(57)【要約】本発明は、イオン交換しうる有機及び無機カチオンにより満たされるカチオン交換能力を有し、ベ−タ構造のカチオン交換層状材料のイオン交換しうる有機カチオン含量がカチオン交換層状材料の１０−９５％の範囲にある、カチオン交換層状材料に関する。この材料の構造は独特であり、「ベ−タ構造」として規定される。そのような「ベ−タ構造」のカチオン交換層状材料をポリマ−と共に含むナノ複合材ポリマ−が提供される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン交換しうる有機及び無機カチオンにより満たされるカチオン交換能力を有するベ−タ構造のカチオン交換層状材料を含んでなり、カチオン交換層状材料のイオン交換しうる有機カチオン含量がカチオン交換層状材料のカチオン交換能力の１０−９５％の範囲にある、組成物。
【請求項２】
有機カチオンが式Ｒ１  Ｒ２  Ｒ３  Ｒ４  Ｎ＋  の第４級アンモニウム化合物を含んでなり、ここでＲ１、Ｒ２、Ｒ３またはＲ４の少なくとも１つは炭素数が１０またはそれ以上である、請求項１の組成物。
【請求項３】
有機カチオンがホスホニウム、アルソニウム、スルホニウム、オキソニウム、イミダゾリウム、ベンズイミダゾリウム、イミダゾリニウム、プロトン化アミン、アミンオキシド、ベタイン、ピリジン、アニリン、ピロ−ル、ピペリジン、ピラゾ−ル、キノリン、イソキノリン、インドール、オキサゾ−ル、ベンズオキサゾ−ル、及びキヌクリジンを含んでなる群から選択される、請求項１の組成物。
【請求項４】
カチオン交換層状材料のイオン交換しうる無機カチオンが水素イオンを含んでなる、請求項１の組成物。
【請求項５】
カチオン交換層状材料の有機カチオン含量がカチオン交換層状材料のカチオン交換能力の５０％以上をなす、請求項１の組成物。
【請求項６】
カチオン交換層状材料の有機カチオン含量がカチオン交換層状材料のカチオン交換能力の７５％以上をなす、請求項１の組成物。
【請求項７】
カチオン交換層状材料がフッ素雲母を含んでなる、請求項１の組成物。
【請求項８】
カチオン交換層状材料がフッ素雲母を含んでなる、請求項２の組成物。
【請求項９】
カチオン交換層状材料がフッ素雲母を含んでなる、請求項３の組成物。
【請求項１０】
カチオン交換層状材料がフッ素雲母を含んでなる、請求項４の組成物。
【請求項１１】
カチオン交換層状材料がフッ素雲母を含んでなる、請求項５の組成物。
【請求項１２】
カチオン交換層状材料がフッ素雲母を含んでなる、請求項６の組成物。
【請求項１３】
有機カチオンがジメチル、ジ−水素化タロ−第４級アンモニウムを含んでなる、請求項１の組成物。
【請求項１４】
第４級アンモニウム化合物が本質的にジメチル、ジ−水素化タロ−第４級アンモニウムからなる、請求項２の組成物。
【請求項１５】
有機カチオンがジメチル、ジ−水素化タロ−第４級アンモニウムを含んでなる、請求項４の組成物。
【請求項１６】
有機カチオンが本質的にジメチル、ジ−水素化タロ−第４級アンモニウムからなる、請求項１２の組成物。
【請求項１７】
（ａ）ポリマ−９９−５０重量％、及び（ｂ）イオン交換しうる有機及び無機カチオンにより満たされるカチオン交換能力を有するベ−タ構造のカチオン交換層状材料１−３５％を含んでなり、カチオン交換層状材料のイオン交換しうる有機カチオン含量がカチオン交換層状材料のカチオン交換能力の１０−９５％の範囲にある、ナノ複合材。
【請求項１８】
有機カチオンが式Ｒ１  Ｒ２  Ｒ３  Ｒ４  Ｎ＋  の第４級アンモニウム化合物を含んでなり、ここでＲ１、Ｒ２、Ｒ３またはＲ４の少なくとも１つは炭素数が１０またはそれ以上である、請求項１７のナノ複合材。
【請求項１９】
有機カチオンがホスホニウム、アルソニウム、スルホニウム、オキソニウム、イミダゾリウム、ベンズイミダゾリウム、イミダゾリニウム、プロトン化アミン、アミンオキシド、ベタイン、ピリジン、アニリン、ピロ−ル、ピペリジン、ピラゾ−ル、キノリン、イソキノリン、インドール、オキサゾ−ル、ベンズオキサゾ−ル、及びキヌクリジンを含んでなる群から選択される、請求項１７のナノ複合材。
【請求項２０】
カチオン交換層状材料のイオン交換しうる無機カチオンが水素イオンを含んでなる、請求項１７のナノ複合材。
【請求項２１】
カチオン交換層状材料の有機カチオン含量がカチオン交換層状材料のカチオン交換能力の５０％以上をなす、請求項１７のナノ複合材。
【請求項２２】
カチオン交換層状材料の有機カチオン含量がカチオン交換層状材料のカチオン交換能力の７５％以上をなす、請求項１７のナノ複合材。
【請求項２３】
カチオン交換層状材料がフッ素雲母を含んでなる、請求項１７のナノ複合材。
【請求項２４】
カチオン交換層状材料がフッ素雲母を含んでなる、請求項１８のナノ複合材。
【請求項２５】
カチオン交換層状材料がフッ素雲母を含んでなる、請求項１９のナノ複合材。
【請求項２６】
カチオン交換層状材料がフッ素雲母を含んでなる、請求項２０のナノ複合材。
【請求項２７】
カチオン交換層状材料がフッ素雲母を含んでなる、請求項２１のナノ複合材。
【請求項２８】
カチオン交換層状材料がフッ素雲母を含んでなる、請求項２２のナノ複合材。
【請求項２９】
有機カチオンがジメチル、ジ−水素化タロ−第４級アンモニウムを含んでなる、請求項１７のナノ複合材。
【請求項３０】
第４級アンモニウム化合物が本質的にジメチル、ジ−水素化タロ−第４級アンモニウムからなる、請求項１８のナノ複合材。
【請求項３１】
有機カチオンがジメチル、ジ−水素化タロ−第４級アンモニウムを含んでなる、請求項２０のナノ複合材。
【請求項３２】
有機カチオンが本質的にジメチル、ジ−水素化タロ−第４級アンモニウムからなる、請求項２８のナノ複合材。
【請求項３３】
ポリマーと相互に分散した熱可塑性弾性体相を更に含んでなる、請求項１７のナノ複合材。
【請求項３４】
ポリマ−がポリプロピレンを５０重量％以上含んでなる、請求項３３のナノ複合材。
【請求項３５】
ナノ複合材の燃焼性が同一ポリマ−を同一重量％で且つ同一カチオン交換層状材料を同一重量％で含んでなるナノ複合材の燃焼性よりも小さく、カチオン交換層状材料のイオン交換しうる有機カチオン含量がカチオン交換層状材料のカチオン交換能力の９５％以上である、請求項１７のナノ複合材。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
層間剥離または剥離されるカチオン交換層状材料（例えば層間剥離された２：１層状シリケ−ト粘土）は、ポリマ−系の強化フィラ−として使用できる。そのようなポリマ−系は、層間剥離されるカチオン交換層状材料の少なくとも１つの寸法が６０ナノメ−タ以下である時、「ナノ複合材」として知られる。ナノ複合材ポリマ−は、一般に通常のフィラ−を含むポリマ−に対して向上した機械的特性を有する。例えばナノ複合材ポリマ−は、増大したモジュラス及び増大した衝撃靭性、即ち通常のフィラ−を用いて得られない機械的性質の組み合わせを提供することができる。
【０００２】
理想的にはナノ複合材中のカチオン交換層状材料の層間剥離の程度は、カチオン交換層状材料の単一層単位だけが存在するようなものである。しかしながら、ポリマ−の物理的性質の有意な向上は、２、３、４及び４以上の層単位がナノ複合材で観察される時に、しばしば達成される。典型的には、層間剥離したカチオン交換層状材料の単一層の厚さは１または２ナノメ−タの範囲であり、一方そのような層の長さ及び幅は例えば１００−１０００ナノメ−タの範囲であってよい。カチオン交換層状材料がポリマ−中で層間剥離しない場合には、ポリマ−複合材の機械的性質の改善は、通常のミクロン単位の寸法のフィラ−をポリマ−に分散させた場合より、通常良好でないであろう。
【０００３】
カチオン交換層状材料は、しばしば有機カチオン（通常「オニウム」）で処理されて、それをポリマーとブレンドした時にカチオン交換層状材料の層間剥離を容易にする（参照、例えば特許文献１）。通常その層状材料は「完全に交換」または「過剰に交換」されている、即ち層状材料の交換しうるカチオンはオニウムイオンで本質的に完全に置きかえられているか、或いは層状材料の交換しうるカチオンはオニウムイオンで本質的に完全に置きかえられ且つその材料が更なるオニウムイオンを含む。
【０００４】
最近では、完全に交換されていないカチオン交換層状材料を用いる開発がなされた。ピンナバイア（Ｐｉｎｎａｖａｉａ）ら（特許文献２）は、粘土のカチオン交換能力が有機オニウムカチオンで満たされ、粘土のカチオン交換能力の残りが無機カチオンで満足されており、組成物が「ホモ構造」であり且つランダムに相互に層をなしておらず、規則的に相互に層をなしており、相分離されており、または捕捉されている、２：１層状シリケ−ト粘土組成物を開示している。ピンナバイアらは、彼等のホモ構造組成物をランダムに相互に層をなしている、規則的に相互に層をなしている、相分離されている、または捕捉されている組成物と、そのホモ構造組成物の特有なｘ線回折パターンにより区別している。参照、ピンナバイアらの図１Ａ−１Ｅ及び図２。
【０００５】
ピンナバイアらは、ホモ構造組成物が過去の技術のランダムに相互に層をなしている、規則的に相互に層をなしている、相分離されている、または捕捉されている組成物よりも優れているということを主張した。
【特許文献１】米国特許第５９７３０５３号。
【特許文献２】米国特許第５９９３７６９号。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、カチオン交換層状材料のカチオン交換点が有機及び無機イオンで占有されて、今まで未知であった且つ開示されてなかったカチオン交換層状材料構造、本明細書では  「ベータ構造」として定義される構造を形成するカチオン交換層状材料組成物に関する。本発明は、イオン交換しうる有機及び無機カチオンにより満たされるカチオン交換能力を有するベ−タ構造のカチオン交換層状材料を含んでなり、カチオン交換層状材料のイオン交換しうる有機カチオン含量がカチオン交換層状材料のカチオン交換能力の１０−９５％の範囲にある、組成物に関する。
【０００７】
他の具体例において、本発明は、（ａ）ポリマ−９９−５０重量％、及び（ｂ）イオン交換しうる有機及び無機カチオンにより満たされるカチオン交換能力を有するベ−タ構造のカチオン交換層状材料１−３５％を含んでなり、カチオン交換層状材料のイオン交換しうる有機カチオン含量がベータ構造のカチオン交換層状材料のカチオン交換能力の１０−９５％の範囲にある、ナノ複合材に関する。
【０００８】
ベータ構造のカチオン交換層状材料は、その特有のｘ線回折パターンで、またはその特有な構造で規定される。
【０００９】
ここで図１を参照すると、イオン交換しうる有機カチオン含量がジメチル、ジ−水素化タロ−（ｔａｌｌｏｗ）第４級アンモニウム８５モル％で、イオン交換しうる無機カチオン含量がナトリウム１５モル％であるフッ素雲母（ｆｌｕｏｒｏｍｉｃａ）カチオン交換層状材料に対するｘ線回折パターンが示されている。図１に示すパターン（６０オングストロ−ムに弱いピーク、３０オングストロ−ムに強いピーク、２０オングストロ−ムに弱いピーク、及び１５オングストロ−ムに弱いピーク）は、交換しうるカチオンが有機カチオン及び無機カチオンの混合物であるカチオン交換層状材料に特有である。図１に示すｘ線回折パターンは、カチオン交換能力がイオン交換しうる有機及び無機カチオンにより満たされており、カチオン交換層状材料のイオン交換しうる有機カチオン含量がカチオン交換層状材料のカチオン交換能力の１０−９５％の範囲にある、新規な「ベータ構造」のカチオン交換層状材料を示すと考えられる。
【００１０】
ここで図２及び３を参照すると、本発明の混在する有機及び無機カチオン交換層状材料に対する２つの可能な構造が概略的に表示されている。先ず一見すると、図２及び３に示される概略的表示は、米国特許第５９９３７６９号の図１Ｄに示されるイオン交換しうる有機及び無機カチオンにより満たされるカチオン交換能力を持つ「ホモ構造」のカチオン交換２：１層状シリケ−ト材料の概略的表示と同一であるように見える。しかしながら、図２及び３を再び参照すると、２つの明確な特徴に気付くであろう。第１に、交互のギャラリ−（ｇａｌｌｅｒｉｅｓ）は有機対無機イオンのモル比が同様である。第２に、隣のギャラリーは有機と無機のイオンのモル比が異なる。図２及び３に示される構造の両方は、図１に示すｘ線回折パターンと一致する。ここに「ベ−タ構造」とは、（ａ）図１に示すようなｘ線回折パターン（６０オングストロ−ムに弱いピーク、３０オングストロ−ムに強いピーク、２０オングストロ−ムに弱いピーク、及び１５オングストロ−ムに弱いピーク）を有するイオン交換しうる有機及び無機カチオンにより満たされるカチオン交換能力を有するカチオン交換層状材料；（ｂ）図２に示される構造；または（ｃ）図３に示される構造、のいずれか１つで定義される。しかしながら、図１における数値及びパターンの相対強度は、異なるカチオン交換層状材料及び異なる有機カチオン及び更にそれらより低程度であるが、異なる有機対無機カチオン比で異なるが、依然本明細書で定義するような「ベータ構造」であるということを理解すべきである。
【００１１】
「カチオン交換層状材料」とは、層状の酸化物、硫化物及びオキシハロゲン化物、層状のシリケ−ト（例えばマガダイイト（Ｍａｇａｄｉｉｔｅ）及びケニャイト（ｋｅｎｙａｉｔｅ））、層状の２：１シリケ−ト（例えば天然及び合成スメクタイト、ホルマイト、バ−ミキュライト、イライト（ｉｌｌｉｔｅ）、雲母、及び緑泥石）を意味する。
【００１２】
フッ素雲母（時にフルオル雲母とも呼ばれる）は、式が単位セル当たりケイ素原子４に基づき且つ八面体層が主にマグネシウムを含む合成２：１層状シリケ−トの例である。フッ素雲母は、式では天然スチ−ベンサイト（ｓｔｅｖｅｎｓｉｔｅ）（電荷が八面体層中のマグネシウム欠如に由来）またはヘクトライト（ｈｅｃｔｏｒｉｔｅ）（マグネシウム及びリチウムの両方が八面体層中に存在）に類似している。単位セル当たり２つまでの弗素原子の存在が必要である。交換しうるギャラリーカチオンは、ナトリウム、リチウム、水素、カリウム、アンモニウム、カルシウム及び／または小さい有機カチオンを含みうる。ナトリウム、リチウム及び水素イオンは迅速に交換する。フッ素雲母のナトリウム、リチウム及び水素イオン形は、水中で膨潤及び分散して、コロイド状懸濁液を形成する。
【００１３】
フッ素雲母に対する典型的な単位セル式（時には２倍の形で記述される）は、Ｎａ２ｘＭｇ３−ｘ  Ｓｉ４  Ｏ１０Ｆ２  である。リチウムが存在するならば、式は（Ｎａ＋Ｌｉ）２ｘＭｇ３−ｘ  Ｓｉ４  Ｏ１０Ｆ２  である。ｘは０−１の範囲であり、ナトリウムとリチウムの比は１００：０−０：１００で変わりうる。フルオリドの化学両論量は約２である。市販のフッ素雲母、ソマシフ（ＳＯＭＡＳＩＦ）ＭＥ−１００の式は、Ｎａ０．６  Ｍｇ２．７  Ｓｉ４  Ｏ１０Ｆ２  として書くことができる。トピ−・インダストリ−ズ（Ｔｏｐｙ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）からのフッ素雲母は同様であるが、より少ないマグネシウム及びより多いナトリウム及び／またはリチウムを含む。上式においては他の金属が少量で存在してもよいということを理解すべきである。例えばトピー・カンパニーのフッ素雲母は少量のアルミニウムを含む。
【００１４】
カチオン交換層状材料のカチオン交換能力は、ある組のカチオン（典型的には無機イオン、例えばナトリウム、カルシウムまたは水素）を、他の組のカチオン（無機または有機のいずれか）で置き換える能力を記述する。カチオン交換能力は、いくつかの方法で測定できる。これらの多くは実際の交換反応を行い、生成物に対して交換イオンのそれぞれの存在を分析する。即ち交換の化学両論量が決定できる。種々のカチオン交換層状材料はその個々の構造及び単位セル組成物に帰せられる異なるカチオン交換能力を有することが観察される。またカチオン交換層状材料に対して、交換種のイオンが交換工程中に別のイオンですべてが置き代わらないということも観察される。
【００１５】
本発明の組成物は、カチオン交換層状材料を水中において（典型的には５−１０重量％）加熱（典型的には８０℃まで）しながら撹拌し、予め決めた化学両論量以下の有機カチオンを添加し、夜通し撹拌し、上澄みを濾別し、水洗し、乾燥（典型的には空気中８０℃）し、ボールミル処理し、篩にかけて１２０メッシュより細かい生成物を製造することにより作ることができる。もし酸を有機カチオンと共に加えるなら、カチオン交換層状材料の無機カチオンは水素イオンを含むであろう。
【００１６】
別法として、本発明組成物は、カチオン交換能力が本質的に有機カチオンで１００％満たされたカチオン交換層状材料を、その５倍の重量のエタノールと３０分間混合し、上澄みを濾別し、エタノールで洗浄し、乾燥（典型的には空気中８０℃で）し、ボールミル処理し、篩にかけて１２０メッシュより細かい生成物を得ることにより作ることができる。この生成物は、エタノールを用いるソックスレ−抽出を行うならば多分有機カチオンをより少なく含むであろう。
【００１７】
他に、本発明の組成物は、カチオン交換能力が本質的に１００％有機カチオンにより満たされるカチオン交換層状材料を、その重量の５倍量のエタノール／水及び酸（例えば塩酸または硫酸）と混合し、上澄みを濾別し、エタノール／水で洗浄し、乾燥（典型的には空気中８０℃）し、ボールミル処理し、篩にかけて１２０メッシュより細かい生成物を製造することにより作ることができる。生成物における有機と水素イオン（及び他の残りの無機イオン）の比は、勿論用いる酸の量で決まる。
【００１８】
他の別の方法において、本発明の組成物は、カチオン交換能力が本質的に１００％水素イオン及び他の無機イオンにより（普通酸、例えば塩酸または硫酸での予備処理により）満たされるカチオン交換層状材料を、その重量の５倍量の水及び化学両論量以下の有機カチオンと高温（例えば８０℃）で十分な時間（例えば夜通し）混合し、上澄みを濾別し、水で洗浄し、乾燥（典型的には空気中８０℃）し、ボールミル処理し、篩にかけて１２０メッシュより細かい生成物を製造することにより作ることができる。生成物における有機と水素及び他の無機イオンの比は、勿論用いる有機カチオンの量で決まる。
【００１９】
ここに「有機カチオン」とは、少なくとも１つの炭化水素基を含むカチオンを意味する。有機カチオンの例は、これに限定されるものではないが、ホスホニウム、アルソニウム、スルホニウム、オキソニウム、イミダゾリウム、ベンズイミダゾリウム、イミダゾリニウム、プロトン化アミン、プロトン化アミンオキシド、プロトン化ベタイン、アンモニウム、ピリジン、アニリン、ピロ−ル、ピペリジン、ピラゾ−ル、キノリン、イソキノリン、インドール、オキサゾ−ル、ベンズオキサゾ−ル、及びキヌクリジンを含む。好適な有機カチオンは、式Ｒ１Ｒ２Ｒ３Ｒ４Ｎ＋  の第４級アンモニウム化合物であり、ここでＲ１、Ｒ２、Ｒ３またはＲ４の少なくとも１つは炭素数が１０またはそれ以上である。ここに「有機カチオン」は、カチオン交換層状材料の酸での処理、続いて有機アミンでの処理によるそのアミンのプロトン化も含む。
【００２０】
本発明の組成物の溶融ポリマ−とのブレンドは、本発明のナノ複合材を製造するために使用できる便利な方法である。ナノ複合材ポリマ−の製造に関しては、過去の技術は本発明の組成物を用いても適用できる多くの技術を提示している。例えばポリマ−が非極性ポリマ−（例えばポリエチレン及びポリプロピレン）である時、「相溶化剤（ｃｏｍｐａｔａｂｉｌｉｚｅｒ）」（例えば極性の官能化ポリマ−、例えばバルクポリマ−がポリプロピレンの時マレエ−ト化ポリプロピレン）が、混和剤を従来法の組成物と共に使用するのと同一の方法で本発明の組成物に使用できる（参照、例えば下記の対照実施例１）。他にモノマ−は、本発明の組成物とその場で重合させて、本発明のナノ複合材ポリマ−を製造することができる。ここに再び、従来法の組成物の、モノマ−との従来法によるその場での重合で、ナノ複合材を製造するために使用される技術は、本発明の組成物に関しても使用できる。
【実施例】
【００２１】
対照実施例１
ポリプロピレン８０部をマレエ−ト化ポリプロピレン１０部及びイオン交換能力がジメチル、ジ−水素化タロ−第４級アンモニウムで本質的に１００％満たされているフッ素雲母１０部とブレンドすることによりポリプロピレンナノ複合材を製造した。得られたナノ複合材は２８００００ｐｓｉの曲げ弾性率、室温において４．５フィート・ポンドのノッチド・アイゾット衝撃強度及び０℃において１．３フィート・ポンドのノッチド・アイゾット衝撃強度を有した。
【００２２】
実施例１
フッ素雲母のイオン交換能力がジメチル、ジ−水素化タロ−第４級アンモニウムで８５モル％及び水素及び他の無機イオンで１５モル％満たされている以外、対照実施例１の方法を繰り返した。得られたナノ複合材は２５００００ｐｓｉの曲げ弾性率、室温において８．３フィート・ポンドのノッチド・アイゾット衝撃強度及び０℃において１．７フィート・ポンドのノッチド・アイゾット衝撃強度を有した。
【００２３】
図４は本実施例のナノ複合材ポリマ−の代表的な光学顕微鏡写真の概略的例示である。図４は層状材料が１、２、３、４及び４以上の層単位まで剥離されていることを示す。更に特に図４は４つの１層単位、５つの２層単位、３つの３層単位、２つの４層単位及び２つの４層以上をなす単位を示す。即ち１、２、３、及び４層単位の数の％は１４／１６、即ち８７．５％である。好ましくは２０層単位未満の数の％は、２０層単位以上の数の％より大きい。更に好ましくは１、２、３及び４層単位の数の％は、４層単位以上の数の％よりも大きい。
【００２４】
実施例２
ポリプロピレン７０部及び処理したフッ素雲母２０部を使用する以外実施例１の方法を繰り返した。得られたナノ複合材は３２００００ｐｓｉの曲げ弾性率、室温において１．５フィート・ポンドのノッチド・アイゾット衝撃強度及び０℃において０．９フィート・ポンドのノッチド・アイゾット衝撃強度を有した。
【００２５】
対照実施例２
ポリプロピレン６０部をマレエ−ト化ポリプロピレン２０部及びイオン交換能力がジメチル、ジ−水素化タロ−第４級アンモニウムで本質的に１００％満たされているフッ素雲母２０部とブレンドすることによりポリプロピレンナノ複合材を製造した。得られたナノ複合材は３６８０００ｐｓｉの曲げ弾性率、２５６０００ｐｓｉの引張り弾性率、室温において０．５フィート・ポンドのノッチド・アイゾット衝撃強度を有した。
【００２６】
実施例３
フッ素雲母のイオン交換能力がジメチル、ジ−水素化タロ−第４級アンモニウムで本質的に８５モル％及びナトリウムイオンで１５モル％満たされている以外対照実施例２の方法を繰り返した。得られたナノ複合材は４２３０００ｐｓｉの曲げ弾性率、３９８０００ｐｓｉの引張り弾性率、室温において０．５フィート・ポンドのノッチド・アイゾット衝撃強度を有した。
【００２７】
実施例４
フィラ−１０部及びポリプロピレン７０部を用いる以外実施例３の方法を繰り返した。得られたナノ複合材は３４００００ｐｓｉの曲げ弾性率、２５３０００ｐｓｉの引張り弾性率及び室温において０．３フィート・ポンドのノッチド・アイゾット衝撃強度を有した。
【００２８】
実施例５
フィラ−５部及びポリプロピレン７５部を用いる以外実施例３の方法を繰り返した。得られたナノ複合材は２６１０００ｐｓｉの曲げ弾性率、２２３０００ｐｓｉの引張り弾性率及び室温において１．５フィート・ポンドのノッチド・アイゾット衝撃強度を有した。
【００２９】
対照実施例３
ポリプロピレン２５部をマレエ−ト化ポリプロピレン４０部及びイオン交換能力がジメチル、ジ−水素化タロ−第４級アンモニウムで本質的に１００％満たされているフッ素雲母１０部とブレンドすることによりポリプロピレン／熱可塑性弾性体「熱可塑性オレフィン」（ＴＰＯ）ナノ複合材を製造した。次いで得られたナノ複合材を熱可塑性弾性体２５部とブレンドしてＴＰＯナノ複合材を生成させた。このＴＰＯナノ複合材は、１６８０００ｐｓｉの曲げ弾性率、室温において１３フィート・ポンドのノッチド・アイゾット衝撃強度、０℃において５．１フィート・ポンドのノッチド・アイゾット衝撃強度、−１０℃において２．８フィート・ポンドのノッチド・アイゾット衝撃強度、−２０℃において０．８フィート・ポンドのノッチド・アイゾット衝撃強度を有した。
【００３０】
実施例６
フッ素雲母フィラーのイオン交換能力がジメチル、ジ−水素化タロ−第４級アンモニウムで７８モル％及びナトリウムイオンで２２モル％満たされている以外対照実施例３の方法を繰り返した。このＴＰＯナノ複合材は１９１０００ｐｓｉの曲げ弾性率、室温において１５．３フィート・ポンドのノッチド・アイゾット衝撃強度、０℃において８．３フィート・ポンドのノッチド・アイゾット衝撃強度、−１０℃において６フィート・ポンドのノッチド・アイゾット衝撃強度、−２０℃において３．４フィート・ポンドのノッチド・アイゾット衝撃強度を有した。
【００３１】
対照実施例４
ポリプロピレン６６部をマレエ−ト化ポリプロピレン２６部及びイオン交換能力がジメチル、ジ−水素化タロ−第４級アンモニウムで本質的に１００％満たされているフッ素雲母８部とブレンドすることによりポリプロピレンナノ複合材を製造した。次いで得られたナノ複合材は、ＡＳＴＭ試験法Ｅ−１３５４−９２による燃焼性試験において発火までに５９秒の時間を示した。
【００３２】
実施例７
イオン交換能力がジメチル、ジ−水素化タロ−第４級アンモニウムで本質的に１００％満たされているフッ素雲母を１日間エタノールでソックスレ−抽出する以外対照実施例４の方法を繰り返した。得られたナノ複合材は、ＡＳＴＭ試験法Ｅ−１３５４−９２による燃焼性試験において発火までに６５秒の時間を示した。
【００３３】
実施例８
イオン交換能力がジメチル、ジ−水素化タロ−第４級アンモニウムで本質的に１００％満たされているフッ素雲母を２日間エタノールでソックスレ−抽出する以外対照実施例４の方法を繰り返した。得られたナノ複合材は、ＡＳＴＭ試験法Ｅ−１３５４−９２による燃焼性試験において発火までに６６秒の時間を示した。
【００３４】
実施例９
イオン交換能力がジメチル、ジ−水素化タロ−第４級アンモニウムで本質的に１００％満たされているフッ素雲母を３日間エタノールでソックスレ−抽出する以外対照実施例４の方法を繰り返した。得られたナノ複合材は、ＡＳＴＭ試験法Ｅ−１３５４−９２による燃焼性試験において発火までに６８秒の時間を示した。
【００３５】
実施例１０
イオン交換能力がジメチル、ジ−水素化タロ−第４級アンモニウムで本質的に１００％満たされているフッ素雲母を４日間エタノールでソックスレ−抽出する以外対照実施例４の方法を繰り返した。得られたナノ複合材は、ＡＳＴＭ試験法Ｅ−１３５４−９２による燃焼性試験において発火までに７０秒の時間を示した。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の混在した有機及び無機カチオン交換層状材料のｘ線回折パタ−ンである。
【図２】本発明の混在した有機及び無機カチオン交換層状材料に対して可能な構造の概略的表示である。
【図３】本発明の混在した有機及び無機カチオン交換層状材料に対して可能な他の構造の概略的表示である。
【図４】本発明のナノ複合材ポリマ−のミクロ写真の概略的表示である。
【図１】
2005526685.tif 000002
【図２】
2005526685.tif 000003
【図３】
2005526685.tif 000004
【図４】
2005526685.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成16年5月6日(2004.5.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン交換しうる有機及び無機カチオンにより満たされるカチオン交換能力を有するベ−タ構造のカチオン交換層状材料を含んでなり、カチオン交換層状材料のイオン交換しうる有機カチオン含量がカチオン交換層状材料のカチオン交換能力の１０−９５％の範囲にある、組成物であって、ベータ構造カチオン交換層状材料が、（１）有機対無機イオンの類似したモル比を有する交互のギャラリー及び（２）有機対無機イオンの異なるモル比を有する隣りのギャラリー、を含んでなる、組成物。
【請求項２】
有機カチオンがホスホニウム、アルソニウム、スルホニウム、オキソニウム、イミダゾリウム、ベンズイミダゾリウム、イミダゾリニウム、プロトン化アミン、プロトン化アミンオキシド、プロトン化ベタイン、ピリジン、アニリン、ピロ−ル、ピペリジン、ピラゾ−ル、キノリン、イソキノリン、インドール、オキサゾ−ル、ベンズオキサゾ−ル、及びキヌクリジンを含んでなる群から選択される、請求項１の組成物。
【請求項３】
カチオン交換層状材料のイオン交換しうる無機カチオンが水素イオンを含んでなる、請求項１の組成物。
【請求項４】
カチオン交換層状材料の有機カチオン含量がカチオン交換層状材料のカチオン交換能力の５０％以上をなす、請求項１の組成物。
【請求項５】
カチオン交換層状材料の有機カチオン含量がカチオン交換層状材料のカチオン交換能力の７５％以上をなす、請求項１の組成物。
【請求項６】
カチオン交換層状材料がフッ素雲母を含んでなる、請求項１の組成物。
【請求項７】
カチオン交換層状材料がフッ素雲母を含んでなる、請求項２の組成物。
【請求項８】
カチオン交換層状材料がフッ素雲母を含んでなる、請求項２の組成物。
【請求項９】
カチオン交換層状材料がフッ素雲母を含んでなる、請求項３の組成物。
【請求項１０】
カチオン交換層状材料がフッ素雲母を含んでなる、請求項４の組成物。
【請求項１１】
カチオン交換層状材料がフッ素雲母を含んでなる、請求項５の組成物。
【請求項１２】
有機カチオンがジメチル、ジ−水素化タロ−第４級アンモニウムを含んでなる、請求項１の組成物。
【請求項１３】
第４級アンモニウム化合物が本質的にジメチル、ジ−水素化タロ−第４級アンモニウムからなる、請求項２の組成物。
【請求項１４】
有機カチオンがジメチル、ジ−水素化タロ−第４級アンモニウムを含んでなる、請求項３の組成物。
【請求項１５】
有機カチオンが本質的にジメチル、ジ−水素化タロ−第４級アンモニウムからなる、請求項１１の組成物。
【請求項１６】
（ａ）ポリマ−９９−５０重量％、及び（ｂ）イオン交換しうる有機及び無機カチオンにより満たされるカチオン交換能力を有するベ−タ構造のカチオン交換層状材料１−３５％を含んでなり、カチオン交換層状材料のイオン交換しうる有機カチオン含量がカチオン交換層状材料のカチオン交換能力の１０−９５％の範囲にある、ナノ複合材であって、ベータ構造カチオン交換層状材料が、（１）有機対無機イオンの類似したモル比を有する交互のギャラリー及び（２）有機対無機イオンの異なるモル比を有する隣りのギャラリー、を含んでなる、ナノ複合材。
【請求項１７】
有機カチオンがホスホニウム、アルソニウム、スルホニウム、オキソニウム、イミダゾリウム、ベンズイミダゾリウム、イミダゾリニウム、プロトン化アミン、プロトン化アミンオキシド、プロトン化ベタイン、ピリジン、アニリン、ピロ−ル、ピペリジン、ピラゾ−ル、キノリン、イソキノリン、インドール、オキサゾ−ル、ベンズオキサゾ−ル、及びキヌクリジンを含んでなる群から選択される、請求項１６のナノ複合材。
【請求項１８】
カチオン交換層状材料のイオン交換しうる無機カチオンが水素イオンを含んでなる、請求項１６のナノ複合材。
【請求項１９】
カチオン交換層状材料の有機カチオン含量がカチオン交換層状材料のカチオン交換能力の５０％以上をなす、請求項１６のナノ複合材。
【請求項２０】
カチオン交換層状材料の有機カチオン含量がカチオン交換層状材料のカチオン交換能力の７５％以上をなす、請求項１６のナノ複合材。
【請求項２１】
カチオン交換層状材料がフッ素雲母を含んでなる、請求項１６のナノ複合材。
【請求項２２】
カチオン交換層状材料がフッ素雲母を含んでなる、請求項１６のナノ複合材。
【請求項２３】
カチオン交換層状材料がフッ素雲母を含んでなる、請求項１７のナノ複合材。
【請求項２４】
カチオン交換層状材料がフッ素雲母を含んでなる、請求項１８のナノ複合材。
【請求項２５】
カチオン交換層状材料がフッ素雲母を含んでなる、請求項１９のナノ複合材。
【請求項２６】
カチオン交換層状材料がフッ素雲母を含んでなる、請求項２０のナノ複合材。
【請求項２７】
有機カチオンがジメチル、ジ−水素化タロ−第４級アンモニウムを含んでなる、請求項１６のナノ複合材。
【請求項２８】
第４級アンモニウム化合物が本質的にジメチル、ジ−水素化タロ−第４級アンモニウムからなる、請求項１６ナノ複合材。
【請求項２９】
有機カチオンがジメチル、ジ−水素化タロ−第４級アンモニウムを含んでなる、請求項１８のナノ複合材。
【請求項３０】
有機カチオンが本質的にジメチル、ジ−水素化タロ−第４級アンモニウムからなる、請求項２６のナノ複合材。
【請求項３１】
ポリマーと相互に分散した熱可塑性弾性体相を更に含んでなる、請求項１６のナノ複合材。
【請求項３２】
ポリマ−がポリプロピレンを５０重量％以上含んでなる、請求項３１のナノ複合材。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
対照実施例１
ポリプロピレン８０部をマレエ−ト化ポリプロピレン１０部及びイオン交換能力がジメチル、ジ−水素化タロ−第４級アンモニウムで本質的に１００％満たされているフッ素雲母１０部とブレンドすることによりポリプロピレンナノ複合材を製造した。得られたナノ複合材は１９３１ＭＰａ（２８００００ｐｓｉ）の曲げ弾性率、室温において６ジュ−ル（４．５フィート・ポンド）のノッチド・アイゾット衝撃強度及び０℃において１．８ジュ−ル（１．３フィート・ポンド）のノッチド・アイゾット衝撃強度を有した。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
実施例１
フッ素雲母のイオン交換能力がジメチル、ジ−水素化タロ−第４級アンモニウムで８５モル％及び水素及び他の無機イオンで１５モル％満たされている以外、対照実施例１の方法を繰り返した。得られたナノ複合材は１７２４ＭＰａ（２５００００ｐｓｉ）の曲げ弾性率、室温において１１ジュ−ル（８．３フィート・ポンド）のノッチド・アイゾット衝撃強度及び０℃において２．３ジュ−ル（１．７フィート・ポンド）のノッチド・アイゾット衝撃強度を有した。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
実施例２
ポリプロピレン７０部及び処理したフッ素雲母２０部を使用する以外実施例１の方法を繰り返した。得られたナノ複合材は２２０６ＭＰａ（３２００００ｐｓｉ）の曲げ弾性率、室温において２ジュ−ル（１．５フィート・ポンド）のノッチド・アイゾット衝撃強度及び０℃において１．２ジュ−ル（０．９フィート・ポンド）のノッチド・アイゾット衝撃強度を有した。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
対照実施例２
ポリプロピレン６０部をマレエ−ト化ポリプロピレン２０部及びイオン交換能力がジメチル、ジ−水素化タロ−第４級アンモニウムで本質的に１００％満たされているフッ素雲母２０部とブレンドすることによりポリプロピレンナノ複合材を製造した。得られたナノ複合材は２５３７ＭＰａ（３６８０００ｐｓｉ）の曲げ弾性率、１７６５ＭＰａ  （２５６０００ｐｓｉ）の引張り弾性率、室温において０．７ジュ−ル（０．５フィート・ポンド）のノッチド・アイゾット衝撃強度を有した。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
実施例３
フッ素雲母のイオン交換能力がジメチル、ジ−水素化タロ−第４級アンモニウムで８５モル％及びナトリウムイオンで１５モル％満たされている以外対照実施例２の方法を繰り返した。得られたナノ複合材は２９１７ＭＰａ（４２３０００ｐｓｉ）の曲げ弾性率、２７４４ＭＰａ（３９８０００ｐｓｉ）の引張り弾性率、室温において０．７ジュ−ル（０．５フィート・ポンド）のノッチド・アイゾット衝撃強度を有した。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
実施例４
フィラ−１０部及びポリプロピレン７０部を用いる以外実施例３の方法を繰り返した。得られたナノ複合材は２３４４ＭＰａ（３４００００ｐｓｉ）の曲げ弾性率、１７４４ＭＰａ（２５３０００ｐｓｉ）の引張り弾性率及び室温において０．４ジュ−ル（０．３フィート・ポンド）のノッチド・アイゾット衝撃強度を有した。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
実施例５
フィラ−５部及びポリプロピレン７５部を用いる以外実施例３の方法を繰り返した。得られたナノ複合材は１８００ＭＰａ（２６１０００ｐｓｉ）の曲げ弾性率、１５３８ＭＰａ（２２３０００ｐｓｉ）の引張り弾性率及び室温において２ジュ−ル（１．５フィート・ポンド）のノッチド・アイゾット衝撃強度を有した。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
対照実施例３
ポリプロピレン２５部をマレエ−ト化ポリプロピレン４０部及びイオン交換能力がジメチル、ジ−水素化タロ−第４級アンモニウムで本質的に１００モル％満たされているフッ素雲母１０部とブレンドすることによりポリプロピレン／熱可塑性弾性体「熱可塑性オレフィン」（ＴＰＯ）ナノ複合材を製造した。次いで得られたナノ複合材を熱可塑性弾性体２５部とブレンドしてＴＰＯナノ複合材を生成させた。このＴＰＯナノ複合材は、１１５８ＭＰａ（１６８０００ｐｓｉ）の曲げ弾性率、室温において１８ジュ−ル（１３フィート・ポンド）のノッチド・アイゾット衝撃強度、０℃において６．９ジュ−ル（５．１フィート・ポンド）のノッチド・アイゾット衝撃強度、−１０℃において３．８ジュ−ル（２．８フィート・ポンド）のノッチド・アイゾット衝撃強度、−２０℃において１．１ジュ−ル（０．８フィート・ポンド）のノッチド・アイゾット衝撃強度を有した。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
実施例６
フッ素雲母のフィラーのイオン交換能力がジメチル、ジ−水素化タロ−第４級アンモニウムで７８モル％及びナトリウムイオンで２２モル％満たされている以外対照実施例３の方法を繰り返した。このＴＰＯナノ複合材は１３１７ＭＰａ（１９１０００ｐｓｉ）の曲げ弾性率、室温において２１ジュ−ル（１５．３フィート・ポンド）のノッチド・アイゾット衝撃強度、０℃において１１．２ジュ−ル（８．３フィート・ポンド）のノッチド・アイゾット衝撃強度、−１０℃において８ジュ−ル（６フィート・ポンド）のノッチド・アイゾット衝撃強度、−２０℃において４．６ジュ−ル（３．４フィート・ポンド）のノッチド・アイゾット衝撃強度を有した。


【国際調査報告】
2005526685.tif 000006
2005526685.tif 000007
2005526685.tif 000008