(57)【要約】  本発明は、ポリマーと、ポリマー中に分散した有機変性層状ケイ酸塩とを含んでなるポリマー材料に関する。ポリマー材料中のアルカリ金属カチオンおよび／またはアルカリ土類金属カチオンの総含量は、１ｐｐｍ以下である。本発明はまた、そのようなポリマー材料のエレクトレット材料としての使用、およびそのようなポリマー材料を含んでなる電気機械変換器に関する。
2013540165.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリマーと、ポリマー中に分散した有機変性層状ケイ酸塩とを含んでなるポリマー材料であって、ポリマー材料中のアルカリ金属カチオンおよび／またはアルカリ土類金属カチオンの総含量が１ｐｐｍ以下であることを特徴とするポリマー材料。
【請求項２】
有機変性層状ケイ酸塩が、一般式：
【化１】
2013540165.tif 000009
［式中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４はそれぞれ互いに独立して、Ｃ１〜Ｃ１８アルキル、Ｃ６〜Ｃ１２アリール、１個以上の酸素原子で中断されたＣ２〜Ｃ１８アルキル、Ｃ５〜Ｃ１２シクロアルキル、Ｃ１〜Ｃ１８アルキルカルボニル、Ｃ１〜Ｃ１８アルキルオキシカルボニル、Ｃ５〜Ｃ１２シクロアルキルカルボニル、Ｃ６〜Ｃ１２アリールカルボニルを示してよく、
これらの基はそれぞれ官能基、アリール、アルキル、アリールオキシ、アルキルオキシ、ハロゲン、ヘテロ原子および／または複素環で置換されていてよいおよび／または１、２、３または４個の二重結合を有してよく、
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４の少なくとも１つが上記意味を有するのであれば、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４は水素であってよい］
で示されるアルキルアンモニウム化合物、並びに溶媒和ブロックと官能性ブロックとを含んでなるブロックコポリマーを含む群から選択される化合物に結合している層状ケイ酸塩を含んでなる、請求項１に記載のポリマー材料であって、
溶媒和ブロックが、ポリ（スチレンスルホン酸）、ポリ（Ｎ−アルキルビニルピリジニウムハライド）、ポリ（メタクリル酸）、ポリ（メタクリレート）、ポリ（Ｎ−ビニルピロリドン）、ポリ（ヒドロキシエチルメタクリレート）、ポリ（ビニルエーテル）、ポリ（エチレンオキシド）、ポリ（プロピレンオキシド）、ポリ（ビニルメチルエーテル）、ポリ（ビニルブチルエーテル）、ポリスチレン、ポリ（エチレンプロピレン）、ポリ（エチルエチレン）、ポリ（イソブチレン）、ポリ（ジメチルシロキサン）および／または部分フッ素化ブロック（ＰＦ）を含む群から選択され、
官能性ブロックが、ポリ（Ｎ−アルキルビニルピリジニウムハライド）、ポリ（ジメチルシロキサン）、部分フッ素化ブロック（ＰＦ）、ポリ（エチレンオキシド）、配位子含有ブロック、メルカプト基含有ブロック、ポリ（メタクリル酸）、ポリ（スチレンスルホン酸）、ポリ（シクロペンタジエニルメチルノルボルネン）、ポリ（アミノ酸）ブロック、ＰＥＯ−ＰＰＯ−ＰＥＯブロックコポリマーまたはＰＰＯ−ＰＥＯ−ＰＰＯブロックコポリマー、ポリ（エチレンオキシド）−ポリ（メチルメタクリレート）ブロックまたはポリ（エチレンオキシド）−ポリ（ｎ−ブチルアクリレート）ブロックを有するコポリマー、アミン誘導体および／またはポリオキシアルキレンアミンを含む群から選択される、ポリマー材料。
【請求項３】
一般式：
【化２】
2013540165.tif 000010
で示されるアルキルアンモニウム化合物が、一般式（Ｉ）および／または（ＩＩ）：
【化３】
2013540165.tif 000011
［式中、係数ｍおよびｎによって示されている、プロピレンオキシド単位対エチレンオキシド単位の比は１：２０〜２０：１である］
【化４】
2013540165.tif 000012
［式中、ＲはＣ１０〜Ｃ２０アルキル基を示し、和ｘ＋ｙは２〜３０の範囲である］
で示されるプロトン化アンモニウムアルコキシレートである、請求項２に記載のポリマー材料。
【請求項４】
ポリマー材料中のアルカリ金属カチオンおよび／またはアルカリ土類金属カチオンの総含量が０．１ｐｐｍ〜０．５ｐｐｍである、請求項１に記載のポリマー材料。
【請求項５】
ポリマーがポリカーボネートを含んでなる、請求項１に記載のポリマー材料。
【請求項６】
層状ケイ酸塩が、蛇紋石、カオリン、タルク、葉蝋石、スメクタイト、バーミキュライト、イライト、雲母および／または脆雲母を含む群から選択される、請求項１に記載のポリマー材料。
【請求項７】
有機変性層状ケイ酸塩が、アンモニウムアルコキシレートで変性した層状ケイ酸塩を含んでなる、請求項１に記載のポリマー材料。
【請求項８】
ポリマー中の変性層状ケイ酸塩の割合が０．００５重量％〜５重量％である、請求項１に記載のポリマー材料。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載のポリマー材料の、エレクトレット材料としての使用。
【請求項１０】
エレクトレット材料をセンサー、アクチュエーターおよび／または発電機において使用する、請求項９に記載の使用。
【請求項１１】
請求項１〜８のいずれかに記載のポリマー材料を含んでなる電気機械変換器。
【請求項１２】
変換器がセンサー、アクチュエーターおよび／または発電機である、請求項１１に記載の電気機械変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリマーと、ポリマー中に分散した有機変性層状ケイ酸塩とを含んでなるポリマー材料に関する。本発明はまた、そのようなポリマー材料のエレクトレット材料としての使用、およびそのようなポリマー材料を含んでなる電気機械変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
エレクトレットは、準永久電荷および／または準永久分極を有する誘電体である。そのようなエレクトレットは、例えばマイクロホン、センサーおよび／またはアクチュエーターにおいて、音響膜として広く使用されている。
【０００３】
ポリマーエレクトレットはまた、例えばデザイン分野やポスター広告において、または案内標識のために、残渣を残さずに剥離できる粘着性再利用可能フィルムとして使用することもできる。
【０００４】
ポリマーエレクトレットは、電気機械機器、例えば圧電機器、例えば拡声器、振動変換器、焦電検出器およびコンデンサーにおいて特に使用されている。電気機械または圧電とは、加えた機械的負荷によって電位を生じる能力に関する。電気機械機器、例えば圧電機器はとりわけ、特にその厚さ方向にわたって、不均一な構造によって形成することができる。例えば、順に重なったポリマー発泡体と非発泡ポリマーフィルムとからなる多層機器であって、ポリマーフィルムがエレクトレットとして機能しており、機器に機械的応力を加えると電気的反応を起こす電荷を有する、多層機器が知られている。
【０００５】
例えばマイクロホンにおいて使用されているような、現在市販されているエレクトレットフィルムでは、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）またはポリテトラフルオロエチレン−プロピレンコポリマー（ＦＥＰ）が、エレクトレット材料としてほぼ例外なく使用されている。これらのフッ素化ポリマーの利点は、良好な電荷貯蔵挙動を有することである。しかしながら、これらのポリマーは非常に高価であり、特にポリテトラフルオロエチレンについては製造が困難である。
【０００６】
従って、エレクトレット特性を向上させるために、経済的および技術的観点からより適しているポリマー材料に、添加剤を添加することが試みられてきた。ポリカーボネートのエレクトレット特性を向上させるための有機化学添加剤が、例えばＥＰ  ２  １５９  ２２２  Ａ１に記載されている。それらの添加剤の欠点は、特定の方法でしか合成できないことである。
【０００７】
層状ケイ酸塩は、ケイ酸塩鉱物の重要な下位群である。層状ケイ酸塩は、非常に高度な多様性を特徴としているので、多くの様々な用途に使用することができる。
【０００８】
層状ケイ酸塩では、ＳｉＯ４四面体が架橋して、組成Ｓｉ２Ｏ５を有する層を形成している。これらの四面体層は、いわゆる八面体層と交互に存在しており、この八面体層では、陽イオン（特にアルミニウムおよびマグネシウム）が、八面体配置にある水酸化物または酸素に包囲されている。二層鉱物（例えば、カオリナイトまたは蛇紋石）と三層鉱物（特に、モンモリロナイトまたは雲母）とは、区別されている。二層ケイ酸塩では、１つの四面体層がいずれも１つの八面体層に結合しており、三層ケイ酸塩では、１つの八面体層が２つの四面体層に結合している。
【０００９】
そのため、静電相互作用で結合する二次元の層が形成されている。実際の層は、多くの場合、それ自体部分的に負に帯電しており、電荷は、層間空間にある陽イオンによって平衡状態になっている。従って、多くの層状ケイ酸塩は、水中で容易に膨潤および分散することができる。この過程は、剥離と称される。この過程によって、ナノ層と称される粒子が生成する。層状ケイ酸塩の構造によって、ナノ層のアスペクト比を大きく変えることができる。
【００１０】
層間空間にある陽イオン（多くの場合はナトリウムイオン）は交換することができるので、広範な種類のカチオン性化合物を用いて層を変性することができる。層状ケイ酸塩を非水性媒体にも適合させるために、適当な変性剤の広範な選択肢を利用できる。一般的な有機変性剤は、トリメチルアルキルアンモニウム化合物であり、これは、層状ケイ酸塩表面に好ましく吸着し、その結果、層状ケイ酸塩を疎水性にする。別の適当な変性剤は、非イオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤およびカチオン性界面活性剤、並びにブロックコポリマーまたは高分子電解質である。１０００ｇ／ｍｏｌ未満の分子量を有する低分子量界面活性剤の存在下では、共界面活性剤、例えばＣ１〜Ｃ１０炭素鎖を有するアルカノールが必要とされることもある。
【００１１】
層状ケイ酸塩の有機変性は一般に、層状ケイ酸塩を水溶液に完全に分散させることによって実施する。次いで、有機変性剤を添加し、好ましくは、全電荷が平衡状態になるまで、層状ケイ酸塩表面に有機変性剤を吸着させる。続いて、懸濁液を精製し、乾燥し、更に固体として処理する。特に、層状ケイ酸塩の層間空間イオン、および場合により有機変性剤の対イオンを除去するために精製を実施する。そうでなければ、これらのイオンは、乾燥した物質中に残留する。
【００１２】
変性粘土材料について、例えばＥＰ  ０  ９５２  １８７  Ａ１は、粘土と、スメクタイト型粘土、第四級アンモニウム化合物および非アニオン性有機材料の反応から得ることができるイオン交換反応生成物を含んでなる有機化学化合物とからなる組成物を開示している。同特許文献はまた、ポリマー、プラスチックおよび樹脂からなる群からのマトリックスと、粘土および有機化学化合物からなる上記組成物とを含んでなるナノ複合材料を開示している。ハイブリッド有機粘土は、第四級アンモニウム化合物でイオン交換された有機化学／層状ケイ酸塩粘土インターカレーションからなる。ハイブリッド有機粘土は疎水性なので、反応塩および過剰の水溶性または水分散性ポリマーを除去するために、水で洗浄することができる。濾過のような安価な方法によって、清浄な生成物を得ることができる。こうして、大量のエネルギーを消費する水の除去方法が回避される。そのような粘土の応用分野は、レオロジー添加剤である。
【００１３】
しかしながら、同特許文献には、ナノ複合材料のエレクトレット特性が記載されていない。また、同特許文献は、カチオン性不純物の故にポリマー材料が低い安定性を有するか否かを対象としていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】ＥＰ  ２  １５９  ２２２  Ａ１
【特許文献２】ＥＰ  ０  ９５２  １８７  Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
従って、本発明の目的は、エレクトレットとして適しており、容易に製造できる代替のポリマー材料を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この目的は、ポリマーと、ポリマー中に分散した有機変性層状ケイ酸塩とを含んでなるポリマー材料であって、ポリマー材料中のアルカリ金属カチオンおよび／またはアルカリ土類金属カチオンの総含量が１ｐｐｍ以下であることを特徴とするポリマー材料による本発明によって達成される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、変性ポリカーボネート材料および未変性ポリカーボネート材料についての表面電位降下の経時変化を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
上記カチオン含量は、好ましくは原子吸光分光法（ＡＡＳ）によって測定してよい。特にナトリウムイオンのそのように少ない含量は、モノマーが加水分解性結合を介して互いに架橋しており、影響を受けやすいポリマーの鎖分解を著しく低減または防止する。ここでは、特にポリカーボネートが考えられる。
【００１９】
そのようにして、例えば、常套の処理温度で、ポリマー鎖分解の可能性を考慮する必要もなく、押出法またはカレンダリング法によって、充填材含有ポリマーエレクトレットフィルムを製造することができる。
【００２０】
有機変性層状ケイ酸塩を添加しなかったポリマーと比べると、本発明のポリマー材料は、帯電後、より小さい表面電位降下を示す。例えば電圧５００Ｖでのコロナ帯電後、１２０℃で２４時間調節した後に初期電位と比較した電位降下Ψ／Ψ０は、３０％〜５０％の範囲である。
【００２１】
本発明のポリマー材料は、層状ケイ酸塩分散体を有機化合物と接触させる工程を含む方法であって、有機化合物の全電荷が好ましくは少なくとも単一の正電荷を有し、イオン交換樹脂の存在下で接触を実施する方法によって製造することができる。
【００２２】
そのようにして、好ましくは正に荷電している有機化合物によって層状ケイ酸塩から放出された遊離陽イオンの含量を著しく少なくすることができる。これによって、より高価な洗浄工程を採用する必要がなくなる。
【００２３】
ポリマーは、層状ケイ酸塩が分散するマトリックスとして役立つ。好ましくは、ポリマーは、均質な分散体である。適当なポリマーは例えば、ポリオレフィン、ポリウレタン、ポリエステル、ポリエーテルおよび／またはポリカーボネートである。
【００２４】
本発明では、用語「有機変性層状ケイ酸塩」とは、有機化合物が結合している層状ケイ酸塩を意味する。好ましくは、有機化合物は、イオン相互作用によって層状ケイ酸塩に結合している。
【００２５】
適当な層状ケイ酸塩は特に、先に記載した二層および／または三層層状ケイ酸塩である。二層および／または三層層状ケイ酸塩は、例えばより膨潤性のものにするために、本発明に記載の変性前に予め変性してもよい。しかしながら、とりわけ経済的な理由から、未変性層状ケイ酸塩を使用することが好ましい。
【００２６】
層状ケイ酸塩の変性において、層状ケイ酸塩は、分散体の形態で使用する。そのため、分散剤は、正荷電有機変性剤、および層状ケイ酸塩から放出された陽イオンを溶解できなければならない。
【００２７】
好ましくは、層状ケイ酸塩の分散は、水および／またはイオン液体を含んでなる分散剤中で実施する。具体的にはイオン液体は、室温で液体であり、カチオンが有機物であるイオン液体である。そのようなイオン液体は、層状ケイ酸塩の変性に使用することもできる。水の使用も有利である。なぜなら水は、蒸留法および／または膜分離法によって精製でき、再び工程に戻すことができるからである。
【００２８】
層状ケイ酸塩は、好ましくは、全電荷が少なくとも単一の正電荷を有する有機化合物と接触させる。この全電荷とは、いずれの場合も、有機化合物の１つの分子の全電荷を意味すると理解される。
【００２９】
適当な有機化合物はとりわけ、少なくとも１つの単一正電荷を有する有機分子であって、その正電荷が少なくとも１個の第四級アンモニウム基によって、或いは第一級、第二級または第三級アミノ基のプロトン化によってもたらされている有機分子である。
【００３０】
しかしながら、別の適当な有機化合物は、とりわけポリマー、特に好ましくはブロックコポリマーである。FoersterおよびAntonietti（Foerster, S. & Antonietti, M., Advanced Materials, 10, No. 3, (1998) 195）によれば、そのようなブロックコポリマーは、溶媒と相互作用するための溶媒和ブロックと、粒子表面と相互作用するための官能性ブロックとを有する。そのような相互作用は特に、配位子、酸−塩基、静電気および／または複合の低エネルギー型の相互作用であってよい。
【００３１】
既に記載したように、有機化合物の分子の全電荷は好ましくは、少なくとも単一の正電荷を有さなければならない。これは特に、分子の官能性ブロックにおいて、適当な基をプロトン化またはアルキル化することによって達成できる。
【００３２】
有機化合物は、好ましくは４００ｇ／ｍｏｌ〜２０，０００ｇ／ｍｏｌ、より好ましくは１０００ｇ／ｍｏｌ〜１０，０００ｇ／ｍｏｌの分子量（DIN 53240のヒドロキシル価測定に従った分子量）を有する。
【００３３】
ケイ酸塩の変性では、イオン交換樹脂の存在下、接触を実施する。層状ケイ酸塩から放出された陽イオンは、このイオン交換樹脂に束縛され、Ｈ＋イオンと交換される。その後、イオン交換樹脂は濾去してよい。このようにして、非常に簡単な方法で、分散体を精製できる。好ましくは、イオン交換樹脂は、塩基性および酸性イオン交換樹脂を含んでなる。そして、有機化合物の官能基のプロトン化に由来する陽イオンも束縛され、濾去される。例として、アミン系有機化合物を塩酸でプロトン化した際の塩化物イオンを挙げることができる。精製工程は、分散体の導電率を測定することによってモニターすることができる。
【００３４】
以下において、本発明を、全く異なることが明らかに起こらない限り所望通りに互いに組み合わせることができる好ましい態様に関連して記載する。また、本発明において、全く異なることが明らかに起こらない限り、用語「a」、「an」などが数に関するものであるとは理解されないことも留意すべきである。
【００３５】
本発明のポリマー材料の一態様では、有機変性層状ケイ酸塩は、一般式：
【化１】
2013540165.tif 000003
［式中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４はそれぞれ互いに独立して、Ｃ１〜Ｃ１８アルキル、Ｃ６〜Ｃ１２アリール、１個以上の酸素原子で中断されたＣ２〜Ｃ１８アルキル、Ｃ５〜Ｃ１２シクロアルキル、Ｃ１〜Ｃ１８アルキルカルボニル、Ｃ１〜Ｃ１８アルキルオキシカルボニル、Ｃ５〜Ｃ１２シクロアルキルカルボニル、Ｃ６〜Ｃ１２アリールカルボニルを示してよく、
これらの基はそれぞれ官能基、アリール、アルキル、アリールオキシ、アルキルオキシ、ハロゲン、ヘテロ原子および／または複素環で置換されていてよいおよび／または１、２、３または４個の二重結合を有してよく、
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４の少なくとも１つが上記意味を有するのであれば、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４は水素であってよい］
で示されるアルキルアンモニウム化合物、並びに溶媒和ブロックと官能性ブロックとを含んでなるブロックコポリマー
［ここで、溶媒和ブロックは、ポリ（スチレンスルホン酸）、ポリ（Ｎ−アルキルビニルピリジニウムハライド）、ポリ（メタクリル酸）、ポリ（メタクリレート）、ポリ（Ｎ−ビニルピロリドン）、ポリ（ヒドロキシエチルメタクリレート）、ポリ（ビニルエーテル）、ポリ（エチレンオキシド）、ポリ（プロピレンオキシド）、ポリ（ビニルメチルエーテル）、ポリ（ビニルブチルエーテル）、ポリスチレン、ポリ（エチレンプロピレン）、ポリ（エチルエチレン）、ポリ（イソブチレン）、ポリ（ジメチルシロキサン）および／または部分フッ素化ブロック（ＰＦ）を含む群から選択され、
官能性ブロックは、ポリ（Ｎ−アルキルビニルピリジニウムハライド）、ポリ（ジメチルシロキサン）、部分フッ素化ブロック（ＰＦ）、ポリ（エチレンオキシド）、配位子含有ブロック、メルカプト基含有ブロック、ポリ（メタクリル酸）、ポリ（スチレンスルホン酸）、ポリ（シクロペンタジエニルメチルノルボルネン）、ポリ（アミノ酸）ブロック、ＰＥＯ−ＰＰＯ−ＰＥＯブロックコポリマーまたはＰＰＯ−ＰＥＯ−ＰＰＯブロックコポリマー、ポリ（エチレンオキシド）−ポリ（メチルメタクリレート）ブロックまたはポリ（エチレンオキシド）−ポリ（ｎ−ブチルアクリレート）ブロックを有するコポリマー、アミン誘導体および／またはポリオキシアルキレンアミンを含む群から選択される］
を含む群から選択される化合物に結合している層状ケイ酸塩を含んでなる。
【００３６】
本発明の範囲では、用語「アルキル」とは、いずれも分岐または非分岐であってよく、非置換或いは一置換または多置換であってよい、非環式の飽和または不飽和脂肪族炭化水素基を意味する。アルキルは好ましくは、メチル、エチル、ｎ−プロピル、２−プロピル、ｎ−ブチル、イソブチル、ｓｅｃ−ブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、ｎ−ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、ｎ−ヘキシル、ｎ−ヘプチル、ｎ−オクチル、ｎ−ノニル、ｎ−デシル、およびｎ−オクタデシルまでのより高級の同族体を含む群から選択される。
【００３７】
本発明の範囲では、用語「アリール」とは、１２員環までの芳香族炭化水素、特にフェニルおよびナフチルを意味する。それぞれのアリール基は非置換或いは一置換または多置換であってよく、その置換基は、同じまたは異なっていてよく、アリールの所望の可能な位置に存在してよい。アリールは好ましくは、フェニル、１−ナフチルおよび２−ナフチルを含む群から選択され、これらの基はそれぞれ、非置換或いは一置換または多置換であってよい。特に好ましいアリールは、非置換或いは一置換または多置換のフェニルである。
【００３８】
「ハロゲン」は特に、Ｆ、Ｃｌ、ＢｒおよびＩである。「ヘテロ原子」は特に、Ｎ、Ｐ、ＯおよびＳである。
【００３９】
用語「複素環」とは、特に３員環〜１０員環である（芳香族ではない）飽和または不飽和脂肪族シクロアルキルであって、少なくとも１個、場合により２個または３個の炭素原子が、いずれもＯ、Ｓ、Ｓ（＝Ｏ）２、Ｎ、ＮＨおよびＮ（Ｃ１〜８アルキル）（好ましくはＮ（ＣＨ３））からなる群から互いに独立して選択されるヘテロ原子またはヘテロ原子基によって置換されており、環の炭素原子が非置換或いは一置換または多置換であってよい、シクロアルキルを包含する。
【００４０】
用語「複素環」は、複素環式芳香族基も包含する。この用語は、少なくとも１個、場合により、２個、３個、４個または５個のヘテロ原子を有する５員環または６員環芳香族基であって、ヘテロ原子がいずれもＳ、ＮおよびＯからなる群から互いに独立して選択され、ヘテロアリール基が非置換或いは一置換または多置換であってよく、ヘテロアリールが置換されている場合は置換基は同じまたは異なっていてよく、ヘテロアリールの所望の可能な位置に存在してよい、芳香族基を意味する。
【００４１】
有利には、一般式：
【化２】
2013540165.tif 000004
で示されるアルキルアンモニウム化合物は、一般式（Ｉ）および／または（ＩＩ）：
【化３】
2013540165.tif 000005
［式中、係数ｍおよびｎによって示されている、プロピレンオキシド単位対エチレンオキシド単位の比は１：２０〜２０：１である］
【化４】
2013540165.tif 000006
［式中、ＲはＣ１０〜Ｃ２０アルキル基を示し、和ｘ＋ｙは２〜３０の範囲である］
で示されるプロトン化アンモニウムアルコキシレートである。
【００４２】
一般式（Ｉ）において係数ｍおよびｎによって示されている、プロピレンオキシド単位対エチレンオキシド単位の比は、好ましくは４：１〜６：１であってよい。数平均分子量は、好ましくは５００ｇ／ｍｏｌ〜５０００ｇ／ｍｏｌ、より好ましくは１８００ｇ／ｍｏｌ〜２２００ｇ／ｍｏｌの範囲である。このタイプの化合物は、Jeffamine（登録商標）の商品名で市販されている。
【００４３】
一般式（ＩＩ）において、Ｃ１０〜Ｃ２０アルキル基Ｒは、例えば、コシル、オレイルまたはステアリルであってよい。好ましくは、和ｘ＋ｙは、１０〜２５の範囲である。このタイプの化合物は、Genamine（登録商標）の商品名で市販されている。
【００４４】
本発明のポリマー材料の別の態様では、ポリマー材料中のアルカリ金属カチオンおよび／またはアルカリ土類金属カチオンの総含量は０．１ｐｐｍ〜０．５ｐｐｍである。好ましくは、総含量は０．２ｐｐｍ〜０．４ｐｐｍである。
【００４５】
本発明のポリマー材料の別の態様では、ポリマーはポリカーボネートを含んでなる。このタイプのポリマーは特に、不純物に影響されやすい。ポリカーボネートは、ポリマー鎖長が分解することによって、イオン状の添加剤由来不純物と反応する。これは一般に、ポリマーの曇りおよび／または黄変／茶変として発現する。
【００４６】
本発明のポリマー材料の別の態様では、層状ケイ酸塩は、蛇紋石、カオリン、タルク、葉蝋石、スメクタイト、バーミキュライト、イライト、雲母および／または脆雲母を含む群から選択される。スメクタイトが好ましい。スメクタイトは、本発明において特に好ましい層状ケイ酸塩であるモンモリロナイトも包含する。
【００４７】
本発明のポリマー材料の別の態様では、ポリマー中の変性層状ケイ酸塩の割合は、０．００５重量％〜５重量％である。この割合は、好ましくは０．００７重量％〜１重量％または０．０１重量％〜０．１重量％である。ポリマーの重量％割合は、添加したあらゆる添加剤、充填材などを含んで計算する。
【００４８】
本発明は更に、本発明のポリマー材料の、エレクトレット材料としての使用も提供する。このエレクトレット材料は、電気機械機器、例えば圧電機器において使用されてよい。好ましくは、エレクトレット材料は、センサー、アクチュエーターおよび／または発電機において使用する。特に、エレクトレット材料は、マイクロホンまたは拡声器において、例えば音響膜として、振動変換器において、焦電検出器において、またはコンデンサーにおいて使用する。
【００４９】
そのようなエレクトレット要素は、例えば、圧縮成形、特に溶融圧縮成形、ドクターブレードによる塗布、特にドクターブレードによる溶液塗布、引き塗り、回転塗布、噴霧、押出、特にフィルム押出、吹込成形、特にフィルム吹込成形、および／またはカレンダリングによって製造することができる。
【００５０】
エレクトレット要素の帯電は、摩擦帯電、電子線衝撃、電場におけるポリマーメルトの冷却、電圧またはコロナ放電の印加によって実施することができる。
【００５１】
本発明はまた、本発明のポリマー材料を含んでなる電気機械変換器も提供する。好ましくは、そのような電気機械変換器は、特にマイクロホンまたは拡声器（例えば音響膜として）における、振動変換器における、または焦電検出器における、センサー、アクチュエーターおよび／または発電機である。
【００５２】
以下の実施例によって本発明を説明するが、本発明はこれらに限定されない。
【００５３】
図１は、変性ポリカーボネート材料および未変性ポリカーボネート材料についての表面電位降下の経時変化を示す。
【実施例】
【００５４】
実施例１：Jeffamine（登録商標） M2005を用いた有機変性層状ケイ酸塩の調製
Jeffamine（登録商標） M2005（Huntsman）は、式：
【化５】
2013540165.tif 000007
で示され、プロピレンオキシド単位対エチレンオキシド単位のモル比２９：６および分子量Ｍｗ２０００ｇ／ｍｏｌを有するポリエーテルアミンである。
天然未変性層状ケイ酸塩（Polymer Grade Montmorillonite PGV、製品番号105934、Nordmann, Rassmann GmbH）の５％蒸留水中分散体３ｋｇを、振盪浴で一晩振盪した。
三ツ口フラスコ内で濃塩酸を用いてｐＨ値２になるまで撹拌しながら調整した蒸留水７００ｍＬに、３４０．２ｇのJeffamine（登録商標） M2005を添加し、湯浴を用いて８０℃に加熱した。
層状ケイ酸塩懸濁液を滴加した。滴加中ｐＨ値をモニターし、ｐＨ値が約３で維持されるように必要であれば濃塩酸で調整した。混合物を８０℃で更に３時間撹拌した。次いで、混合物を撹拌しながらゆっくり室温に冷却した。
このようにして得られた分散体を、吸引機器を用いて濾過し、固体と液体とに分離し、新しい蒸留水に湿潤固体を再度添加した。その結果、懸濁液の導電率は、約４ｍＳ／ｃｍから約１ｍＳ／ｃｍに低下した。
分散体の導電率をモニターしながら、再分散させた固体（５００μｍ篩上に保持された樹脂のみを使用）に、イオン交換樹脂（Lewatit（登録商標） UltraPure 1294 MD、Lanxess、塩基性陰イオン交換樹脂と酸性陽イオン交換樹脂との１：１混合物）を撹拌しながら添加した。
導電率が２０μＳ／ｃｍ未満の値に低下したとき、添加を停止した。最後に、４００μｍ篩を用いてイオン交換体を分離除去した。
吸引濾過器を用いた濾過によって、変性層状ケイ酸塩を分散体から分取した。湿潤層状ケイ酸塩を少量の水に再分散させ、液体窒素に滴加し、凍結乾燥させた。
【００５５】
実施例２：Genamine（登録商標） S080を用いた有機変性層状ケイ酸塩の調製
Genamine（登録商標） S080（Clariant）は、式：
【化６】
2013540165.tif 000008
［式中、ｘ＋ｙ＝８、Ｒはステアリルである］
で示されるステアリルアミノエトキシレートである。
天然未変性層状ケイ酸塩（Polymer Grade Montmorillonite PGV、製品番号105934、Nordmann, Rassmann GmbH）の５％蒸留水中分散体３ｋｇを、振盪浴で一晩振盪した。
三ツ口フラスコ内で濃塩酸を用いてｐＨ値２になるまで撹拌しながら調整した蒸留水７００ｍＬに、１０７．５ｇのGenamine（登録商標） S080を添加し、湯浴を用いて８０℃に加熱した。
層状ケイ酸塩懸濁液を滴加した。滴加中ｐＨ値をモニターし、ｐＨ値が約３で維持されるように必要であれば濃塩酸で調整した。混合物を８０℃で更に３時間撹拌した。次いで、混合物を撹拌しながらゆっくり室温に冷却した。
このようにして得られた分散体を、吸引機器を用いて濾過し、固体と液体とに分離し、新しい蒸留水に湿潤固体を再度添加した。その結果、懸濁液の導電率は、約４ｍＳ／ｃｍから約１ｍＳ／ｃｍに低下した。
分散体の導電率をモニターしながら、再分散させた固体（５００μｍ篩上に保持された樹脂のみを使用）に、イオン交換樹脂（Lewatit（登録商標） UltraPure 1294 MD、Lanxess、塩基性陰イオン交換樹脂と酸性陽イオン交換樹脂との１：１混合物）を撹拌しながら添加した。
導電率が２０μＳ／ｃｍ未満の値に低下したとき、添加を停止した。最後に、４００μｍ篩を用いてイオン交換体を分離除去した。
吸引濾過器を用いた濾過によって、変性層状ケイ酸塩を分散体から分取した。湿潤層状ケイ酸塩を少量の水に再分散させ、液体窒素に滴加し、凍結乾燥させた。
【００５６】
実施例３：変性層状ケイ酸塩の乾燥およびポリマーへの配合
実施例２の層状ケイ酸塩を乾燥し、次いで、ポリマー中の変性層状ケイ酸塩の濃度が１重量％となるように、ポリカーボネート（Makrolon（登録商標） 1140、Bayer Material Science AG）と一緒に押し出した。
続いて、粘度測定によって、得られた物質の分子量低下を分析した。分子量低下は、層状ケイ酸塩物質とポリマーとの適合性および純度の適当な指標である。層状ケイ酸塩物質が高い割合の（特にナトリウムイオン状の）不純物を含有するならば、ポリマー（ここでは、不純物に特に影響されやすいポリカーボネート）の分子量は、層状ケイ酸塩物質の配合後、元の値と比べて著しく低下する。
ポリカーボネートの分子量変化を測定する方法は、ポリカーボネートの処理前および処理後の動的粘度を測定する方法である。この方法では、溶解ポリマーがウベローデ粘度計を流下するのに要する時間を測定し、次いで、ポリマー溶液とその溶媒との粘度差を測定する。それらから、ポリマー溶液の質量濃度を考慮して、粘度数を計算することができる。粘度数はポリマーの分子量と相関している。
純粋なポリカーボネートについての１．３２０に対して、１．３１２の相対粘度が得られた。
従って、本発明に従って製造した高純度の層状ケイ酸塩物質の配合は、ポリカーボネートの分子量に有意な悪影響を与えなかった。
【００５７】
実施例４：変性層状ケイ酸塩添加剤によるポリカーボネートの電荷貯蔵能の増大
実施例２の変性層状ケイ酸塩を乾燥し、次いで、ポリマー中の変性層状ケイ酸塩の濃度が０．０１重量％となるように、ポリカーボネート（Makrolon（登録商標） 3108、Bayer Material Science AG）と一緒にニーダーで配合した。得られた顆粒を、一軸スクリュー押出機で、１００μｍの厚さを有するフィルムに押し出した。
フィルムを、電圧５００Ｖでのコロナ帯電により帯電させた。次いで、１２０℃の温度で２４時間にわたって、等温での表面電荷の低下を測定した。結果を図１に示す。図１において、上の曲線（実線）は、本発明の実施例において変性したポリカーボネートについての、初期表面電位Ψ０から出発した表面電位Ψの経時降下を示している。下の曲線（破線）は、比較のために、未変性ポリカーボネーについての曲線を示す。
変性層状ケイ酸塩を添加することによって、ポリカーボネートの電荷貯蔵能を改良できたことが見いだされた。１２０℃で２４時間後、未変性ポリカーボネーでは、初期表面電位の１８％しか保持されていなかったが、添加剤含有ポリマーでは、その値は５０％であった。
【００５８】
実施例５：変性層状ケイ酸塩添加剤によるポリカーボネートの電荷貯蔵能の増大
実施例１の変性層状ケイ酸塩を使用した以外は、実施例４と同じ手順を繰り返した。２つの実験で、ポリカーボネート中の変性層状ケイ酸塩の濃度を０．０３重量％と０．０６重量％とした。いずれの場合も、１２０℃で２４時間後、初期値の３６％の表面電位が測定された。
【図１】
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【国際調査報告】
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