JP2000327930A - 有機−無機複合材料およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 機械的特性および耐水性が高く、低コスト
で、高性能および高機能プラスチック材料に用いるのに
適する、有機−無機複合材料およびその製造方法を提供
する。 【解決手段】 第２の有機重合体のマトリックスとその
中に均一に微分散された金属酸化物粒子と上記金属酸化
物粒子を上記第２の有機重合体の中に均一に微分散させ
るための界面改質剤とを含有する有機−無機複合材料に
おいて、上記界面改質剤が上記金属酸化物の表面と結合
可能な官能基を有する第１の有機重合体である有機−無
機複合材料。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は各種プラスチック材
料、樹脂添加物および塗料材等に有用な有機−無機複合
材料およびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】プラスチックは成形加工性、高生産性、
軽量性、柔軟性、優れた機械的特性や電気的特性等によ
って金属、ガラス、木材、紙等の既存材料と次々と置き
替わっている。その使用範囲は広く、建築資材、電気、
電子製品の構造部品や機構部品、自動車、車両、航空
機、船舶の外装や内装部品、日常雑貨、包装材等、多岐
にわたって用いられている。このためプラスチックの種
類は多く、様々なタイプのものが市販されている。

【０００３】しかし、市場からの各種特性の向上やコス
トに対する要求は大きく、異なるプラスチック同士のア
ロイ化や他の材料との複合化が盛んに行われている。例
えば、機械的特性や耐熱性、寸法安定性等の向上につい
ては、ガラス繊維やカーボン繊維をはじめとする無機材
料を配合した有機−無機複合材料が検討され、この技術
によって強度や短期における耐熱変形性、寸法安定性等
は改善された。

【０００４】しかし、プラスチックと無機材料は一般に
非相溶であり、両者を微分散させることは容易ではない
ため有機−無機複合材料における無機材料の分散粒子系
は一般にマイクロメータオーダーまでである。粒子の大
きさは引張強さのような強度には大きな影響を与え、粒
子が大きくなるにつれて強度は小さくなることより
（Ｌ．Ｅ．Ｎｉｅｌｓｅｎ著、高分子と複合材料の力学
的性質、２５３頁）、自ずと上記のような有機−無機複
合材料の強度の改良には、限界が生じてくる。また、プ
ラスチックの種類（ＡＢＳ樹脂、ポリアミド６−６、ポ
リカーボネート、ポリアセタール、全芳香族ポリエステ
ル等）によっては界面強度が低下し、衝撃強度が低くな
るといった新たな問題も生まれた。

【０００５】一方、プラスチックの表面硬度、光沢、耐
汚染性、強度、耐熱性、耐候性、耐薬品性等の諸物性を
向上させるためにＳｉ、Ｔｉ、Ｚｒのような無機元素を
骨格に導入した有機−無機ハイブリッド高分子材料の研
究が行われている。

【０００６】有機−無機ハイブリッド高分子材料の各成
分の分散粒子径はサブミクロンからナノメータオーダー
以下であり、分子レベルでの分散も可能である。その調
製方法としては、有機単量体や有機重合体とアルキルシ
ロキサンのような無機骨格含有化合物とをラジカル共重
合させる方法および有機重合体に側鎖としてアルコキシ
シランのような無機官能基を結合させて、その後これを
架橋させる方法等が知られている。

【０００７】例えば、特開平５−４３６７９号公報およ
び特開平５−８６１８８号公報には、ビニル重合体とケ
イ素化合物とを反応させた後、ゾルーゲル法によってこ
れらを架橋して有機−無機ハイブリッド高分子材料を得
る方法が記載されている。

【０００８】特開平８−１０４７１０号公報および特開
平８−１０４７１１号公報には、アルコキシシリル基末
端アゾ系開始剤を用いてビニル単量体をラジカル重合さ
せ、得られるアルコキシシリル基末端ビニル重合体を加
水分解、縮合して有機−無機ハイブリッド高分子材料を
得る方法が記載されている。

【０００９】これらには、ビニル重合体としてポリスチ
レン、ポリ塩化ビニル、アクリル樹脂等が記載されてい
る。しかしながら、ビニル重合体は耐熱性および機械的
強度が低く、工業用プラスチック材料、特に構造材料や
ハードコート材に用いるには不適切である。

【００１０】また、Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ、第
２５巻、第４３０９頁、１９９２年には、ポリアルキレ
ンオキサイドの主鎖にアルコキシシリル基を結合させ、
次いで加水分解、縮合する方法が記載されている。更
に、Ｍａｃｒｏｍｏｌ．Ｃｈｅｍ．Ｍａｃｒｏｍｏｌ．
Ｓｙｍｐ．第４２／４３巻、第３０３頁、１９９１年に
は、上記主鎖としてポリオキサゾリンが、Ｊ．Ｉｎｏｒ
ｇ．Ｏｒｇａｎｏｍｅｔ．Ｐｏｌｙｍ．第５巻、第４
頁、１９９５年にはポリアミンが、そしてＪ．Ａｐｐ
ｌ．Ｐｏｌｙｍ．Ｓｃｉ．第５８巻、第１２６３頁、１
９９５年にはセルロース重合体が記載されている。しか
しながら、これら先行技術で主鎖として開示されている
重合体は全て親水性である。親水性重合体は吸湿性であ
り、耐水性に乏しいのでプラスチック成形品、シーリン
グ材、塗料の原料、構造材料およびハードコート材等に
用いるには不適切である。

【００１１】そこで、我々は鋭意検討を進めた結果、耐
熱性、機械的強度および耐水性に優れ、工業用プラスチ
ックとしても応用範囲が広いエンジニアリングプラスチ
ックを用いた有機−無機ハイブリッド高分子材料の開発
に成功した（特願平９−３２７８４２、特願平１０−５
６６２５）。得られた有機−無機ハイブリッド高分子材
料の特性評価を行ったところ、市販のエンジニアリング
プラスチックよりも更に高い耐熱性、表面硬度、機械的
強度等を示し、たいへん有用な材料であることが確認さ
れた。

【００１２】しかしながら、上記した有機−無機ハイブ
リッド高分子材料を市販されているそれぞれのホモポリ
マーと比較すると、特性は大きく向上しているもののコ
スト面ではかなり高価となり、特殊な用途を除いてはあ
まり実用的ではなかった。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来の問
題を解決するものであり、その目的とするところは機械
的特性および耐水性が高く、低コストで、高性能および
高機能プラスチック材料に用いるのに適する有機−無機
複合材料、およびその簡便かつ実用的な製造方法を提供
することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、第２の有機重
合体のマトリックスとその中に均一に微分散された金属
酸化物粒子と上記金属酸化物粒子を上記第２の有機重合
体の中に均一に微分散させるための界面改質剤とを含有
する有機−無機複合材料において、上記界面改質剤が上
記金属酸化物の表面と結合可能な官能基を有する第１の
有機重合体である有機−無機複合材料を提供するもので
あり、そのことにより上記目的が達成される。

【００１５】本発明の有機−無機複合材料は、（１）第
１の有機重合体で改質された金属酸化物粒子であって、
上記金属酸化物粒子の表面に上記金属酸化物粒子の表面
と結合可能な官能基を有する第１の有機重合体が共有結
合しているものを提供する工程；及び（２）第１の有機
重合体で改質された金属酸化物粒子と第２の有機重合体
とを混合して、この金属酸化物粒子を第２の有機重合体
のマトリックス中に均一に微分散させる工程；を包含す
る方法により製造することが好ましい。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の好ましい一局面は、まず
金属アルコキシド化合物（Ｂ）とその金属アルコキシド
化合物と反応可能な官能基を分子内に少なくとも１個有
する第１の有機重合体（Ａ）とを有機溶剤中に溶解さ
せ、その状態でゾルーゲル法によって加水分解、重縮合
することにより、金属酸化物粒子（Ｃ）の表面に第１の
有機重合体（Ａ）が共有結合し、改質された金属酸化物
粒子（Ｄ）を作製する。次にこの分散液中に有機−無機
複合材料のマトリックスとなる第２の有機重合体（Ｅ）
を投入し、よく混合することによって、第２の有機重合
体（Ｅ）中に改質された金属酸化物粒子（Ｄ）が均一か
つ微細に分散した有機−無機複合材料（Ｆ）を得ること
である。

【００１７】他の好ましい局面は、まず金属アルコキシ
ド化合物（Ｂ）とその金属アルコキシド化合物と反応可
能な官能基を少なくとも１個有する第１の有機重合体
（Ａ）とを混合し、これをブラベンダー等の混合機で加
熱混合することによって反応させることにより、金属酸
化物粒子（Ｃ）の表面に第１の有機重合体（Ａ）が共有
結合し、改質された金属酸化物粒子（Ｄ）を作製する。
次に混合機中に有機−無機複合材料のマトリックスとな
る第２の有機重合体（Ｅ）を投入し、加熱下、よく混合
することによって第２の有機重合体（Ｅ）中に改質され
た金属酸化物粒子（Ｄ）が均一かつ微細に分散した有機
−無機複合材料（Ｆ）を得ることである。

【００１８】更に他の局面では、上記金属アルコキシド
化合物（Ｂ）の代わりに表面に水酸基（金属水酸化物
基）を有する金属酸化物粒子（Ｃ）を用いて同様の操作
を行い、第２の有機重合体（Ｅ）中に第１の有機重合体
（Ａ）で改質された金属酸化物粒子（Ｄ）が均一かつ微
細に分散した有機−無機複合材料（Ｆ）を得ることがで
きる。

【００１９】第１の有機重合体（Ａ） 本発明において、金属酸化物粒子の表面と結合可能な官
能基を分子内に有する第１の有機重合体（Ａ）は、有機
−無機複合材料（Ｆ）のマトリックスを構成する第２の
有機重合体（Ｅ）と金属酸化物粒子（Ｃ）とをなじませ
る目的、すなわち界面改質剤として用いるものである。

【００２０】従って、第１の有機重合体（Ａ）は、一般
には非相溶な第２の有機重合体（Ｅ）と金属酸化物粒子
（Ｃ）との両者に親和性を示す必要がある。第１の有機
重合体（Ａ）はいかなる方法で合成されたものであって
も良い。

【００２１】第１の有機重合体（Ａ）は、第２の有機重
合体（Ｅ）と親和性を示す主骨格を有することが好まし
い。

【００２２】第１の有機重合体（Ａ）の主骨格として
は、具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン、塩化
ビニル樹脂、ポリスチレン、メタクリル酸メチル樹脂、
ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリ
エステル、ポリフェニレンエーテル、ポリメチルペンテ
ン、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリフタル
アミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレー
ト、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエ
ーテルケトン等の熱可塑性樹脂や熱可塑性エラストマー
前駆体、またはフェノール樹脂、エポキシ樹脂、アクリ
ル樹脂、メラミン樹脂、アルキッド樹脂、尿素樹脂、シ
リコーン樹脂等の熱硬化性樹脂前駆体等が挙げられる。

【００２３】この中でも熱可塑性樹脂が好ましく、高性
能という点ではポリアミド、ポリアセタール、ポリカー
ボネート、ポリサルホン、ポリアリレート等のエンジニ
アリングプラスチックがより好ましい。

【００２４】第１の有機重合体（Ａ）は上述したような
重合体や前駆体の１成分を主骨格としたものでも良く、
これら多成分の共重合体骨格でも良い。また、複数種を
混合したものでも良く、分岐状、線状いずれの形状でも
良い。

【００２５】第１の有機重合体（Ａ）の分子量は第２の
有機重合体（Ｅ）に良好な相溶性を示す程度とすること
が好ましい。一般には数平均分子量約５００〜５０００
０、好ましくは約１０００〜１５０００、更に好ましく
は約２０００〜８０００である。

【００２６】第１の有機重合体（Ａ）は金属酸化物粒子
（Ｃ）と親和性を示す官能基を有することが好ましい。
この官能基は金属酸化物粒子の表面と結合可能であるこ
とが好ましい。一般に、金属酸化物の表面は極性であ
り、水酸基や金属水酸化物が多数存在する。従って、こ
の官能基は極性基であることが好ましく、水酸基や金属
水酸化物基と反応可能な基であることが特に好ましい。

【００２７】以下に説明するように、金属アルコキシド
化合物（Ｂ）及び第１の有機重合体（Ａ）の混合組成物
を溶液中でゾルーゲル法によって加水分解、重縮合する
ことにより、金属酸化物の表面に第１の有機重合体が共
有結合し、改質された金属酸化物粒子（Ｄ）を作製する
場合は、第１の有機重合体（Ａ）の官能基は金属アルコ
キシ基と反応可能なものであることが好ましい。

【００２８】第１の有機重合体（Ａ）の官能基は、具体
的には金属アルコキシ基、水酸基、アミノ基、カルボキ
シル基等が挙げられ、特に金属アルコキシ基が好まし
い。

【００２９】第１の有機重合体（Ａ）の官能基当量は１
〜１００、好ましくは１〜５０更に好ましくは２〜１０
である。第１の有機重合体（Ａ）の官能基当量が１を下
回ると金属酸化物表面への結合が不充分となるために材
料の性能が低下する可能性があり、１００を上回ると金
属酸化物粒子（Ｃ）が微細化せず、材料がもろくなる可
能性がある。１分子の第１の有機重合体（Ａ）が有する
官能基は全て同一でも良く、複数種であっても良い。

【００３０】金属酸化物粒子（Ｃ） 本発明では、金属酸化物粒子（Ｃ）の粒子表面には第１
の有機重合体（Ａ）の官能基と親和性を示す官能基が存
在する必要がある。かかる官能基は、一般には活性な水
酸基や金属水酸化物基である。

【００３１】この条件さえ満たせば、金属酸化物粒子
（Ｃ）は金属アルコキシド化合物（Ｂ）を加水分解、重
縮合して調製されたものでも、市販されている金属酸化
物粒子を用いても構わない。特に、金属アルコキシド化
合物（Ｂ）を加水分解及び重縮合することにより調製さ
れた金属酸化物粒子（Ｃ）は、表面及び内部に水酸基等
を多数有するため好ましい。金属元素としては、金属ア
ルコキシド化合物（Ｂ）と同様なＳｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｆ
ｅ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｇｅ、Ｃｅ、Ｔａ、Ｗ等が
挙げられる。

【００３２】これらの金属酸化物粒子の具体例として
は、酸化ケイ素（シリカ）粒子、酸化チタン（チタニ
ア）粒子、酸化ジルコニウム（ジルコニア）粒子等が挙
げられる。粒子の形状や結晶系はいかなるものでも良
い。粒径は細かいものほど良く、１μｍ以下、好ましく
は０．１μｍ以下、例えば、０．００１〜０．０５μ
ｍ、０．００１〜０．１μｍである。また、これらの金
属酸化物粒子（Ｃ）は１種類だけでも良く、２種以上を
併用しても良い。１分子内に２種以上の金属元素が含ま
れているような金属酸化物を用いても良い。

【００３３】第２の有機重合体（Ｅ） 本発明において、材料のマトリックスとなる第２の有機
重合体（Ｅ）は最も使用量が多い成分であり、その構造
は特に特定されないが、有機−無機複合材料のマトリッ
クスとした場合に、各種プラスチック材料として十分な
強度を提供できるものである必要がある。第２の有機重
合体（Ｅ）はいかなる方法で合成されたものであっても
良い。

【００３４】また、第２の有機重合体（Ｅ）は界面改質
剤として使用する第１の有機重合体（Ａ）の主骨格と少
なくとも親和性を有するものであれば良く、必ずしも第
１の有機重合体（Ａ）と同一の骨格である必要はない。
コスト面を考慮すると第２の有機重合体（Ｅ）は市販の
有機重合体であることが望ましい。

【００３５】第２の有機重合体（Ｅ）の主骨格として
は、具体的にはポリエチレン、ポリプロピレン、塩化ビ
ニル樹脂、ポリスチレン、メタクリル酸メチル樹脂、ポ
リアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリエ
ステル、ポリフェニレンエーテル、ポリメチルペンテ
ン、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリフタル
アミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレー
ト、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエ
ーテルケトン等の熱可塑性樹脂や熱可塑性エラストマー
前駆体、またはフェノール樹脂、エポキシ樹脂、アクリ
ル樹脂、メラミン樹脂、アルキッド樹脂、尿素樹脂、シ
リコーン樹脂等の熱硬化性樹脂前駆体が挙げられる。

【００３６】この中でも熱可塑性樹脂が好ましく、高性
能という点ではポリアミド、ポリアセタール、ポリカー
ボネート、ポリサルホン、ポリアリレート等のエンジニ
アリングプラスチックがより好ましい。

【００３７】第２の有機重合体（Ｅ）は上述したような
重合体や前駆体の１成分を主骨格としたものでも良く、
これら多成分の共重合体骨格でも良い。また、複数種を
混合したものでも良く、分岐状、線状いずれの形状でも
良い。

【００３８】第２の有機重合体（Ｅ）の分子量は、有機
−無機複合材料のマトリックスとした場合に、各種プラ
スチック材料として十分な強度を提供できる程度とする
必要がある。一般には数平均分子量約５００〜１０００
００、好ましくは約１０００〜５００００、更に好まし
くは約１００００〜５００００である。

【００３９】第２の有機重合体（Ｅ）は官能基を有して
いても有していなくてもどちらでも構わない。

【００４０】改質された金属酸化物粒子（Ｄ） 本発明において、金属酸化物粒子（Ｃ）の表面に第１の
有機重合体（Ａ）が共有結合し、改質された金属酸化物
粒子（Ｄ）は、金属酸化物粒子（Ｃ）を第２の有機重合
体（Ｅ）中に均一かつ微細に分散する目的で作製するも
のである。

【００４１】すなわち、第１の有機重合体（Ａ）と金属
アルコキシド化合物（Ｂ）や金属酸化物粒子（Ｃ）の重
量比や合成条件を工夫することによって金属酸化物粒子
（Ｃ）の表面に第１の有機重合体（Ａ）を共有結合させ
る。その結果、通常非相溶である有機重合体と金属酸化
物とを固定化できる。

【００４２】このような改質された金属酸化物粒子
（Ｄ）を作製することによって、マトリックスとなる第
２の有機重合体（Ｅ）中に金属酸化物を均一かつ微細に
分散させることが可能となる。金属酸化物粒子（Ｄ）は
いかなる方法で製造したものであっても良い。

【００４３】しかし、その製造方法の具体例を挙げれ
ば、例えば第１の有機重合体（Ａ）と金属アルコキシド
化合物（Ｂ）の混合組成物をゾルーゲル反応を用いて加
水分解、重縮合する方法がある。

【００４４】金属アルコキシド化合物（Ｂ）としては、
あらゆるタイプのものも用いることができる。その中で
も好ましいものは、式（１） Ａ_pＭ （１） ［Ａは炭素数１〜８、好ましくは１〜４のアルコキシ
基、ＭはＳｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｂ、Ａ
ｌ、Ｇｅ、Ｃｅ、ＴａおよびＷ等からなる群、好ましく
はＳｉ、Ｔｉ、Ｚｒからなる群から選択される金属元
素、ｐは２〜６の整数を示す。］で表される化合物であ
る。

【００４５】具体的には、テトラメトキシシラン、テト
ラエトキシシラン、テトライソプロポキシシラン、テト
ラブトキシシラン等のテトラアルコキシシラン類、テト
ラｎ−プロポキシチタン、テトライソプロポキシチタ
ン、テトラブトキシチタン等のテトラアルコキシチタン
類、テトラｎ−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、テトラブトキシジルコニウム等
のテトラアルコキシジルコニウム類、およびジメトキシ
銅、ジエトキシバリウム、トリメトキシホウ素、トリエ
トキシガリウム、トリブトキシアルミニウム、テトラエ
トキシゲルマニウム、テトラブトキシ鉛、ペンタｎ−プ
ロポキシタンタル、ヘキサエトキシタングステン等の金
属アルコキシド類が挙げられる。

【００４６】金属アルコキシド化合物（Ｂ）の他の例
は、式（２） Ｒ_kＡ_lＭ（Ｒ’_mＸ）_n （２） ［Ｒは水素か炭素数１〜１２、好ましくは１〜５のアル
キル基またはフェニル基、Ａは炭素数１〜８、好ましく
は１〜４のアルコキシ基、ＭはＳｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｆ
ｅ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｇｅ、Ｃｅ、ＴａおよびＷ
等からなる群、好ましくはＳｉ、Ｔｉ、Ｚｒからなる群
から選択される金属元素、Ｒ’は炭素数１〜４、好まし
くは２〜４のアルキレン基またはアルキリデン基、Ｘは
イソシアネート基、エポキシ基、カルボキシル基、酸ハ
ロゲン化物基、酸無水物基、アミノ基、 チオール基、
ビニル基、メタクリル基、ハロゲン基等の一般的な官能
基、ｋは０〜５の整数、ｌは１〜５の整数、ｍは０また
は１、ｎは０〜５の整数を示す］で表される化合物であ
る。

【００４７】Ｓｉを例に取り、具体的に例示すれば、ト
リメトキシシラン、トリエトキシシラン、トリｎ−プロ
ポキシシラン ジメトキシシラン、ジエトキシシラン、ジイソプロポキ
シシラン モノメトキシシラン、モノエトキシシラン、モノブトキ
シシラン メチルジメトキシシラン、エチルジエトキシシラン、ジ
メチルメトキシシラン、ジイソプロピルイソプロポキシ
シラン、メチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキ
シシラン、ｎ−プロピルトリｎ−プロポキシシラン、ブ
チルトリブトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、
ジエチルジエトキシシラン、ジイソプロピルジイソプロ
ポキシシラン、ジブチルジブトキシシラン、トリメチル
メトキシシラン、トリエチルエトキシラン、トリｎ−プ
ロピルｎ−プロポキシシラン、トリブチルブトキシシラ
ン、フェニルトリメトキシラン、ジフェニルジエトキシ
シラン、トリフェニルメトキシシラン等の（アルキル）
アルコキシシラン、３−イソシアネートプロピルトリエ
トキシシラン、２−イソシアネートエチルトリｎ−プロ
ポキシシラン、３−イソシアネートプロピルメチルジメ
トキシシラン、２−イソシアネートエチルエチルジブト
キシシラン、３−イソシアネートプロピルジメチルイソ
プロポキシシラン、２−イソシアネートエチルジエチル
ブトキシシラン、ジ（３−イソシアネートプロピル）ジ
エトキシシラン、ジ（３−イソシアネートプロピル）メ
チルエトキシシラン、エトキシシラントリイソシアネー
ト等のイソシアネート基を有する（アルキル）アルコキ
シシラン ３−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、３−グ
リシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、３−グリ
シドキシプロピルジメチルエトキシシラン、２−（３，
４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラ
ン、３，４−エポキシブチルトリメトキシシラン等のエ
ポキシ基を有する（アルキル）アルコキシシラン カルボキシメチルトリエトキシシラン、カルボキシメチ
ルエチルジエトキシシラン、カルボキシエチルジメチル
メトキシシラン等のカルボキシル基を有する（アルキ
ル）アルコキシシラン ３−（トリエトキシシリル）−２−メチルプロピルコハ
ク酸無水物等の酸無水物基を有するアルコキシシラン ２−（４−クロロスルフォニルフェニル）エチルトリエ
トキシシラン等の酸ハロゲン化物基を有するアルコキシ
シラン ３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプ
ロピルトリエトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）
−３−アミノプロピルトリエトキシシラン Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルメチル
ジメトキシシラン Ｎ−フェニル−３−アミノプロピルトリメトキシシラン
等のアミノ基を有する（アルキル）アルコキシシラン ３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、２−メル
カプトエチルトリエトキシシラン ３−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン等のチ
オール基を有する（アルキル）アルコキシシラン ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラ
ン、ビニルメチルジエトキシシラン等のビニル基を有す
る（アルキル）アルコキシシラン ３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−
メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、３−メタ
クリロキシピロピルメチルジメチルシラン等のメタクリ
ル基を有する（アルキル）アルコキシシラン トリエトキシフルオロシラン、３−クロロプロピルトリ
メトキシシラン、３−ブロモプロピルトリエトキシシラ
ン、２−クロロエチルメチルジメトキシシラン等のハロ
ゲン基を有する（アルキル）アルコキシシランを挙げる
ことができる。

【００４８】もちろんＳｉだけではなく、Ｔｉ、Ｚｒ、
Ｆｅ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｇｅ、Ｃｅ、ＴａやＷ等
の他の金属においても同様の化合物を例示することがで
きる。

【００４９】これらの金属アルコキシド化合物（Ｂ）は
１種類だけでも良く、２種以上を併用しても良い。ま
た、Ｍｇ［Ａｌ（iso-ＯＣ₃Ｈ₇）₄］₂、Ｂａ［Ｚｒ
₂（ＯＣ₂Ｈ ₅）₉］₂、（Ｃ₃Ｈ₇Ｏ）₂Ｚｒ［Ａｌ（ＯＣ₃
Ｈ₇）₄］₂等の１分子内に２種以上の金属元素が含まれ
ているような金属アルコキシド化合物やテトラメトキシ
シランオリゴマーやテトラエトキシシランオリゴマー等
の１分子内に２個以上の繰り返し単位を有するオリゴマ
ータイプの金属アルコキシド化合物を用いても良い。ま
た、アルコキシ基がアセトキシ基やアセチルアセトキシ
基であっても良い。

【００５０】ゾルーゲル法による加水分解、重縮合と
は、金属アルコキシド化合物あるいは金属アルコキシ基
を有する重合体を水と反応させることでアルコキシ基を
水酸基に変換し、次いでこの水酸基を同時進行的に重縮
合させることによりヒドロキシ金属基（金属水酸化物
基、例えば−ＳｉＯＨ）を有する化合物あるいは重合体
が脱水反応あるいは隣接した分子と脱アルコール反応を
生じ、無機的な共有結合を介して３次元的に架橋する反
応を言う。この際、重縮合反応はふたつのヒドロキシ金
属基の脱水反応が最も起こりやすいが、それだけではな
く、他の水酸基やアミノ基、カルボキシル基等の活性水
素を有する官能基とも起こりうる。

【００５１】加水分解反応に用いられる水は、全てのア
ルコキシ基を水酸基に変換するために必要な量を添加し
ても良いし、反応系中の水分を利用したり、大気中の水
分を吸湿させて行っても良い。反応条件としては、室温
〜１００℃で０．５〜２４時間程度が望ましい。またそ
の際、塩酸、硫酸、酢酸、ベンゼンスルホン酸、ｐ−ト
ルエンスルホン酸等の酸性触媒や水酸化ナトリウム、水
酸化カリウム、アンモニア、トリエチルアミン、ピペリ
ジン、１，８−ジアザビシクロ［５，４，０］−７−ウ
ンデセン（ＤＢＵ）等の塩基性触媒を用いても良い。

【００５２】更に縮合反応を進め、架橋をより強固なも
のとしたい場合には、その後５０〜５００℃で５分〜４
８時間程度、熱処理を行う。

【００５３】ゾルーゲル反応に用いられる溶媒を具体的
に例示すれば、ベンゼン、トルエン、ｎ−ヘキサン等の
炭化水素系溶剤、クロロホルム、ジクロロメタン、ジク
ロロエタン、クロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素系
溶剤、テトラヒドロフラン、１，４−ジオキサン、１，
３−ジオキサン、ジエチルエーテル、ジブチルエーテル
等のエーテル系溶剤、アセトン、メチルエチルケトン、
シクロヘキサノン等のケトン系溶剤、酢酸エチル、酢酸
ブチル等のエステル系溶剤、メタノール、エタノール、
ｎ−プロパノール、イソプロパノール等のアルコール系
溶剤および上記した溶剤の混合溶剤が挙げられるが、こ
れらに限定されるものではない。一般的にはアルコール
系溶剤のような極性溶剤が用いられることが多い。

【００５４】その他の製造例としては、第１の有機重合
体（Ａ）と金属アルコキシド化合物（Ｂ）をブラベンダ
ー等の混合機で加熱しながら混合する方法が挙げられ
る。混合時の温度は第１の有機重合体（Ａ）の成形温度
あるいは軟化および溶融する温度が望ましい。具体的に
は１００〜４５０℃、より好ましくは１５０〜３００℃
程度である。このような温度下では、第１の有機重合体
（Ａ）および金属アルコキシド化合物（Ｂ）の金属アル
コキシ基はゾルーゲル反応を用いた場合と同様の反応を
生じ、最終的には無機的な共有結合を介して３次元的に
架橋する。混合時間は１〜６０分程度が望ましい。ま
た、ゾルーゲル反応で用いるような酸性触媒や塩基性触
媒を添加しても良い。

【００５５】本発明における加水分解、重縮合過程で
は、第１の有機重合体（Ａ）と金属アルコキシド化合物
（Ｂ）を溶媒中であらかじめ混合溶解した後、ゾルーゲ
ル反応を行っても良いし、先にどちらか一方の成分、好
ましくは金属アルコキシド化合物（Ｂ）を加水分解した
後、他方を添加し、続けて加水分解を行っても良い。

【００５６】混合機を用いた方法でも同様であり、第１
の有機重合体（Ａ）と金属アルコキシド化合物（Ｂ）を
あらかじめ混合した後、処理しても良いし、先にどちら
か一方の成分、好ましくは金属アルコキシド化合物
（Ｂ）を投入した後、他方を添加して処理を行っても良
い。このような方法で作製した改質された金属酸化物粒
子（Ｄ）は、金属酸化物の表面に有機重合体が共有結合
している。

【００５７】第１の有機重合体（Ａ）と金属アルコキシ
ド化合物（Ｂ）との重量比は１０：９０〜９９：１、好
ましくは３０：７０〜９０：１０、より好ましくは５
０：５０〜９０：１０である。第１の有機重合体（Ａ）
の使用量が少なすぎると金属酸化物表面への結合が不充
分となるために材料の特性が低下する可能性がある。ま
た、金属アルコキシド化合物（Ｂ）の使用量が少なすぎ
ると材料への特性付与が行えなくなる可能性がある。

【００５８】また、金属アルコキシド化合物（Ｂ）の代
わりに粒子表面に水酸基（金属水酸化物基）を有する金
属酸化物粒子（Ｃ）を用いても良い。一般に金属酸化物
の表面に存在する水酸基（金属水酸化物基）は活性であ
るため、加熱等の処理を行うことにより第１の有機重合
体（Ａ）中の官能基と容易に縮合反応を生じ、共有結合
を形成することができる。

【００５９】有機−無機複合材料（Ｆ） 本発明における有機−無機複合材料（Ｆ）は、金属アル
コキシド化合物（Ｂ）や金属酸化物粒子（Ｃ）と反応可
能な官能基を分子内に少なくとも１個有する第１の有機
重合体（Ａ）を界面改質剤として用い、金属酸化物粒子
（Ｃ）の表面に第１の有機重合体（Ａ）が共有結合を
し、改質された金属酸化物粒子（Ｄ）を提供し、これを
マトリックスとなる第２の有機重合体（Ｅ）中に均一に
微分散させることにより得ることができる。

【００６０】第１の有機重合体（Ａ）と金属アルコキシ
ド化合物（Ｂ）あるいは金属酸化物粒子（Ｃ）との重量
比は１０：９０〜９９：１、好ましくは３０：７０〜９
０：１０、より好ましくは５０：５０〜９０：１０であ
る。第１の有機重合体（Ａ）の使用量が少なすぎると金
属酸化物表面への結合が不充分となるために材料の特性
が低下する可能性がある。また、金属アルコキシド化合
物（Ｂ）や金属酸化物粒子（Ｃ）の使用量が少なすぎる
と材料への特性付与が行えなくなる可能性がある。

【００６１】改質された金属酸化物粒子（Ｄ）と第２の
有機重合体（Ｅ）の重量比には特に制限はないが、コス
ト面を考慮すると第２の有機重合体（Ｅ）の含有率は５
０％以上、更には７０％以上であることが好ましい。ま
た、材料への特性付与という点を考慮すると改質された
金属酸化物粒子（Ｄ）の含有率は、５％以上、より好ま
しくは１０％以上である。

【００６２】また、第１の有機重合体（Ａ）および第２
の有機重合体（Ｅ）の総量と、金属酸化物粒子（Ｃ）お
よび金属アルコキシド化合物（Ｂ）の総量との重量比は
９９：１〜３０：７０であることが好ましい。

【００６３】有機−無機複合材料（Ｆ）の製造方法の具
体例を挙げれば、例えばまず金属アルコキシド化合物
（Ｂ）およびその金属アルコキシド化合物と反応可能な
官能基を分子内に少なくとも１個有する第１の有機重合
体（Ａ）の混合組成物を溶液中でゾルーゲル法によって
加水分解、重縮合することにより、金属酸化物の表面に
有機重合体が共有結合した改質された金属酸化物粒子
（Ｄ）を作製する。

【００６４】次にこの溶液中に材料のマトリックスとな
る第２の有機重合体（Ｅ）を投入し、よく混合すること
によって有機−無機複合材料（Ｆ）を得る方法が挙げら
れる。

【００６５】他の方法としては、第１の有機重合体
（Ａ）と金属アルコキシド化合物（Ｂ）をブラベンダー
等の混合機で加熱混合することによって反応させ、改質
された金属酸化物粒子（Ｄ）を作製し、その後、混合機
中にマトリックスとなる第２の有機重合体（Ｅ）を投入
し、加熱しながらよく混合することによって有機−無機
複合材料（Ｆ）を得る方法が挙げられる。

【００６６】また、金属アルコキシド化合物（Ｂ）の代
わりに金属酸化物粒子（Ｃ）を用いても有機−無機複合
材料（Ｆ）を得ることができる。

【００６７】もちろん、第１の有機重合体（Ａ）と金属
アルコキシド化合物（Ｂ）や金属酸化物粒子（Ｃ）から
あらかじめ作製した改質された金属酸化物粒子（Ｄ）を
後で第２の有機重合体（Ｅ）と混合することによって有
機−無機複合材料（Ｆ）を作製しても構わない。有機−
無機複合材料（Ｆ）を作製するためのより具体的な方法
を以下に例示する。

【００６８】（１）金属アルコキシド化合物およびその
金属アルコキシド化合物と反応可能な官能基を有する第
１の有機重合体を有機溶剤に溶解する工程； （２）酸性触媒または塩基性触媒を含む水溶液を加え、
金属アルコキシド化合物および有機重合体中の官能基を
加水分解および重縮合させて、第１の有機重合体で改質
された金属酸化物粒子を提供する工程； （３）第１の有機重合体で改質された金属酸化物粒子
を、第２の有機重合体を溶解した有機溶液中に均一に微
分散させる工程；および （４）乾燥または加熱して溶剤を除去する工程；を包含
する方法。

【００６９】（１）金属アルコキシド化合物を溶解した
有機溶剤に酸性触媒または塩基性触媒を含む水溶液を加
え、金属アルコキシド化合物を加水分解および部分的に
重縮合させて金属酸化物粒子を提供する工程； （２）この金属酸化物粒子を金属酸化物粒子の表面と結
合可能な官能基を有する第１の有機重合体を溶解した有
機溶剤と混合する工程； （３）酸性触媒または塩基性触媒を含む水溶液を加え、
金属酸化物粒子の表面および有機重合体中の官能基を加
水分解および重縮合させて、第１の有機重合体で改質さ
れた金属酸化物粒子を提供する工程； （４）第１の有機重合体で改質された金属酸化物粒子
を、第２の有機重合体を溶解した有機溶剤中に均一に微
分散させる工程；および （５）乾燥または加熱して溶剤を除去する工程；を包含
する方法。

【００７０】（１）金属アルコキシド化合物と上記金属
アルコキシド化合物と反応可能な官能基を有する第１の
有機重合体とを加熱式混合装置で混合および加熱して、
第１の有機重合体で改質された金属酸化物粒子を提供す
る工程；及び （２）更に第２の有機重合体を添加し、混合および加熱
する工程；を包含する方法。

【００７１】（１）表面に水酸基（金属水酸化物基）を
有する金属酸化物粒子を提供する工程； （２）上記金属酸化物粒子と、水酸基（金属水酸化物
基）と反応可能な官能基を有する第１の有機重合体と
を、有機溶剤中で混合して、第１の有機重合体で改質さ
れた金属酸化物粒子を提供する工程； （３）第１の有機重合体で改質された金属酸化物粒子を
第２の有機重合体を溶解した有機溶剤中に均一に微分散
させる工程；および （４）乾燥または加熱して溶剤を除去する工程；を包含
する方法。

【００７２】（１）表面に水酸基（金属水酸化物基）を
有する金属酸化物粒子を提供する工程； （２）上記金属酸化物粒子と、水酸基（金属水酸化物
基）と反応可能な官能基を有する第１の有機重合体と
を、有機溶剤中で混合して、第１の有機重合体で改質さ
れた金属酸化物粒子を提供する工程； （３）第１の有機重合体で改質された金属酸化物粒子と
第２の有機重合体とを加熱式混合装置を使用して、混合
および加熱する工程；を包含する方法。

【００７３】（１）表面に水酸基（金属水酸化物基）を
有する金属酸化物粒子を提供する工程； （２）粒子表面に水酸基（金属水酸化物基）を有する金
属酸化物と水酸基（金属水酸化物基）と反応可能な官能
基を有する第１の有機重合体とを加熱式混合装置で混合
及び加熱して、第１の有機重合体で改質された金属酸化
物粒子を提供する工程；及び （３）更に第２の有機重合体を添加し、混合および加熱
する工程；を包含する方法。

【００７４】このような方法で作製した有機−無機複合
材料は有機重合体と共有結合した金属酸化物粒子が有機
重合体中に均一かつ微細に分散した高性能、高機能な材
料となる。

【００７５】更に本発明の有機−無機複合材料は、中間
生成物である改質された金属酸化物粒子（Ｄ）の製造工
程からブラベンダー等の混合機や射出成形、押出成形等
の一般の成形加工機を使用することが可能であり、より
実用的である。その形態は塗膜の他、糸、フィルム、球
状、ブロック等の各種形状の成形体であるものを含む。

【００７６】本発明における全ての工程において強度、
硬度、耐候性、耐薬品性、難燃性、帯電防止性等の機能
を向上または新たに付与する目的で無機物含有量や重合
体間の架橋密度を調整するためにＳｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｆ
ｅ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｇｅ、Ｃｅ、Ｔａ、Ｗ等の
金属、金属酸化物、金属錯体、無機塩等を共存させても
良い。また、ゲル化、乾燥、熱処理の際に生じる可能性
があるクラックを抑制するためにホルムアミドやジメチ
ルホルムアミド、ジオキサン、シュウ酸等を乾燥抑制剤
として加えても良いし、添加物としてアセチルアセトン
等を加えても良い。

【００７７】本発明の有機−無機複合材料には、無機材
料が有する機械的強度、耐熱性、耐候性、表面硬度、剛
性、耐水性、耐薬品性、耐汚染性、難燃性等の特性が有
機重合体に良好に付与されている。言い換えれば、有機
重合体が有する耐衝撃性、柔軟性、加工性および軽量性
等の特性が無機材料に良好に付与されている。

【００７８】

【発明の効果】本発明により高性能および高機能プラス
チック材料、プラスチック成形品もしくはフィルム、シ
ーリング材、接着剤・塗料用バインダー、構造材料、光
学材料、樹脂添加物、表面改質材、ハードコート材、電
気・電子材料、医療材料または充填剤等に用いるのに適
する有機−無機複合材料が提供される。

【００７９】

【実施例】以下の実施例により本発明を更に詳細に説明
するが、本発明はこれらに限定されない。

【００８０】合成例１ 数平均分子量３９００、および水酸基当量１．８のポリ
カーボネートジオール７０．０ｇをクロロホルム５００
ｍＬに溶解させ、その後この溶液に３−イソシアネート
プロピルトリエトキシシラン１３．３ｇを添加し、還流
下で１０時間加熱した後、室温に冷却した。この反応液
をメタノール７Ｌ中に滴下し、生成物を析出させた。析
出物をろ別し、メタノールで洗浄した後、減圧乾燥した
（収率９７％）。

【００８１】¹Ｈ−ＮＭＲ測定により得られた生成物は
両末端にアルコキシシリル基が導入された両末端トリエ
トキシシリル化ポリカーボネート（ＰＣＳ）であること
を確認した。この生成物のアルコキシシリル基当量は
１．８であった。またＧＰＣの結果、この生成物の数平
均分子量は４４００であった。

【００８２】合成例２ 数平均分子量５２００、および水酸基当量１．７のポリ
サルホンジオール２６．０ｇをクロロホルム３００ｍＬ
に溶解し、その後この溶液に３−イソシアネートプロピ
ルトリエトキシシラン３．５ｇを添加し、還流下で１１
時間加熱した後、室温に冷却した。この反応液をメタノ
ール３Ｌ中に滴下し、生成物を析出させた。析出物をろ
別し、メタノールで洗浄した後、減圧乾燥した（収率９
６％）。

【００８３】¹Ｈ−ＮＭＲ測定より得られた生成物は両
末端にアルコキシシリル基が導入された両末端トリエト
キシシリル化ポリサルホン（ＰＳＳ）であることを確認
した。この生成物のアルコキシシリル基当量は１．７で
あった。またＧＰＣの結果、この生成物の数平均分子量
は６０００であった。

【００８４】合成例３ 数平均分子量６１００、および水酸基当量１．６のポリ
アリレートジオール３０．５ｇをクロロホルム３００ｍ
Ｌに溶解し、その後この溶液に３−イソシアネートプロ
ピルトリエトキシシラン３．２ｇを添加し、還流下で１
５時間加熱した後、室温に冷却した。この反応液をメタ
ノール３Ｌ中に滴下し、生成物を析出させた。析出物を
ろ別し、メタノールで洗浄した後、減圧乾燥した（収率
９６％）。

【００８５】¹Ｈ−ＮＭＲ測定より得られた生成物は両
末端にアルコキシシリル基が導入された両末端トリエト
キシシリル化ポリアリレート（ＰＡＳ）であることを確
認した。この生成物のアルコキシシリル基当量は１．６
であった。またＧＰＣの結果、この生成物の数平均分子
量は６７００であった。

【００８６】実施例１ 合成例１で作製した数平均分子量４４００のＰＣＳ０．
４０ｇとテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）０．２０ｇ
をテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）１０ｍｌに溶解した
後、１Ｎ−塩酸水０．１０ｇを添加し、１時間強撹拌を
行った。この溶液を数平均分子量３６０００の三菱エン
ジニアリングプラスチックス製のポリカーボネート樹脂
「Ｉｕｐｉｌｏｎ」２．００ｇをジクロロメタン４０ｍ
ｌに溶解した溶液に徐々に滴下し、更に１時間撹拌を行
った。

【００８７】得られた溶液をスピンコーターを用いてポ
リアミド基板（厚さ２ｍｍ）上にコーティングして、シ
リカ／ポリカーボネート系コーティングフィルムを得
た。また、溶液をバット上にキャストして溶剤分を蒸発
させ、透明なシリカ／ポリカーボネート系フィルムを得
た。

【００８８】実施例２ ＴＥＯＳ１．００ｇをＴＨＦ１０ｍｌに溶解した後、１
Ｎ−塩酸水０．３５ｇを添加し、１０分間強撹拌を行っ
た。この溶液を合成例１で作製した数平均分子量４４０
０のＰＣＳ１．００ｇをＴＨＦ２０ｍｌに溶解した溶液
に徐々に滴下し、１Ｎ−塩酸水０．０５ｇを添加した
後、１時間強撹拌を行った。この溶液を数平均分子量２
４０００のポリカーボネート樹脂２．００ｇをＴＨＦ４
０ｍｌに溶解した溶液に徐々に滴下し、更に１時間撹拌
を行った。

【００８９】得られた溶液をスピンコーターを用いてポ
リアミド基板（厚さ２ｍｍ）上にコーティングして、シ
リカ／ポリカーボネート系コーティングフィルムを得
た。また、溶液をバット上にキャストして溶剤分を蒸発
させ、良好なシリカ／ポリカーボネート系フィルムを得
た。

【００９０】実施例３ ＴＥＯＳ２．００ｇをＴＨＦ２０ｍｌに溶解した後、１
Ｎ−塩酸水０．７０ｇを添加し、１０分間強撹拌を行っ
た。この溶液を合成例１で作製した数平均分子量４４０
０のＰＣＳ２．００ｇをＴＨＦ４０ｍｌに溶解した溶液
に徐々に滴下し、１Ｎ−塩酸水０．１０ｇを添加した
後、１時間強撹拌を行った。この溶液を数平均分子量３
６０００のポリカーボネート樹脂２．００ｇをジクロロ
メタン４０ｍｌに溶解した溶液に徐々に滴下し、更に１
時間撹拌を行った。

【００９１】得られた溶液をスピンコーターを用いてポ
リアミド基板（厚さ２ｍｍ）上にコーティングして、シ
リカ／ポリカーボネート系コーティングフィルムを得
た。また、溶液をバット上にキャストして溶剤分を蒸発
させ、良好なシリカ／ポリカーボネート系フィルムを得
た。

【００９２】実施例４ 合成例２で作製した数平均分子量６０００のＰＳＳ０．
４０ｇと三菱化学製テトラメトキシシランオリゴマーＭ
ＫＣシリケートＭＳ−５６（ＴＭＯＳ）０．２０ｇをＴ
ＨＦ１０ｍｌに溶解した後、１Ｎ−塩酸水０．１０ｇを
添加し、１時間強撹拌を行った。この溶液を数平均分子
量２２０００のアルドリッチ製のポリサルホン樹脂２．
００ｇをクロロホルム４０ｍｌに溶解した溶液に徐々に
滴下し、更に１時間撹拌を行った。

【００９３】得られた溶液をスピンコーターを用いてポ
リアミド基板（厚さ２ｍｍ）上にコーティングして、シ
リカ／ポリサルホン系コーティングフィルムを得た。ま
た、溶液をバット上にキャストして溶剤分を蒸発させ、
透明なシリカ／ポリサルホン系フィルムを得た。

【００９４】実施例５ ＴＭＯＳ２．００ｇをＴＨＦ２０ｍｌに溶解した後、１
Ｎ−塩酸水０．７２ｇを添加し、１０分間強撹拌を行っ
た。この溶液を合成例２で作製した数平均分子量６００
０のＰＳＳ２．００ｇをＴＨＦ４０ｍｌに溶解した溶液
に徐々に滴下し、１Ｎ−塩酸水０．０７ｇを添加した
後、１時間強撹拌を行った。この溶液を数平均分子量２
２０００のポリサルホン樹脂２．００ｇをクロロホルム
４０ｍｌに溶解した溶液に徐々に滴下し、更に１時間撹
拌を行った。

【００９５】得られた溶液をスピンコーターを用いてポ
リアミド基板（厚さ２ｍｍ）上にコーティングして、シ
リカ／ポリサルホン系コーティングフィルムを得た。ま
た、溶液をバット上にキャストして溶剤分を蒸発させ、
良好なシリカ／ポリサルホン系フィルムを得た。

【００９６】実施例６ 合成例３で作製した数平均分子量６７００のＰＡＳ０．
４０ｇとＴＭＯＳ０．２０ｇをＴＨＦ１０ｍｌに溶解し
た後、１Ｎ−塩酸水０．１０ｇを添加し、１時間強撹拌
を行った。この溶液をユニチカ製のポリアリレート樹脂
「Ｕ−ポリマー」２．００ｇをジクロロメタン４０ｍｌ
に溶解した溶液に徐々に滴下し、更に１時間撹拌を行っ
た。

【００９７】得られた溶液をスピンコーターを用いてポ
リアミド基板（厚さ２ｍｍ）上にコーティングして、シ
リカ／ポリアリレート系コーティングフィルムを得た。
また、溶液をバット上にキャストして溶剤分を蒸発さ
せ、透明なシリカ／ポリアリレート系フィルムを得た。

【００９８】実施例７ ＴＭＯＳ２．００ｇをＴＨＦ２０ｍｌに溶解した後、１
Ｎ−塩酸水０．７２ｇを添加し、１０分間強撹拌を行っ
た。この溶液を合成例３で作製した数平均分子量６７０
０のＰＡＳ２．００ｇをＴＨＦ４０ｍｌに溶解した溶液
に徐々に滴下し、１Ｎ−塩酸水０．０６ｇを添加した
後、１時間強撹拌を行った。この溶液をポリアリレート
樹脂２．００ｇをジクロロメタン４０ｍｌに溶解した溶
液に徐々に滴下し、更に１時間撹拌を行った。

【００９９】得られた溶液をスピンコーターを用いてポ
リアミド基板（厚さ２ｍｍ）上にコーティングして、シ
リカ／ポリアリレート系コーティングフィルムを得た。
また、溶液をバット上にキャストして溶剤分を蒸発さ
せ、良好なシリカ／ポリアリレート系フィルムを得た。

【０１００】実施例８ 合成例１で作製した数平均分子量４４００のＰＣＳ１
５．０ｇとＴＥＯＳ１５．０ｇの混合物をハーケ製ブラ
ベンダーＨＢＩシステム９０型に投入し、２００℃で１
０分間混合した。次に数平均分子量３６０００のポリカ
ーボネート樹脂２０．０ｇを添加し、２８０℃で更に１
０分間混合することによりシリカ／ポリカーボネート系
複合材料を得た。

【０１０１】実施例９ 合成例２で作製した数平均分子量６０００のＰＳＳ１
５．０ｇとＴＭＯＳ１５．０ｇの混合物をハーケ製ブラ
ベンダーＨＢＩシステム９０型に投入し、２２０℃で１
０分間混合した。次に数平均分子量２２０００のポリサ
ルホン樹脂２０．０ｇを添加し、３３０℃で更に１０分
間混合することによりシリカ／ポリサルホン系複合材料
を得た。

【０１０２】実施例１０ 合成例１で作製した数平均分子量４４００のＰＣＳ１．
１ｇ、アルドリッチ製のシリカ(fumed)３．０ｇ、トル
エン１００ｍＬを２００ｍＬ容フラスコに投入し、撹拌
を行いながら、還流下で２４時間処理した。その後、ト
ルエンを留去し、４．２ｇの白色物を得た。この白色物
０．２ｇを数平均分子量２４０００のポリカーボネート
樹脂３．０ｇをジクロロメタン６０ｍＬに溶解した溶液
に添加し、３０分間撹拌を行った。

【０１０３】得られた溶液をスピンコーターを用いてポ
リアミド基板（厚さ２ｍｍ）上にコーティングして、シ
リカ／ポリカーボネート系コーティングフィルムを得
た。また、溶液をバット上にキャストして溶剤分を蒸発
させ、良好なシリカ／ポリカーボネート系フィルムを得
た。

【０１０４】実施例１１ 合成例１で作製した数平均分子量４４００のＰＣＳ１．
１ｇ、チタン工業製の超微粒子酸化チタンＳＴ−３００
（粒子径０．０５μm以下）４．０ｇ、トルエン１００
ｍＬを２００ｍＬ容フラスコに投入し、撹拌を行いなが
ら、還流下で２４時間処理した。その後、トルエンを留
去し、５．１ｇの白色物を得た。この白色物０．２ｇを
数平均分子量２４０００のポリカーボネート樹脂３．０
ｇをジクロロメタン６０ｍＬに溶解した溶液に添加し、
３０分間撹拌を行った。

【０１０５】得られた溶液をスピンコーターを用いてポ
リアミド基板（厚さ２ｍｍ）上にコーティングして、チ
タニア／ポリカーボネート系コーティングフィルムを得
た。また、溶液をバット上にキャストして溶剤分を蒸発
させ、良好なチタニア／ポリカーボネート系フィルムを
得た。

【０１０６】実施例１２ 合成例１で作製した数平均分子量４４００のＰＣＳ１
１．０ｇ、アルドリッチ製のシリカ(fumed) ３０．０
ｇをハーケ製ブラベンダーＨＢＩシステム９０型に投入
し、２００℃で１０分間混合した後、取り出して４０．
５ｇの白色物を得た。次にこの白色物２．７ｇと数平均
分子量２４０００のポリカーボネート樹脂４０．０ｇを
再度、ブラベンダーに投入し、２８０℃で１０分間混合
することによりシリカ／ポリカーボネート系複合材料を
得た。

【０１０７】実施例１３ 合成例１で作製した数平均分子量４４００のＰＣＳ１
１．０ｇ、チタン工業製の超微粒子酸化チタンＳＴ−３
００（粒子径０．０５μm以下）４０．０ｇをハーケ製
ブラベンダーＨＢＩシステム９０型に投入し、２００℃
で１０分間混合した後、取り出して５０．６ｇの白色物
を得た。次にこの白色物２．７ｇと数平均分子量２４０
００のポリカーボネート樹脂４０．０ｇを再度、ブラベ
ンダーに投入し、２８０℃で１０分間混合することによ
りチタニア／ポリカーボネート系複合材料を得た。

【０１０８】実施例１４ 実施例１０においてＰＣＳとシリカを処理することによ
り得られた白色物３．０ｇと数平均分子量３６０００の
ポリカーボネート樹脂４０．０ｇをハーケ製ブラベンダ
ーＨＢＩシステム９０型に投入し、２８０℃で１０分間
混合することによりシリカ／ポリカーボネート系複合材
料を得た。

【０１０９】実施例１５ 実施例１１においてＰＣＳと酸化チタンを処理すること
により得られた白色物３．０ｇと数平均分子量３６００
０のポリカーボネート樹脂４０．０ｇをハーケ製ブラベ
ンダーＨＢＩシステム９０型に投入し、２８０℃で１０
分間混合することによりチタニア／ポリカーボネート系
複合材料を得た。

【０１１０】比較例１ ＴＥＯＳ１．００ｇをＴＨＦ１０ｍｌに溶解した後、１
Ｎ−塩酸水０．３５ｇを添加し、１０分間強撹拌を行っ
た。この溶液を数平均分子量３６０００のポリカーボネ
ート樹脂２．００ｇをＴＨＦ４０ｍｌに溶解した溶液に
徐々に滴下し、更に１時間撹拌を行った。

【０１１１】得られた溶液をバット上にキャストして溶
剤分を蒸発させ、白色でもろいシリカ／ポリカーボネー
ト系フィルムを得た。

【０１１２】比較例２ ＴＭＯＳ１．００ｇをＴＨＦ１０ｍｌに溶解した後、１
Ｎ−塩酸水０．３６ｇを添加し、１０分間強撹拌を行っ
た。この溶液を数平均分子量２２０００のポリサルホン
樹脂２．００ｇをクロロホルム４０ｍｌに溶解した溶液
に徐々に滴下し、更に１時間撹拌を行った。

【０１１３】得られた溶液をバット上にキャストして溶
剤分を蒸発させ、白色でもろいシリカ／ポリサルホン系
フィルムを得た。

【０１１４】比較例３ ＴＭＯＳ１．００ｇをＴＨＦ１０ｍｌに溶解した後、１
Ｎ−塩酸水０．３６ｇを添加し、１０分間強撹拌を行っ
た。この溶液をポリアリレート樹脂２．００ｇをジクロ
ロメタン４０ｍｌに溶解した溶液に徐々に滴下し、更に
１時間撹拌を行った。

【０１１５】得られた溶液をバット上にキャストして溶
剤分を蒸発させ、白色でもろいシリカ／ポリアリレート
系フィルムを得た。

【０１１６】走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察 実施例１〜７および比較例１〜３で得られたフィルムの
断面のＳＥＭ観察を行った。装置は日本電子製のＪＳＭ
−５８００ＬＶＣ型を用いた。

【０１１７】その結果、比較例１で得られたシリカ／ポ
リカーボネート系フィルム、比較例２で得られたシリカ
／ポリサルホン系フィルムおよび比較例３で得られたシ
リカ／ポリアリレート系フィルムでは、シリカ成分と有
機重合体成分のマクロ相分離に伴う数μｍ〜１０μｍ以
上のサイズの空孔が無数に観察され、隙間だらけの内部
構造であった。

【０１１８】これに対して、実施例１〜３で得られた本
発明のシリカ／ポリカーボネート系フィルム、実施例４
と５で得られたシリカ／ポリサルホン系フィルムおよび
実施例６と７で得られたシリカ／ポリアリレート系フィ
ルムでは、２成分のマクロな相分離は観られず、均一な
内部構造であった。

【０１１９】比較例１のシリカ／ポリカーボネート系フ
ィルムのＳＥＭ写真を図１に、実施例２のシリカ／ポリ
カーボネート系フィルムのＳＥＭ写真を図２に示した。

【０１２０】また、元素分析を用いてフィルム内部にお
けるＳｉ元素の面分析を行ったところ、実施例１〜７の
全てのフィルムでＳｉ元素が均一に分布していた。

【０１２１】これらの結果より、本発明の有機−無機複
合材料では金属酸化物が有機重合体中に均一かつ微細に
分散していることが確認された。

【０１２２】表面硬度測定 実施例１〜７、１０、１１で得られたポリアミド基板上
へのコーティングフィルムを用いて、鉛筆硬度による表
面硬度測定を行った。測定に際しては、熱風乾燥器を用
いて１２０℃で６時間の熱処理を行い、その後、２３
℃、湿度５０％の恒温室内で４８時間状態調整した後、
測定に用いた。

【０１２３】測定は鉛筆引っかき試験（ＪＩＳ Ｋ ５
４００）を参考にして行い、装置はヘイドン製のＰｅｅ
ｌｉｎｇ／Ｓｌｉｐｐｉｎｇ／Ｓｃｒａｔｃｈｉｎｇ
Ｔｅｓｔｅｒ ＨＥＩＤＯＮ−１４型、鉛筆は三菱鉛筆
製のｕｎｉ鉛筆を用いた。測定条件は試料台の移動速度
３０ｍｍ／分、荷重１．００ｋｇとした。測定結果を表
１に示した。

【０１２４】

【表１】表面硬度

【０１２５】市販のポリカーボネート樹脂より作製した
フィルムと比較して、本発明のシリカ／ポリカーボネー
ト系フィルムの鉛筆硬度は向上した。また、シリカ／ポ
リサルホン系フィルムおよびシリカ／ポリアリレート系
フィルムについても同様の結果であり、本発明の有機−
無機複合材料は、優れた表面硬度を示した。

【０１２６】引張試験 実施例８で得られたシリカ／ポリカーボネート系複合材
料と実施例９で得られたシリカ／ポリサルホン系複合材
料を小型射出成形機を用いて２８０〜３５０℃で加工
し、ダンベル型の試験片（長２０ｍｍ×径５ｍｍ）を作
製した。得られた試験片は２３℃、湿度５０％の恒温室
内で４８時間状態調整した後、試験に用いた。

【０１２７】試験はＪＩＳ Ｋ ７１１３および７１２
７を参考にして行い、島津製作所製オートグラフＤＳＳ
５０００を用いた。試験条件はロードセル１００ｋｇ・
ｆ、テストスピード１０ｍｍ／分とした。試験結果を表
２に示した。

【０１２８】

【表２】引張試験

【０１２９】市販のポリカーボネート樹脂を用いて作製
した試験片と比較して、本発明のシリカ／ポリカーボネ
ート系複合材料は引張強さと引張弾性率が大きく向上し
た。そして、引張伸びは小さくなった。また、シリカ／
ポリサルホン系複合材料についても同様の結果であり、
本発明の有機−無機複合材料は、市販のプラスチックよ
りも高い機械的強度を示した。

【０１３０】アイゾッド衝撃試験 実施例８で得られたシリカ／ポリカーボネート系複合材
料を小型射出成形機を用いて２８０〜３００℃で加工
し、ノッチ付の試験片（長２０ｍｍ×厚５ｍｍ）を作製
した。得られた試験片は２３℃、湿度５０％の恒温室内
で４８時間状態調整した後、試験に用いた。

【０１３１】試験はＪＩＳ Ｋ ７１１０を参考にして
行い、東洋精機製の衝撃試験機を用いた。試験結果を表
３に示した。

【０１３２】

【表３】アイゾッド衝撃試験

【０１３３】市販されている非強化およびガラス繊維充
填ポリカーボネート樹脂を用いて試験を行ったところ、
表３のように衝撃強さに大きな違いがみられた。本発明
のシリカ／ポリカーボネート系複合材料は、非強化のポ
リカーボネートほどではなかったが、ガラス繊維充填ポ
リカーボネートよりも明らかに優れた衝撃強さを示し
た。このことは、本発明のシリカ／ポリカーボネート系
複合材料中のシリカ成分の分散粒子径が、市販のガラス
繊維充填ポリカーボネート中のガラス繊維の分散粒子径
よりかなり小さいことを示しているものと考えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 比較例１のシリカ／ポリカーボネート系フィ
ルムのＳＥＭ写真である。

【図２】 実施例２のシリカ／ポリカーボネート系フィ
ルムのＳＥＭ写真である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０８Ｌ 81/06 Ｃ０８Ｌ 81/06 // Ｃ０９Ｄ 167/06 Ｃ０９Ｄ 167/06 169/00 169/00 181/06 181/06 (72)発明者 須方 一明 大阪府寝屋川市讃良東町８番１号 オリヱ ント化学工業株式会社内 (72)発明者 上利 泰幸 大阪府大阪市中央区東平１丁目１番53の 1001号 (72)発明者 島田 雅之 大阪府堺市高倉台３丁11番６号 Ｆターム(参考） 4J002 BB031 BB032 BB121 BB122 BC031 BC032 BD041 BD042 BG041 BG042 BG051 BG052 CB001 CB002 CC041 CC042 CC161 CC162 CC181 CC182 CD001 CD002 CE001 CE002 CF001 CF002 CF011 CF012 CF161 CF162 CG001 CG002 CH071 CH072 CH091 CH092 CL001 CL002 CL041 CL042 CM041 CM042 CN011 CN012 CN031 CN032 CP031 CP032 DE096 DE136 DJ016 FB086 FB096 FB166 GH01 GJ01 4J038 CB021 CB081 CB121 CC021 CD021 CG141 DA011 DA031 DA141 DA161 DB001 DD001 DD061 DD121 DE001 DF051 DJ021 DK001 DK011 DL031 GA02 GA03 GA06 GA09 HA216 HA446 KA09 KA20 MA14 NA04 NA11 PB02 PB04 PB05 PB07 PB09

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第２の有機重合体のマトリックスとその
   中に均一に微分散された金属酸化物粒子と該金属酸化物
   粒子を該第２の有機重合体の中に均一に微分散させるた
   めの界面改質剤とを含有する有機−無機複合材料におい
   て、該界面改質剤が該金属酸化物粒子の表面と結合可能
   な官能基を有する第１の有機重合体である有機−無機複
   合材料。
2. 【請求項２】 前記界面改質剤の官能基が金属酸化物の
   表面と結合している請求項１記載の有機−無機複合材
   料。
3. 【請求項３】 前記第２の有機重合体の主骨格が熱可塑
   性樹脂である請求項１記載の有機−無機複合材料。
4. 【請求項４】 前記第２の有機重合体の主骨格がポリカ
   ーボネート、ポリアリレート、又はポリサルホンである
   請求項１記載の有機−無機複合材料。
5. 【請求項５】 前記第２の有機重合体の数平均分子量が
   ５００〜１０００００である請求項１記載の有機−無機
   複合材料。
6. 【請求項６】 前記金属酸化物粒子が、金属アルコキシ
   ド化合物あるいはその低縮合物を加水分解および重縮合
   反応させることにより得られたものである請求項１記載
   の有機−無機複合材料。
7. 【請求項７】 前記金属酸化物粒子の金属元素がＳｉ、
   ＴｉおよびＺｒからなる群から選択される少なくとも１
   種である請求項１記載の有機−無機複合材料。
8. 【請求項８】 前記金属酸化物粒子の平均粒径が０．０
   ０１〜１μｍである請求項１記載の有機−無機複合材
   料。
9. 【請求項９】 前記金属酸化物粒子の表面と結合可能な
   官能基が金属アルコキシ基、水酸基、アミノ基、カルボ
   キシル基からなる群から選択される請求項１記載の有機
   −無機複合材料。
10. 【請求項１０】 前記金属酸化物粒子の表面と結合可能
    な官能基が金属アルコキシ基である請求項１記載の有機
    −無機複合材料。
11. 【請求項１１】 前記金属アルコキシ基の金属元素がＳ
    ｉ、ＴｉおよびＺｒからなる群から選択される少なくと
    も１種である請求項１０記載の有機−無機複合材料。
12. 【請求項１２】 前記第１の有機重合体の主骨格がポリ
    カーボネート、ポリアリレート、又はポリサルホンであ
    る請求項１記載の有機−無機複合材料。
13. 【請求項１３】 前記第１の有機重合体の数平均分子量
    が５００〜５００００である請求項１記載の有機−無機
    複合材料。
14. 【請求項１４】 （１）第１の有機重合体で改質された
    金属酸化物粒子であって、該金属酸化物粒子の表面に該
    金属酸化物粒子の表面と結合可能な官能基を有する第１
    の有機重合体が共有結合しているものを提供する工程；
    及び（２）第１の有機重合体で改質された金属酸化物粒
    子と第２の有機重合体とを混合して、この金属酸化物粒
    子を第２の有機重合体のマトリックス中に均一に微分散
    させる工程；を包含する、請求項１記載の有機−無機複
    合材料の製造方法。