縁化微粉末/PCの体積比=25/75となるように実施例1と同様に溶融混練機にて300℃で溶融混練し、ペレット化したところ、樹脂が分解してしまいペレット化できず、射出成形も実施できなかった。また、MVRは測定不可であった。
(比較例5)
 合成例19で得られた絶縁化微粉末と実施例1で用いたポリカーボネート樹脂(PC)とを、絶縁化微粉末/PCの体積比=25/75となるように実施例1と同様に溶融混練機にて300℃で溶融混練し、ペレット化したところ、樹脂が分解してしまいペレット化できず、射出成形も実施できなかった。また、MVRは測定不可であった。
(比較例6)
 合成例20で得られた絶縁化微粉末と実施例1で用いたポリカーボネート樹脂(PC)とを、絶縁化微粉末/PCの体積比=25/75となるように実施例1と同様に溶融混練機にて300℃で溶融混練し、ペレット化して樹脂複合材料を得た。
 実施例1と同様にMVR測定したところ、10cm3/10分であった。
 実施例1と同様に成形片を得て、1MHzにおける誘電率を測定したところ、比誘電率>100、誘電損失>0.2であった。また、樹脂複合材料の比重は1.35であった。
(比較例7)
 絶縁化微粉末の合成例21で得られた絶縁化微粉末と実施例1で用いたポリカーボネート樹脂(PC)を、絶縁化微粉末/PCの体積比=25/75となるように実施例1と同様に溶融混練機にて300℃で溶融混練し、ペレット化したところ、樹脂が分解してしまいペレット化できず、射出成形も実施できなかった。また、MVRは測定不可であった。
(比較例8)
 合成例22で得られた絶縁化微粉末と実施例1で用いたポリカーボネート樹脂(PC)とを、絶縁化微粉末/PCの体積比=25/75となるように実施例1と同様に溶融混練機にて300℃で溶融混練し、ペレット化して樹脂複合材料を得た。
 実施例1と同様にMVR測定したところ、10cm3/10分であった。
 実施例1と同様に成形片を得て、1MHzにおける誘電率を測定したところ、比誘電率13、誘電損失>0.2であった。また、樹脂複合材料の比重は1.34であった。
(実施例17)
 合成例3で得られた絶縁化微粉末とポリエチレンテレフタレート樹脂(三菱化学株式会社製、ノバペックスGG900、PET)とを、絶縁化微粉末/PETの体積比=25/75となるように溶融混練機にて270℃で溶融混練し、ペレット化して樹脂複合材料を得た。
 得られたペレットの270℃、1.2kg荷重の条件でMVR(マスボリュームレート)測定したところ、12cm3/10分であった。
 実施例1と同様に成形片を得て、1MHzにおける誘電率を測定したところ、比誘電率15、誘電損失0.016であった。また、樹脂複合材料の比重は1.47であった。
(実施例18)
 合成例3で得られた絶縁化微粉末と実施例17で用いたポリエチレンテレフタレート樹脂(PET)とを、絶縁化微粉末/PETの体積比=30/70となるように溶融混練機にて270℃で溶融混練し、ペレット化して樹脂複合材料を得た。
 実施例16と同様にMVR測定したところ、9cm3/10分であった。
 実施例1と同様に成形片を得て、1MHzにおける誘電率を測定したところ、比誘電率20、誘電損失0.019であった。また、樹脂複合材料の比重は1.51であった。
(実施例19)
 合成例4で得られた絶縁化微粉末とポリブチレンテレフタレート樹脂(三菱エンジニアリングプラスチックス株式会社製、ノバデュラン5008、PBT)とを、絶縁化微粉末/PBTの体積比=25/75となるように溶融混練機にて270℃で溶融混練し、ペレット化して樹脂複合材料を得た。
 得られたペレットの270℃、1.2kg荷重の条件でMVR(マスボリュームレート)測定したところ、12cm3/10分であった。
 実施例1と同様に成形片を得て、1MHzにおける誘電率を測定したところ、比誘電率16、誘電損失0.016であった。また、樹脂複合材料の比重は1.47であった。
(実施例20)
 合成例4で得られた絶縁化微粉末と実施例19で用いたポリブチレンテレフタレート樹脂(PBT)とを、絶縁化微粉末/PBTの体積比=30/70となるように溶融混練機にて270℃で溶融混練し、ペレット化して樹脂複合材料を得た。
 実施例18と同様にMVR測定したところ、9cm3/10分であった。
 実施例1と同様に成形片を得て、1MHzにおける誘電率を測定したところ、比誘電率19、誘電損失0.019であった。また、樹脂複合材料の比重は1.52であった。
(実施例21)
 合成例5で得られた絶縁化微粉末、ポリフェニレンエーテル樹脂(三菱化学株式会社製、ユピエースPX100L、PPE)、及びポリスチレン樹脂(PSジャパン株式会社製、PSJ-ポリスチレンGPPS HF77、PS)を、絶縁化微粉末/PPE/PSの体積比=25/37.5/37.5となるように溶融混練機にて270℃で溶融混練し、ペレット化して樹脂複合材料を得た。
 得られたペレットの270℃、1.2kg荷重の条件でMVR(マスボリュームレート)測定したところ、14cm3/10分であった。
 実施例1と同様に成形片を得て、1MHzにおける誘電率を測定したところ、比誘電率15、誘電損失0.012であった。また、樹脂複合材料の比重は1.24であった。
(実施例22)
 合成例5で得られた絶縁化微粉末、実施例21で用いたポリフェニレンエーテル樹脂(PPE)、及びポリスチレン樹脂(PS)を、絶縁化微粉末/PPE/PSの体積比=30/35/35となるように溶融混練機にて270℃で溶融混練し、ペレット化して樹脂複合材料を得た。
 実施例20と同様にMVR測定したところ、12cm3/10分であった。
 実施例1と同様に成形片を得て、1MHzにおける誘電率を測定したところ、比誘電率18、誘電損失0.015であった。また、樹脂複合材料の比重は1.28であった。
(実施例23)
 合成例2で得られた絶縁化微粉末とポリフェニレンスルフィド樹脂(東レ株式会社製、トレリナM2888、PPS)とを、絶縁化微粉末/PPSの体積比=25/75となるように溶融混練機にて290℃で溶融混練し、ペレット化して樹脂複合材料を得た。
 得られたペレットの290℃、1.2kg荷重の条件でMVR(マスボリュームレート)測定したところ、15cm3/10分であった。
 実施例1と同様に成形片を得て、1MHzにおける誘電率を測定したところ、比誘電率15、誘電損失0.009であった。また、樹脂複合材料の比重は1.46であった。
(実施例24)
 合成例2で得られた絶縁化微粉末と実施例23で用いたポリフェニレンスルフィド樹脂(PPS)とを、絶縁化微粉末/PPSの体積比=30/70となるように溶融混練機にて290℃で溶融混練し、ペレット化して樹脂複合材料を得た。
 実施例22と同様にMVR測定したところ、12cm3/10分であった。
 実施例1と同様に成形片を得て、1MHzにおける誘電率を測定したところ、比誘電率25、誘電損失0.013であった。また、樹脂複合材料の比重は1.49であった。
(実施例25)
 合成例2で得られた絶縁化微粉末とポリプロピレン樹脂(株式会社プライムポリマー製、プライムポリプロJ106G、PP)とを、絶縁化微粉末/PPの体積比=25/75となるように溶融混練機にて220℃で溶融混練し、ペレット化して樹脂複合材料を得た。
 得られたペレットの220℃、1.2kg荷重の条件でMVR(マスボリュームレート)測定したところ、15cm3/10分であった。
 実施例1と同様に成形片を得て、1MHzにおける誘電率を測定したところ、比誘電率10、誘電損失0.009であった。また、樹脂複合材料の比重は1.08であった。
(実施例26)
 合成例2で得られた絶縁化微粉末と実施例25で用いたポリプロピレン樹脂(PP)とを、絶縁化微粉末/PPの体積比=30/70となるように溶融混練機にて220℃で溶融混練し、ペレット化して樹脂複合材料を得た。
 実施例24と同様にMVR測定したところ、12cm3/10分であった。
 実施例1と同様に成形片を得て、1MHzにおける誘電率を測定したところ、比誘電率14、誘電損失0.013であった。また、樹脂複合材料の比重は1.12であった。
 以上の実施例1~26、比較例1~8の結果を表2にまとめて示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
PC:ポリカーボネート樹脂
PET:ポリエチレンテレフタレート樹脂
PBT:ポリブチレンテレフタレート樹脂
PPE:ポリフェニレンエーテル樹脂
PS:ポリスチレン樹脂
PPS:ポリフェニレンスルフィド樹脂
PP:ポリプロピレン樹脂
 本発明によれば、樹脂複合材料の誘電率を高い状態に維持しながら誘電損失tanδを小さくすることができ、かつ特定の反応条件によりゾルゲル反応を進めることから、樹脂とともに加熱溶融混練しても樹脂分解が発生しない絶縁化微粉末を用いた高誘電率な樹脂複合材料、及びその製造方法を提供することができる。また、本発明の樹脂複合材料は、絶縁化微粉末の原料に炭素材料を用いるので、その比重を2以下に軽量化できる。従って、本発明の樹脂複合材料は、電気分野あるいは電子分野における、高誘電率を有する成形品や各種成形品、例えば電波吸収材、アンテナ基板、非接触ICカード/タグなどの製造に供することができる。

Claims (22)

  1.  炭素材料からなる導電性微粉末、酸、アルコキシ金属組成物、及び水を含む混合物を撹拌して、水を含む溶媒を留去して得られる絶縁化微粉末、ならびに樹脂を含む樹脂組成物からなり、該アルコキシ金属組成物中のテトラアルコキシシランの含有量が15質量%以上であり、かつアルコキシチタンの含有量が10質量%以下であり、絶縁化微粉末と樹脂の体積比で5/95~50/50(絶縁化微粉末/樹脂)であることを特徴とする樹脂複合材料。
  2.  前記混合物がアルコールを含むことを特徴とする、請求項1に記載の樹脂複合材料。
  3.  前記混合物がさらにテトラアルコキシジルコニウムを含むことを特徴とする、請求項1又は2に記載の樹脂複合材料。
  4.  前記混合物がさらにトリアルコキシシランを含むことを特徴とする、請求項1~3のいずれかに記載の樹脂複合材料。
  5.  前記トリアルコキシシランが分子内にメチル基、フェニル基、ビニル基、イソブチル基、デシル基、グリシドキシ基、アミノ基、メルカプト基、及びメタクリロキシ基からなる群から選ばれる一種類以上を含むシランカップリング剤であることを特徴とする請求項4記載の樹脂複合材料。
  6.  前記アルコキシ金属組成物がアルコキシチタンを含まないことを特徴とする請求項1~5のいずれかに記載の樹脂複合材料。
  7.  前記導電性微粉末が、カーボンナノファイバー、天然黒鉛、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、又は人造黒鉛であることを特徴とする請求項1~6のいずれかに記載の樹脂複合材料。
  8.  前記混合物が、アルコール、酸、及び水を含むアルコール含有酸性水溶液、ならびに炭素材料からなる導電性微粉末、及びアルコキシ金属組成物を含み、該アルコール含有酸性水溶液がpH3以上、pH7未満であることを特徴とする請求項2~7のいずれかに記載の樹脂複合材料。
  9.  前記樹脂が熱可塑性樹脂である請求項1~8のいずれかに記載の樹脂複合材料。
  10.  前記熱可塑性樹脂がポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルフィド、又はポリプロピレンである請求項9記載の樹脂複合材料。
  11.  前記樹脂組成物が充填剤を含むことを特徴とする請求項1~10のいずれかに記載の樹脂複合材料。
  12.  前記絶縁化微粉末の断面直径が1nm以上500nm以下であることを特徴とする請求項1~11のいずれかに記載の樹脂複合材料。
  13.  比重が2以下である請求項1~12のいずれかに記載の樹脂複合材料。
  14.  比誘電率が7以上である請求項1~13のいずれかに記載の樹脂複合材料。
  15.  誘電損失tanδが0.1未満である請求項1~14のいずれかに記載の樹脂複合材料。
  16.  炭素材料からなる導電性微粉末、酸、アルコキシ金属組成物、及び水を混合した混合物を撹拌し、溶媒を留去し、該アルコキシ金属組成物中のテトラアルコキシシランの含有量が15質量%以上であり、かつアルコキシチタンの含有量が10質量%以下であることを特徴とする絶縁化微粉末の製造方法。
  17.  前記混合物がアルコールを含むことを特徴とする請求項16記載の絶縁化部粉末の製造方法。
  18.  前記混合物がさらにテトラアルコキシジルコニウムを含むことを特徴とする、請求項16又は17に記載の絶縁化微粉末の製造方法。
  19.  前記混合物がさらにトリアルコキシシランを含むことを特徴とする、請求項16~18のいずれかに記載の絶縁化微粉末の製造方法。
  20.  前記アルコキシ金属組成物がアルコキシチタンを含まないことを特徴とする請求項16~19のいずれかに記載の絶縁化微粉末の製造方法。
  21.  アルコール、酸、及び水を含み、pH3以上、pH7未満であるアルコール含有酸性水溶液を予め調製することを特徴とする請求項17~20のいずれかに記載の絶縁化微粉末の製造方法。
  22.  請求項16~21のいずれかに記載の製造方法で得た絶縁化微粉末を、樹脂に対する体積比で5/95~50/50(絶縁化微粉末/樹脂)として樹脂に配合することを特徴とする樹脂複合材料の製造方法。
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