JP2019518121A - 充填プラスチック材料 - Google Patents

Abstract

プラスチック材料を含み、さらに添加剤を５０〜９０重量％の含有量で含み、上記添加剤はケイ素化合物で処理された酸化亜鉛を含み、上記酸化亜鉛はケイ素化合物で処理される前の比表面積（ＢＥＴ）が０．５ｍ２／ｇ〜６ｍ２／ｇである組成物。

Description

本発明は、充填プラスチック材料に関する。

プラスチック材料は、様々な用途に広く用いられている材料である。プラスチック材料は、良好な成形性、絶縁性能、及び許容される強度を特徴とする。

プラスチック材料の特性を変化させるために、プラスチック材料を他の材料を用いて充填することは基本的に知られている。数多くの材料がこのために使用可能である。例えば、窒化ホウ素は、熱伝導率に影響を与えるために用いられ、プラスチック材料を窒化ホウ素で充填した場合、熱伝導率を二倍超に増加させることが可能である。上記伝導率を増加させるために用いられる充填材は、比較的大量に添加されるため、機械的特性、色、密度などへの影響に加えて、その価格が重要な役割を果たす。

特許文献１には、ネソケイ酸塩又は金属ケイ素を含有する熱伝導性プラスチック材料が記載されている。

特許文献２には、水溶液中における結晶成長によって得ることができる六角柱形状の酸化亜鉛、及びその使用、特にＵＶ遮蔽剤としての使用が記載されている。

充填剤の使用は、他の特性を実現するためにも知られており、例えば、機械的特性を改善するためにウォラストナイト及びマイカを使用することが知られている。

国際公開第２０１４／０９５９８４（Ａ１）号 欧州特許出願公開第２７０３３５１（Ａ１）号

本発明の目的は、プラスチック材料において望ましい特性を実現するための充填剤を提供することである。

この目的は、プラスチック材料を含み、更に添加剤を５０〜９０重量％の含有量で含む組成物によって実現され、ここで、上記添加剤は、ケイ素化合物で処理された酸化亜鉛を含む。

したがって、本発明によれば、プラスチック材料が添加剤と混合され、上記添加剤は、ケイ素化合物で処理された酸化亜鉛を含む。含有量は５０〜９０重量％であることが好適であり、含有量は６０〜８５重量％であることが好ましい。さらに、上記組成物は、組成物の残りの大部分を占めるプラスチック材料を含有する。プラスチック材料の量は、１０〜５０％の範囲内であることが好ましい。上記プラスチック材料に加えて、その他の補助剤（特に、着色剤、耐衝撃性改良剤など）も存在していてよい。

好ましくは、プラスチック材料は、ケイ素化合物で処理された酸化亜鉛を５０〜９０重量％の含有量で含有する。

好ましい実施形態では、上記含有量は、６０重量％以上、６５重量％以上、７０重量％以上、又は８０重量％以上である。上記含有量は、８５重量％以下であることが好ましい。

酸化亜鉛は、空気中で亜鉛を燃焼することによって得られる酸化亜鉛であることが好ましい。この方法は、フランス法又は間接法とも称される。

本発明によれば、上記酸化亜鉛は、六角柱形状の酸化亜鉛ではない。

上記酸化亜鉛は、水溶液中での結晶成長によって得られる酸化亜鉛ではないことが好ましい。

本発明の一実施形態では、ケイ素含有化合物はシランであり、特に、少なくとも１つの水素がハロゲン又はアルコキシ基によって置換されているシランである。

少なくとも１つの水素が、アルキル又は置換アルキルによって置き換えられていることがさらに好ましい。したがって、好ましい化合物としては、モノアルコキシアルキルシラン、ジアルコキシアルキルシラン、及びトリアルコキシアルキルシランが挙げられ、ここで上記アルキルは置換されていてもよい。好ましい置換基としては、アミノ基、ビニル基、エポキシ基、及びヒドロキシ基が挙げられる。特に好ましい化合物としては、トリエトキシシラン、トリメトキシシラン、並びに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、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、Ｎ−メチル−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、ポリシロキサン、ポリエーテルシロキサン、ポリアミノシロキサン、Ｈ−シロキサン、及びこれら化合物の加水分解物から成る群より選択されるケイ素化合物、並びにこれらの混合物が挙げられる。

好適なプラスチック材料としては、エラストマー、熱可塑性若しくは熱硬化性ポリマー、特に、ポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリオキシメチレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン、ポリブチレンテレフタレート、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、ポリウレタン、エポキシ樹脂、並びにこれらの混合物及びコポリマーから選択されるプラスチック材料が挙げられる。熱可塑性樹脂の使用が好ましい。

「コポリマー」という用語は、異なる化学骨格を有するプレポリマー又はモノマーが一緒に重合された変形種を含む。さらに、ターポリマーとも称される３種類以上の物質の混合も含まれる。一実施形態では、添加剤の組み合わせが用いられ、例えば、本発明に係る酸化亜鉛をネソケイ酸塩などの更なる無機材料と組み合わせる。

酸化亜鉛の好適な比表面積は、ＢＥＴ法によって測定される場合、０．５ｍ^２／ｇ〜６ｍ^２／ｇであり、３．０ｍ^２／ｇ〜６．０ｍ^２／ｇ又は１．０ｍ^２／ｇ〜５．０ｍ^２／ｇであることがより好ましい。

本発明はまた、添加剤の含有量が５０重量％〜９０重量％となるように、プラスチック材料を添加剤と混合する工程を含む上記組成物の製造方法にも関し、ここで上記添加剤は、ケイ素化合物で処理された酸化亜鉛を含む。

混合は、例えば押出しの範囲内など、プラスチック材料が軟化する条件下で行われることが好ましい。

本発明は、さらに、プラスチック材料の熱伝導率を改善するための、ケイ素化合物で処理された酸化亜鉛の使用にも関する。

驚くべきことに、本発明に係る化合物は、熱伝導性を示すだけでなく、特に、優れた機械的特性も示す。

本発明に係るプラスチック材料は、引張強度、引張強度時ひずみ、破断時引張応力、破断時引張ひずみ、及び弾性率に関して非常に良好な値を示す。衝撃強度及びノッチ付き衝撃強度の改善が、特に大きい。加えて、本発明に係る組成物は、良好な熱伝導率を有し、通常、比較材料の熱伝導率よりも少し高い。

上記プラスチック材料の充填度は高く、高い充填度は、通常、機械的特性を劣化させるが、本発明に係る製品は、非常に高い引張強度を示し、未充填のプラスチック材料の引張強度よりも高い引張強度を示す。

通常、衝撃強度は充填剤によって大きく低下されるが、本発明に係る充填剤のコーティングによって、ここでも未充填のプラスチック材料と同等、つまり驚くほど高い衝撃強度が得られることが見出された。

引用されるすべての文献は、その開示が本発明の教示内容と矛盾しない限り、参照によりその全体が本明細書に援用される。

１．用いた充填剤
以下の５種類の異なる酸化亜鉛を試験した。

２．コーティング
酸化亜鉛Ａ及びＢを、３−アミノプロピルトリエトキシシランでコーティングした。すなわち、乾燥した酸化亜鉛をシラン（２％）と予備混合し、インテンシブミキサー（Ｒ０２ ＶＡＣ、アイリッヒ、ドイツ）中、２０００ｒｐｍ及び７０℃で１５分間混合した。続いて、混合物を室温まで冷却した。篩いがけ（１００μｍメッシュサイズ）によって、上記混合物から凝集塊を除去した。続いて、表面積（ＢＥＴ）を測定した。

得られた粉末を、更なる処理を行うことなく押出しに用いた。

３．充填プラスチック材料の作製
熱可塑性樹脂の場合、充填剤を、押出機（ＺＳＥ２７ ＭＡＸＸ、ライストリッツ、ドイツ）を介してポリカプロラクトン（ＰＡ６）中に配合した。

複合体の特性決定に必要な試料の作製を、Ｅｒｇｏｔｅｃｈ１００／４２０−３１０（デマーグ）タイプの機械により、１０００ｋＮのクランプ力で行った。用いた射出成型金型は、「ＣＡＭＰＵＳ」の仕様に従う認証を有する金型であった。以下の成型パーツを作製した：
多目的試験試料（ＩＳＯ３１６７タイプＡ）
プレート：８０ｍｍ×８０ｍｍ×２ｍｍ

熱伝導率の測定に必要な試料を、上記プレートから機械加工で作製した。押出し方向を横切る（Ｚ方向）測定のためには、ｄ＝１２．７ｍｍのディスクを、上記プレートの中央位置から取り出すことによって作製した。押出し方向（Ｘ方向）の熱伝導率の特定のためには、各々が１２．７ｍｍのエッジ長さ（正方形）及び２ｍｍの幅を有する６つの試料を切削加工しなければならず、次にこれらを互いに対して９０°回転させ、測定のための特定のサンプルホルダーに一緒に固定した。サンプルの表側及び裏側の大部分をグラファイトでコーティングして、最適な放出／吸収容量を確保した。比較法によって比熱を特定した。この目的のために、ｃｐレファレンス（パイロセラム、厚さ２．５ｍｍ）を用いて装置を校正した。用いた試料の密度は、浮力法によって特定した。

また、複合体の組成を確認するために、マイクロ波灰化システムＭＡＳ７０００（ＣＥＭ）によって灰含有量を特定し（７５０℃、１０分間；オープン）、この形態で用いた。

熱拡散率及び比熱を、フラッシュ装置ＮＥＴＺＳＣＨ ＬＦＡ４４７ ＮａｎｏＦｌａｓｈ（商標）を用いて測定した。システムには、室温〜３００℃までの測定用の炉が備えられている。内蔵型のソフトウェア制御オートサンプルチェンジャーにより、サンプルを同時に４つまで試験することができる。サンプルの表側の加熱は、電圧及びパルス長を変化させることによってエネルギーの調節が可能であるキセノンフラッシュライトで行う。サンプルの裏側の得られる温度上昇は、赤外検出器（ＩｎＳｂ）によって測定する。ＬＦＡ４４７は、国内及び国際標準ＡＳＴＭ Ｅ−１４６１、ＤＩＮ３０９０５、ＤＩＮ ＥＮ８２１、ＤＩＮ５１９３６：２００８−０８（赤外センサーによる測定）、及びＩＳＯ２２００７−４：２００８（ポリマー）に準拠している。

４．測定
こうして作製した試料について、機械的特性及び熱伝導率を測定し、表２〜４に示す。実験Ｃ０〜Ｃ５は比較実験を意味し、実験１〜４は本発明に係る実験を意味する。

５．測定方法
熱伝導率：ＬＦＡ４４７ ＮａｎｏＦｌａｓｈ（登録商標）、Ｎｅｔｚｓｃｈ、ドイツによって測定。
ＢＥＴ：Ｔｒｉｓｔａｒ３０００、Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓにより、ＤＩＮ ＩＳＯ９２７７と同様にして測定。

Claims (12)

1. プラスチック材料を含み、更に添加剤を５０重量％〜９０重量％の含有量で含み、
   前記添加剤はケイ素化合物で処理された酸化亜鉛を含み、
   前記酸化亜鉛はケイ素化合物で処理される前の比表面積（ＢＥＴ）が０．５ｍ^２／ｇ〜６ｍ^２／ｇである、組成物。
2. 前記酸化亜鉛はケイ素化合物で処理される前の比表面積（ＢＥＴ）が５ｍ^２／ｇ以下である、請求項１に記載の組成物。
3. 前記添加剤の含有量が６０〜８５重量％である、請求項１又は請求項２に記載の組成物。
4. 前記プラスチック材料が、エラストマー、熱可塑性若しくは熱硬化性ポリマーである、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の組成物。
5. 前記プラスチック材料が、ポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリオキシメチレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン、ポリブチレンテレフタレート、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、ポリウレタン、エポキシ樹脂、並びにこれらの混合物及びコポリマーから選択される、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の組成物。
6. 前記添加剤が更に無機物質を含む、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の組成物。
7. 前記ケイ素化合物が、シラン、特に、トリエトキシシラン、トリメトキシシラン、又はこれらのクラスの物質から誘導されるオリゴマーである、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の組成物。
8. 前記ケイ素化合物が、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、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、Ｎ−メチル−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、ポリシロキサン、ポリエーテルシロキサン、ポリアミノシロキサン、Ｈ−シロキサン、及びこれらの化合物の加水分解物、並びにこれらの混合物から成る群より選択される、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の組成物。
9. ケイ素化合物による前記処理が、前記酸化亜鉛の重量割合に対して０．１〜４重量％の量のケイ素化合物により行われる、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の組成物。
10. 添加剤の含有量が５０重量％〜９０重量％となるように、プラスチック材料を添加剤と混合する工程を含み、
    前記添加剤はケイ素化合物で処理された酸化亜鉛を含み、
    前記酸化亜鉛はケイ素化合物で処理される前の比表面積（ＢＥＴ）が０．５ｍ^２／ｇ〜６ｍ^２／ｇである、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の組成物を製造する方法。
11. プラスチック材料の熱伝導率を改善するための、ケイ素化合物で処理された酸化亜鉛の使用であって、前記酸化亜鉛はケイ素化合物で処理される前の比表面積（ＢＥＴ）が０．５ｍ^２／ｇ〜６ｍ^２／ｇである、前記使用。
12. プラスチック材料の衝撃強度を改善するための、ケイ素化合物で処理された酸化亜鉛の使用であって、前記酸化亜鉛はケイ素化合物で処理される前の比表面積（ＢＥＴ）が０．５ｍ^２／ｇ〜６ｍ^２／ｇである、前記使用。