【手続補正書】
【提出日】平成16年4月30日(2004.4.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】        明細書
【発明の名称】    カーボンを主成分としたカーボン−フェノール系樹脂組成物、及びその製造方法
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボンを主成分としたカーボン−フェノール系樹脂組成物であって、
粉末状カーボンとフェノール系樹脂とを含み、
水分含有率が２％以下であり、
粒径２ｍｍ以下の粒子が９５重量％以上である
ことを特徴とするカーボンを主成分としたカーボン−フェノール系樹脂組成物。
【請求項２】
粉末状カーボンとフェノール系樹脂との割合は、前者が８５〜６５重量部に対して後者が１５〜３５重量部であることを特徴とする請求項１のカーボンを主成分としたカーボン−フェノール系樹脂組成物。
【請求項３】
粉末状カーボンは粒径が１００μｍ以下の粉末状カーボンであることを特徴とする請求項１のカーボンを主成分としたカーボン−フェノール系樹脂組成物。
【請求項４】
請求項１〜請求項３いずれかのカーボンを主成分としたカーボン−フェノール系樹脂組成物の製造方法であって、
粉末状カーボン及びフェノール系樹脂に該フェノール系樹脂と親和性を有する沸点が１００℃以下の低沸点溶剤を添加しながら攪拌羽根を有する攪拌型混合機で混合・混練して粒状化する粒状化工程と、
前記粒状化工程の後、１００℃以下の温度で乾燥する乾燥工程
とを具備することを特徴とするカーボンを主成分としたカーボン−フェノール系樹脂組成物の製造方法。
【請求項５】
溶剤は、沸点が１００℃以下のアルコールまたはケトンであることを特徴とする請求項４のカーボンを主成分としたカーボン−フェノール系樹脂組成物の製造方法。
【請求項６】
溶剤は、粉末状カーボンとフェノール系樹脂との混合物１００重量部に対して１５〜３５重量部の割合であることを特徴とする請求項４のカーボンを主成分としたカーボン−フェノール系樹脂組成物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
【０００１】
本発明は、水分含有率が２％以下、粒径２ｍｍ以下の粒子が９５重量％以上であって、主成分がカーボンであるカーボン−フェノール系樹脂組成物に関する。
【従来の技術】
【０００２】
カーボンをフェノール系樹脂成形材料の充填材あるいは補強材として使用することが提案されている。
【０００３】
しかしながら、これまでにあっては、そのような材料はフェノール系樹脂を主体とした成形材料である。すなわち、導電性が高められたフェノール系樹脂成形材料については検討されていない。
【０００４】
尚、フェノール樹脂成形材料の補強材としてカーボン以外のものについては数々の提案がなされている。
【０００５】
例えば、特開平２−１６９２０６号公報においては、ミキシングロールまたは押出混練等により混練後粉砕したガラス繊維基材からなるフェノール樹脂成形材料に１〜１０重量％の沸点１００℃以下の低沸点溶剤を添加し高速攪拌混合機で造粒することが開示されている。又、溶剤の使用量が１０重量％以上の場合には粒状化等に好ましくない旨が記載されている。尚、言うまでもないが、特開平２−１６９２０６号公報には、カーボンに関する記載が皆無である。
【０００６】
特開平６−１９２４３５号公報には、フェノール樹脂１００重量部に対してガラス繊維１００〜２５０重量部を必須成分とする配合組成物に、水５〜３０重量部を添加してなる粒状のダストフリー・フェノール系樹脂成形材料が開示されている。尚、言うまでもないが、特開平６−１９２４３５号公報は、ガラス繊維の記載は有れども、カーボンに関する記載が皆無である。
【０００７】
特公昭５３−２１０２４号公報には、フェノール樹脂を溶剤で溶解してなる溶液に、厚さ０．１〜０．６ｍｍの布地を孔径２〜１０ｍｍのスクリーンを有する粉砕機によって粉砕して得た粉砕布を加え、これに硬化剤、着色剤、離型剤などよりなる補助剤を加えて高速度攪拌機に投入し、減圧で溶媒を除去しながら高速で攪拌混合することを特徴とする粒状フェノール樹脂成形材料の製造方法が開示されている。尚、言うまでもないが、特公昭５３−２１０２４号公報にも、カーボンに関する記載が皆無である。
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、粒径が均質で計量性に優れており、微粉の発生も無く、取扱性が良く、射出成形やトランスファー成形あるいは圧縮成形などに使用される成形材料として好適であり、更には表面が平滑で光沢性に優れ、導電性を有する粒状フェノール樹脂組成物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の課題は、
カーボンを主成分としたカーボン−フェノール系樹脂組成物であって、
粉末状カーボンとフェノール系樹脂とを含み、
水分含有率が２％以下であり、
粒径２ｍｍ以下の粒子が９５重量％以上である
ことを特徴とするカーボンを主成分としたカーボン−フェノール系樹脂組成物によって解決される。
【００１０】
特に、カーボンを主成分としたカーボン−フェノール系樹脂組成物であって、
８５〜６５重量部の粉末状カーボンに対してフェノール系樹脂が１５〜３５重量部であるよう粉末状カーボンとフェノール系樹脂とを含み、
水分含有率が２％以下であり、
粒径２ｍｍ以下の粒子が９５重量％以上である
ことを特徴とするカーボンを主成分としたカーボン−フェノール系樹脂組成物によって解決される。
【００１１】
尚、上記の粉末状カーボンは粒径が１００μｍ以下の粉末状カーボンが特に好ましいものである。
【００１２】
又、前記の課題は、
上記のカーボンを主成分としたカーボン−フェノール系樹脂組成物の製造方法であって、
粉末状カーボン及びフェノール系樹脂に該フェノール系樹脂と親和性を有する沸点が１００℃以下の低沸点溶剤を添加しながら攪拌羽根を有する攪拌型混合機で混合・混練して粒状化する粒状化工程と、
前記粒状化工程の後、１００℃以下の温度で乾燥する乾燥工程
とを具備することを特徴とするカーボンを主成分としたカーボン−フェノール系樹脂組成物の製造方法によって解決される。
【００１３】
尚、本発明において、溶剤は、沸点が１００℃以下のアルコールまたはケトンが好ましいものである。そして、溶剤使用量は、粉末状カーボンとフェノール系樹脂との混合物１００重量部に対して１５〜３５重量部の割合であるのが好ましい。
【００１４】
上記のようにして得た本発明になるカーボンを主成分としたカーボン−フェノール系樹脂組成物は、カーボンを主成分としているが故に導電性が有る。従って、導電性の成形品が射出成形やトランスファー成形あるいは圧縮成形などによって得られる。そして、本発明のカーボンを主成分としたカーボン−フェノール系樹脂組成物は、粒径が均質で計量性に優れている。かつ、微粉の発生が無い。又、取扱性が良い。従って、射出成形やトランスファー成形あるいは圧縮成形などに使用される成形材料として好適である。更には、表面が平滑で光沢性に優れている。尚、本発明の組成物は、主成分がカーボンであることから、カーボン材料の前駆体として使用することができる。
【発明の実施の形態】
【００１５】
本発明の樹脂組成物は、カーボンを主成分としたカーボン−フェノール系樹脂組成物である。特に、粉末状カーボンが８５〜６５重量部に対してフェノール系樹脂が１５〜３５重量部の割合であるカーボンを主成分としたカーボン−フェノール系樹脂組成物である。そして、水分含有率が２％以下である。かつ、粒径２ｍｍ以下の粒子が９５重量％以上である。粉末状カーボンは粒径が１００μｍ以下のものである。
【００１６】
本発明の樹脂組成物製造方法は、前記のカーボンを主成分としたカーボン−フェノール系樹脂組成物の製造方法である。そして、粉末状カーボン及びフェノール系樹脂に該フェノール系樹脂と親和性を有する沸点が１００℃以下の低沸点溶剤を添加しながら攪拌羽根を有する攪拌型混合機で混合・混練して粒状化する。この後、１００℃以下の温度で乾燥することにより得られる。溶剤は、特に、沸点が１００℃以下のアルコールまたはケトンが用いられる。そして、溶剤使用量は、粉末状カーボンとフェノール系樹脂との混合物１００重量部に対して、特に、１５〜３５重量部である。
【００１７】
本発明において、フェノール系樹脂はカーボン粒子との良好な分散性が要求されることから、通常、粉末状のものが使用される。従って、一般には、フェノール系樹脂は、所謂、ノボラック型フェノール系樹脂が使用される。但し、固形のレゾール型フェノール系樹脂も使用できる。フェノール系樹脂は微粒子のカーボンと均質に分散させることが望ましいことから、フェノール系樹脂も比較的粒度の小さい粉末が使用される。本発明においては、フェノール系樹脂と微粒子のカーボンとを均質に分散させる為に、フェノール系樹脂とカーボンとを攪拌型混合機で混合・混練するに先立ち、例えばボールミル、Ｖ型ブレンダーなどの混合機により、粉末状で十分に混合することが望ましい。
【００１８】
本発明において、フェノール系樹脂は、カーボン粒子の結合材としての機能を有するものである。この為、その使用量は組成物全体の半分以下で使用される。特に、１５〜３５重量部の範囲で使用される。中でも、２０〜３０重量部の割合が好適である。
【００１９】
本発明においては、カーボンは、特に、粒径が１００μｍ以下で、粒度分布が比較的揃った微粒子粉末が使用される。尚、カーボンの粒度分布が広く、粒子径が大きい場合には、得られる成形材料の粒子形状のバラツキが大きくなり、均質な粒径を有するものが得られ難い。そして、成形品の外観が悪くなり、良好な成形品が得られ難い。
【００２０】
カーボンの配合量は、組成物の用途・目的等により適宜選択される。但し、通常、６５〜８５重量部の割合である。中でも、７０〜８０重量部の割合である。本発明に使用されるカーボンは、フェノール系樹脂との濡れ性の点から、吸油量は小さい方が望ましい。尚、カーボンの量が多くなり過ぎると、結合材としてのフェノール樹脂が少な過ぎることになり、この場合には樹脂組成物の流動性が低下し、成形性が低下する。
【００２１】
本発明の粒状フェノール系樹脂組成物の製造に際しては、溶剤が使用される。この溶剤は、フェノール系樹脂と親和性を有する沸点が１００℃以下の低沸点で揮散し易いものが使用される。このような溶剤としては、例えばメタノールやエタノール等のアルコール類、アセトンやメチルエチルケトン等のケトン類が挙げられる。
【００２２】
このような溶剤は、カーボンとフェノール系樹脂との混合物１００重量部に対して、特に１５〜３５重量部の範囲で使用される。中でも、好ましくは２０〜３０重量％で使用される。溶剤の使用量が上記範囲より少ない場合は、粒状化操作を満足に行い難く、得られる粒子径のバラツキが大きくなり、均質な粒径を有するものが得られ難い。逆に、使用量が多すぎる場合も、粒状化を満足に行い難く、ダンゴ状になったり、均質な粒径を有するものが得られ難い。更には、粒状化後の乾燥に長時間が必要であったりする。その上、製品の粒子同士が付着し易い。
【００２３】
本発明では、粒状化に際して、回転羽根を有する攪拌型混合機が使用される。この種の混合機としては、ヘンシェルミキサーやスーパーミキサーが挙げられる。本発明においては、攪拌混合機により、回転数４００〜６００ｒ．ｐ．ｍの低速回転攪拌混合を行った後、１０００〜１５００ｒ．ｐ．ｍの高速回転攪拌混合を行うことが好ましい。尚、低速および高速回転攪拌混合の混合時間は、使用されるカーボン粉末の粒度、添加される溶剤の種類や添加量、樹脂の種類、樹脂とカーボンとの配合割合などで適宜定められるが、通常は、低速と高速との回転攪拌混合の合計で３〜６分程度である。
【００２４】
本発明においては、攪拌型混合機で粒状化した後、乾燥される。この時の乾燥には、恒温乾燥機が使用される。温度は１００℃以下で、７０〜９０℃が好適である。尚、乾燥工程において高温下に長時間晒すことは、フェノール系樹脂が熱硬化性樹脂であることから、成形材料に余分な熱履歴を与えることになり、好ましく無い。そして、乾燥時間は、乾燥温度との関係や溶剤の含有量等を考慮して決められるが、１時間程度が好適である。
【００２５】
本発明におけるフェノール系樹脂は、フェノール性水酸基を有する芳香族化合物、具体的にはフェノール、クレゾール、キシレノール、アルキルフェノール、レゾルシノール等のフェノール性化合物と、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、パラホルムアルデヒド、フルフラール、環状ホルマール等のアルデヒド類とを酸性触媒あるいはアルカリ性触媒の存在下に縮合反応して得られる合成樹脂である。若しくは、これらの樹脂の変性樹脂である。通常は、所謂、フェノール樹脂が使用される。本発明において使用されるフェノール系樹脂は、レゾール型あるいはノボラック型の固形状樹脂が使用される。更には、他の熱硬化性樹脂、例えばエポキシ樹脂、アミノ樹脂などとの共縮合反応させた樹脂や、一部熱可塑性樹脂あるいは他の樹脂と前記のフェノール系樹脂とのポリマーアロイを用いることも出来る。
【００２６】
本発明の組成物は、硬化剤、離型剤、更に所望に応じてクレー、タルク、マイカ等の無機系充填剤等を、本発明組成物の特性を損なわない範囲で、少量含有することが出来る。
【００２７】
以下に、本発明の実施例を挙げ、具体的に説明する。
尚、以下において、「部」は「重量部」、「％」は「重量％」である。
【００２８】
[実施例１]
粒度が１００μｍ以下の粉末状カーボン７５部と、ノボラック型フェノール樹脂粉末（樹脂に対して硬化剤を１４％含有）２５部との混合物を、ボールミルにより、１時間粉砕・混合した。
この後、該混合物にメタノール２５部を添加しながら、ヘンシェルミキサーを用い、羽根の回転数が５００ｒ．ｐ．ｍの低速回転、そして続いて１２００ｒ．ｐ．ｍの高速回転を合計約５分間かけて攪拌混合・混練し、造粒した。
得られた造粒物を８０℃の熱風循環式乾燥機で約１時間乾燥し、粒径２ｍｍ以下の粒子が９７％の均質なカーボン−フェノール樹脂組成物を得た。この組成物中の水分は１．５％であった。
【００２９】
[実施例２]
実施例１において、粉末状カーボンを８０部、ノボラック型フェノール樹脂粉末を２０部とし、そしてメタノール量を３０部とした以外は、同様に行った。
得られたものは、粒径２ｍｍ以下の粒子が９６％の均質なカーボン−フェノール樹脂組成物であった。この組成物中の水分は１．６％であった。
【００３０】
[実施例３]
実施例１において用いた粒度が１００μｍ以下である粉末状カーボン７５部の代わりに粒度が５０μｍ以下である粉末状カーボンを７０部用い、そしてノボラック型フェノール樹脂粉末を３０部とし、メタノール量を２０部とした以外は、同様に行った。
得られたものは、粒径２ｍｍ以下の粒子が９８％の均質なカーボン−フェノール樹脂組成物であった。この組成物中の水分は１．４％であった。
【００３１】
[実施例４]
実施例１において用いたノボラック型フェノール樹脂粉末２５部の代わりに固形状レゾール型フェノール樹脂粉末２０重量部を用い、又、メタノール２５部の代わりにメチルエチルケトン２５部を用い、そして粉末状カーボンを８０部とし、乾燥温度を９０℃とした以外は、同様に行った。
得られたものは、粒径２ｍｍ以下の粒子が９６％の均質なカーボン−フェノール樹脂組成物であった。この組成物中の水分は１．５％であった。
【００３２】
[比較例１]
実施例１において、粉末状カーボンを６０部、ノボラック型フェノール樹脂粉末を４０部とした以外は、同様に行った。
得られたものは、粒径が粗大なカーボン−フェノール樹脂組成物であった。この組成物中の水分は３．６％であった。
【００３３】
［特性］
上記各例で得たカーボン−フェノール樹脂組成物の粒子を用いて圧縮成形して成形品を得た。そして、この成形品について各種の特性を調べたので、その結果を表−１に示す。
【００３４】
表−１
実施例１  実施例２  実施例３  実施例４  比較例１
組成物の粒径形状      良好      良好      良好      良好      粒径大
水分含有率            １．５    １．６    １．４    １．５    ３．６
流れ値              ９０      ７５      ９０      ８０    １２０
密度                  １．８５  １．９０  １．７８  １．８９  １．７０
粒径２ｍｍ以下の割合９７      ９６      ９８      ９６      ３６
成形性および外観      良好      良好      良好      良好      不良
粒子目有り
曲げ強さ              ６．０    ５．５    ６．２    ５．７
体積抵抗値            ５．０    ２．０    ７．５    ３．０
【００３５】
＊製品（造粒物）の粒径： 分析篩を使用。
水分含有率：５６℃、３ｍＨｇ減圧下、４時間処理した後の重量減少率から算出した値（％）である。
流れ値（円板式流れ）：平行円板（金型）を使用し、所定温度、圧力、時間及び材料投入量で圧縮成形し、成形した円板の径（単位はｃｍ）である。
成形性および外観：ＪＩＳ Ｋ６９１５に準じて圧縮成形品の充填性、外観を目視で観察して評価した。
密度：単位はｇ／ｃｍ３で、ＪＩＳに準じて測定した。
曲げ強さ：単位はｋｇｆ／ｍｍ３で、ＪＩＳに準じて測定した。
体積固有抵抗値：単位は×１０−３Ω・ｃｍで、ＪＩＳに準じて測定した。
【発明の効果】
【００３６】
本発明のカーボンを主成分としたカーボン−フェノール系樹脂組成物は、カーボンを主成分としているが故に導電性が有る。従って、導電性の成形品が射出成形やトランスファー成形あるいは圧縮成形などによって得られる。そして、本発明のカーボンを主成分としたカーボン−フェノール系樹脂組成物は、粒径が均質で計量性に優れている。かつ、微粉の発生が無い。又、取扱性が良い。従って、射出成形やトランスファー成形あるいは圧縮成形などに使用される成形材料として好適である。更には、表面が平滑で光沢性に優れている。尚、本発明の組成物は、主成分がカーボンであることから、カーボン材料の前駆体として使用することができる。